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好氧颗粒污泥法是一种新兴污水生物处理技术,特殊的紧实层状结构使得其具有突出的沉降速度、污泥存留能力以及对不良环境的耐受性能,然而目前好氧颗粒污泥的形成机理尚不明确。进水有机物浓度是影响好氧颗粒污泥形成的重要因素之一,不同进水有机物浓度下好氧颗粒污泥形成中微生物群体感应、胞外聚合物以及群落组成的变化规律与相互关系尚不清晰。本课题旨在研究进水有机物浓度对好氧颗粒污泥形成的影响机制,通过考察不同进水有机物浓度下好氧颗粒污泥形成过程理化性质及污染物去除效能、微生物群落结构以及群体感应酰基高丝氨酸内酯(N-Acyl homoserine lactone,AHL)信号分子的动态变化,分析不同进水有机物浓度下AHL与胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)及微生物群落组成之间的相互关系,解读进水有机物影响好氧颗粒污泥形成的微生物学本质,为在不同进水有机物浓度下调控好氧颗粒污泥的快速形成与长期稳定运行提供理论依据。本研究通过设置进水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)浓度为100、250、500、1000、1500和2000 mg/L考察进水有机物浓度对好氧颗粒污泥理化性质与处理效能的影响,结果表明进水有机物浓度升高有利于好氧颗粒污泥的快速形成以及污泥粒径增大,进水COD浓度为100 mg/L和2000 mg/L的系统分别需要90和10天初步形成好氧颗粒污泥,至第100天时粒径分别为235.79μm和1055.89μm。紧密结合型EPS是好氧颗粒污泥中EPS主要成分,在进水COD浓度为500-1500 mg/L范围时,提高进水有机物浓度可促进好氧颗粒污泥中紧密结合型胞外蛋白和胞外多糖积累。好氧颗粒污泥形成中紧密结合型胞外蛋白/紧密结合型胞外多糖比值的逐渐升高,证明紧密结合型胞外蛋白是好氧污泥颗粒化过程的关键组分,同时紧密结合型胞外蛋白/紧密结合型胞外多糖比值的升高则是污泥颗粒化的关键指示因子。进水有机物浓度会影响好氧颗粒污泥的沉降性能,进水COD浓度为1000 mg/L的R4系统中成熟好氧颗粒污泥沉降性能最佳,其SVI5及SVI30低至31.38 m L/g。采用Illumina Miseq高通量测序技术考察了进水有机物浓度对好氧颗粒污泥微生物群落结构的影响,结果表明运行第100天时R1至R6系统中好氧颗粒污泥的EPS产生菌含量分别高达29.24%、58.71%、69.91%、48.65%、43.35%和34.83%。在进水COD浓度为100 mg/L的条件下Pseudoxanthomonas、Comamonas、Acidovorax、Thauera为好氧颗粒污泥主要EPS产生菌,而在更高COD浓度下Zoogloea、Flavobacterium、Acidovorax是主要EPS产生菌。聚糖原菌Micropruina稳定存在于好氧颗粒污泥形成过程,进水COD浓度为1000mg/L时R4系统成熟好氧颗粒污泥中Micropruina相对丰度最高(6.99%),其对应的同期污泥体积指数数值最低。进水有机物浓度对好氧颗粒污泥形成中优势氨氧化细菌类型影响不大,但对优势亚硝酸氧化细菌种属影响较大。当进水COD浓度高于1000 mg/L时好氧颗粒污泥中异养细菌大量增殖并引起自养硝化菌群的含量大幅下降,此时进水氨氮主要通过异养细菌的同化作用去除。进水有机物浓度会影响好氧颗粒污泥形成过程中微生物群落多样性的变化趋势,底物竞争机制的存在使得低进水有机物浓度有利于好氧颗粒污泥形成过程中微生物群落多样性与丰富度的保持。采用超高效液相色谱-串联质谱联用及相关性分析考察了进水有机物浓度对好氧颗粒污泥中微生物群体感应的影响及作用机制,结果表明进水有机物浓度影响好氧颗粒污泥中AHL的时空分布与含量,但在所有进水有机物浓度下水相中丁酰基高丝氨酸内酯和己酰高丝氨酸内酯以及泥相中癸酰高丝氨酸内酯及十二烷酰高丝氨酸内酯均为主要AHL类型,其在好氧颗粒污泥形成初期的积累可促进好氧颗粒污泥顺利形成。好氧颗粒污泥形成中紧密结合型胞外蛋白和胞外多糖的含量及比例与多种AHL呈显著正相关。进水有机物浓度影响会微生物群落组成以及相应的AHL分泌类型与含量,进而影响群体感应调控的紧密结合型胞外蛋白和胞外多糖组分的产生,最终导致不同进水有机物浓度下好氧颗粒污泥的形成存在差异。好氧颗粒污泥形成中EPS产生菌与AHL介导的群体感应关系密切,在进水COD浓度为100 mg/L时自养硝化菌群与AHL相关性强,在进水COD浓度更高的系统中反硝化菌及碳水化合物降解菌与AHL相关性强。