【摘 要】
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好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge,AGS）在长期运行中难以维持结构稳定性,成为阻碍AGS工程应用的主要障碍之一。胞外多糖是好氧颗粒污泥的重要组分之一,是AGS的凝胶成分及结构骨架,对AGS的形成和稳定具有重要意义。论文采用快速进水直接曝气（R1）,快速进水厌氧搅拌（R2）和厌氧推流慢速进水（R3、R4）三种模式启动AGS反应器。以第36 d时微膨污泥R1、正常污泥R2和
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好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge,AGS）在长期运行中难以维持结构稳定性,成为阻碍AGS工程应用的主要障碍之一。胞外多糖是好氧颗粒污泥的重要组分之一,是AGS的凝胶成分及结构骨架,对AGS的形成和稳定具有重要意义。论文采用快速进水直接曝气（R1）,快速进水厌氧搅拌（R2）和厌氧推流慢速进水（R3、R4）三种模式启动AGS反应器。以第36 d时微膨污泥R1、正常污泥R2和膨胀污泥R3为研究对象,分析污泥特性、微生物多样性及胞外多糖特性,探究污泥粘性膨胀发生的机理。以造粒成功的R1、R2与R4中AGS为研究对象,分析污泥结构稳定性、微生物多样性及胞外多糖特性,探究胞外多糖对不同进水模式下AGS结构稳定性的影响。进行酶解试验,探究胞外多糖和蛋白对AGS结构稳定性的影响。论文研究成果有助于深入理解胞外多糖对AGS稳定性的影响,可为AGS工艺的应用提供理论支持。论文得到以下主要结论:（1）不同进水模式对好氧颗粒污泥形态产生影响。R1、R2和R4在84 d内造粒成功,稳定阶段MLSS分别维持在约4.6 g/L、5.8 g/L和9.9g/L,颗粒化率均接近90%,快速进水直接曝气模式R1的AGS粒径较大,表面有大量丝状菌;快速进水厌氧搅拌模式R2的AGS较为细小,表面可见大量球菌;慢速推流进水模式R4的AGS粒径较大,表面主要是杆菌,且被大量EPS覆盖。R1、R2与R4成熟阶段COD去除率均可达86%以上,NH4+-N去除率均接近100%,TN去除率达60%～70%。（2）启动期间粘性膨胀污泥与正常污泥的污泥特性、微生物群落多样性和多糖特性均有差异。随污泥粘性膨胀的加深,污泥聚集能力减弱,絮凝效率变差,电负性和亲水性增加。粘性膨胀污泥中胞外多糖含量显著增加、多糖疏水性减弱,多糖分泌菌属黄杆菌属（Flavobacterium）丰度远高于正常污泥。多糖官能团分析发现,粘性膨胀污泥胞外多糖与结合水的O-H变形振动增强,胞外多糖可吸附大量结合水,使污泥保水性增强,污泥的粘性膨胀由亲水性胞外多糖的过量分泌引起。相关性分析表明,反应器中较高的污泥负荷F/M会导致黄杆菌属（Flavobacterium）的富集,黄杆菌属（Flavobacterium）分泌了过量胞外多糖,进而导致污泥疏水性降低、电负性增强,聚集和沉降性能恶化,污泥发生粘性膨胀。（3）不同进水模式培养出的好氧颗粒污泥结构稳定性不同。厌氧推流慢速进水模式R4的AGS结构稳定性最强,快速进水厌氧搅拌模式R2次之,快速进水直接曝气模式R1最弱。AGS表面特性和XDLVO分析可知,污泥表面疏水性越强、电负性越弱,界面吸附自由能?((6（9?）和体系总势能WTOT能越小,污泥越容易聚集,表现出更强的结构稳定性。不同进水模式下AGS微生物组成不同。快速进水直接曝气模式R1的优势菌属是丝状菌Neomegalonema属,快速进水厌氧搅拌模式R2的优势菌属是聚糖菌Candidatus＿Competibacter和unclassified＿f＿Comamonadaceae。厌氧推流进水模式R4中优势菌属是聚糖菌Candidatus＿Competibacter,它生长缓慢且能分泌具有强凝胶特性的胞外多糖,有助于维持AGS的稳定性。胞外多糖特性对AGS结构稳定性产生影响。胞外多糖含量与AGS结构强度呈显著正相关,多糖微观形态观察发现多糖支化程度及凝胶特性有助于维持AGS稳定性。官能团分析发现,胞外多糖的氢键交联、凝胶特性、α-构型桥接和疏水性有助于提高AGS的结构稳定性。（4）酶解AGS中胞外多糖和蛋白组分,发现多糖水解后AGS结构强度和储能模量明显降低,表明胞外多糖对AGS结构稳定性起重要作用。流变特性试验表明AGS的凝胶特性来源于胞外多糖而非胞外蛋白。多糖水解后污泥接触角明显降低,表明胞外多糖能通过疏水性作用维持AGS的结构稳定性。胞外多糖和蛋白水解后界面吸附自由能?((6（9?）和总势能WTOT均降低,表明胞外多糖和蛋白对AGS的聚集性能均有贡献。EPS氢键分析表明,胞外多糖主导了EPS中的分子间氢键,对AGS的凝胶特性产生主要贡献。蛋白二级结构分析表明,胞外蛋白主要通过疏水性影响污泥的聚集能力从而对AGS的稳定性产生贡献。
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