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自上世纪90年代初研究者在上流式污泥床反应器内发现好氧污泥颗粒化现象以来,好氧颗粒污泥因其致密的颗粒结构、优异的沉降性能、较高的生物持留、多功能菌群分区定殖等特点,受到国内外学者广泛关注。然而,好氧颗粒污泥工艺运行过程存在启动周期长、运行不稳定等问题,其工业化应用仍面临较大的技术瓶颈。论文从污泥颗粒粒径优化、系统节能降耗角度出发,开展不同孔径筛网、曝气方式对内置筛网型好氧颗粒污泥反应器运行性能的影响研究,初步探究强化好氧颗粒污泥工艺稳定运行的微生物学机制。主要研究结论如下：1、通过研究四组内置不同孔径筛网的好氧颗粒污泥反应器(R1为对照组,R2、R3、R4分别内置孔径为1.5mm、2.5mm、3.5mm的筛网)运行性能,发现反应器连续运行120d后内置2.5mm孔径筛网的R3反应器获得较高的污泥浓度(MLSS达8.2±0.2g.L-1)与良好的颗粒沉降性能(SVI稳定在30mL·g-1以下),形成的成熟颗粒污泥结构致密,平均颗粒粒径达1850±28μm；相比而言,内置1.5mm孔径筛网的R2反应器污泥持留量较低、平均颗粒粒径较小,而R1、R4反应器形成的颗粒污泥结构不稳定、最终以絮体污泥为主。污染物去除方面,在进水COD为1006±15 mg L-1,有机负荷率3 kg COD m-3 d-1条件下,R3反应器的污染物去除性能最佳,COD、氨氮、总氮去除率分别达96.1土1.6%、98.6±0.8%、83.9±1.2%,R2反应器的污染物去除率明显降低,R1和R4反应器的COD、氨氮、总氮去除率则仅为73.4%-75.5%、25.6%-40.3%、22.4%-28.2%。分析好氧颗粒污泥反应器批运行周期氮素变化发现,四组反应器的进水氨氮(进水氨氮负荷为0.15 kg m-3 d-1)在120min内得到基本去除,硝酸盐浓度则出现不同程度的增加。其中,R3反应器硝酸盐增幅不明显,仅为2.3±0.1mg·L-1,而其它反应器的硝酸盐增幅达8.1-13.4 mg·L-1。四组反应器的总氮去除率依次为：R3(83.9±1.2%)>R2(75.6±1.6%)>R1(65.3±1.7%)>R4(22.4±3.1%),表明内置2.5mm孔径筛网有利于颗粒污泥粒径控制与系统脱氮性能提升。2、从系统节能降耗角度出发,研究不同曝气方式对颗粒污泥反应器运行性能的影响结果表明,曝气装置分别设置在底部、距底部1/6处的R1、R2反应器均获得较高的污泥浓度(8.1-8.3mg·L-1)与较大的平均颗粒粒径(1813-1852μm),而曝气装置设置在距底部1/3处的R3反应器运行一周后污泥大量洗出。污染物去除方面,在进水COD为1006±15 mg L-1有机负荷率3 kg COD m-3 d-1条件下,R2反应器运行20d后COD、氨氮、总氮去除率分别达到97.2±0.3%、98.1±0.1%、82.3±0.3%,R1反应器的COD、氨氮、总氮去除率则在运行25d后方达到96%、98%、82%以上,而R3反应器因污泥大量流失导致系统崩溃。分析周期内反应器不同位置溶解氧分布发现,R1反应器底部的溶解氧饱和度高达37.2±0.5%,R3反应器底部缺氧,相比R2反应器底部溶解氧饱和度稳定在20.1±0.1%,赋予反应器良好的同步硝化反硝化条件。计算系统功耗发现,三组反应器的曝气能耗分别为17.25W、14.60W、11.55W;与常规反应器R1相比,R2反应器的曝气能耗降低16%左右,实现好氧颗粒污泥工艺强化脱氮与系统节能降耗。3、应用分子技术分析内置不同孔径筛网的颗粒污泥发现,R3反应器内颗粒污泥微生物种群丰富度(香浓指数)最高,达6.91；四组反应器的优势菌群主要为Proteobacteria、Bacteroidetes等,其中Proteobacteria比例分别从接种污泥的40.2%增至59.6%、59.0%、70.2%、42.1%,拟杆菌门Bacteroidetes比例则从接种污泥的35.4%变化为29.8%、20.3%、17.4%、40.3%。通过属水平热图分析发现,R3反应器污泥微生物以Zoogloea spp.占优势(丰度为50.5%),其次为Thauera spp.(丰度为6.1%)和Paracoccus spp.(丰度占3.6%),推测具有EPS分泌功能的Zoogloea spp.以及具有反硝化脱氮能力的Thauera spp.在颗粒污泥粒径优化过程实现了定向富集。研究还发现,R1、R4反应器污泥中Leadbetterella spp.丰度分别占15%与35%,其存在会导致多糖过度分泌,造成EPS比例失衡,导致颗粒污泥解体。研究发现,曝气装置布设在距底部1／6处的颗粒污泥反应器污泥微生物多样性最高,其香浓指数达6.83,优势菌群中Proteobacteria比例高达74.5%。通过属水平热图分析发现,颗粒污泥Zoogloea spp.、Paracoccus spp.、Thauera spp.丰度分别达40.4%、11.3%、7.9%,其中Paracoccus spp.、Thauera spp.大量富集利于好氧颗粒污泥工艺在节能降耗的同时,脱氮性能得到明显强化。论文从颗粒污泥粒径优化、系统节能降耗等角度出发,通过内置筛网、改进曝气装置布设方式等手段,开发了强化颗粒结构稳定与污染物去除的好氧颗粒污泥新技术运行操作条件,并从微生物学角度初步揭示了好氧颗粒污泥工艺强化机制,为好氧颗粒污泥工艺快速颗粒化及高效稳定运行的工艺调控策略提供有力支撑。