摘要
生物除磷是污水处理研究中的重要课题之一，聚磷菌（PAOs）的富集程度显著影响着生物除磷的效果，生物除磷颗粒污泥能够实现PAOs在颗粒内的富集，具有除磷高效、沉降性能好、耐冲击负荷能力强等优点。本文通过厌氧/好氧（A/O）生物反应单元配合污泥沉淀时间及粒径大小调控，筛除黄色絮体/颗粒，构建单一白色的生物除磷颗粒污泥系统，并对温度、进水C/P比等运行条件进行了优化。在此基础上，通过与现有白、黄共存系统中黄色颗粒污泥的比较，分析了白色颗粒污泥的表观形态、理化及胞外聚合物（EPS）特性，并利用微生物多样性分析和扫描电镜、光学显微镜表征手段，探究了白色颗粒污泥的形成机理。最后，从污染物去除效果、理化性质及内部结构角度比较了不同粒径白色颗粒污泥的性能。主要研究结论如下： （1）采用适度缩短沉淀时间和粒径筛选的方法，经过120天培养得到白色颗粒污泥。该颗粒污泥呈球状、SVI5约为40mL/g，SVI5/SVI30约为1，颗粒粒径呈正态分布。与黄色颗粒污泥相比，白色颗粒污泥在密实程度、粒径大小、沉降性能等方面均优于黄色颗粒污泥，白色颗粒污泥EPS中蛋白质（PN）和多糖（PS）的比值为1.56，PN/PS更高，出现较强的芳香族蛋白类和腐殖酸类物质荧光峰，细胞疏水性更强，颗粒结构较为稳定。 （2）白色颗粒污泥系统具有良好的污染物去除效果。培养过程中反应器出水COD浓度平均值为43.43mg/L，TP去除率从44.59%升至99.93%。稳定运行后，在进水COD、TP、NH4+-N浓度约450、15、30mg/L时，处理后出水COD、TP、NH4+-N浓度分别为25.50、0.14、0.42mg/L，去除率可达94.10%、99.01%、98.63%。 （3）微生物群落组成分析表明，PAOs是白色颗粒污泥内的主要优势菌属，聚磷菌Candidatus_Accumulibacter与反硝化聚磷菌Flavobacterium在白色颗粒污泥内大量富集，共占比76.25%。而黄色颗粒污泥以丝状菌unclassified_f_A4b和聚糖菌Candidatus_Competibacter为主。不同于以丝状菌为骨架、由污泥碰撞粘结形成的非均质黄色颗粒污泥，白色颗粒污泥是由PAOs自发聚集生长形成的均质颗粒，相邻菌体间由EPS包裹连接。 （4）温度和进水C/P对白色颗粒污泥系统污染物去除效果有一定的影响。在10、20、32℃条件下运行15天后，系统TP去除率分别为78.95%、97.71%、89.64%，在20℃条件下系统除磷效果最好。进水C/P对系统COD去除效果影响较小，对TP去除效果影响较大。固定进水COD浓度为450mg/L，依次调整进水C/P比为15、20、30、60，系统在各进水C/P条件下分别运行20天，出水TP去除率分别为93.02%~96.19%、93.63%~97.65%、98.59%~99.81%、84.66%~99.87%。当进水C/P比为30时，系统除磷效果最好。 （5）颗粒粒径大小对白色颗粒污泥性能表现有较大影响。粒径越大，颗粒内部DPAOs占PAOs比例越大，反硝化除磷在系统除磷过程中所起的作用越大。颗粒污泥厌氧吸收挥发性脂肪酸（VFA）量、释磷量与粒径呈正相关，且4~7mm颗粒的TP去除效率最优，大于7mm的颗粒虽然释磷量最多，但吸磷不够彻底。另外，就氮素去除而言，硝化速率与粒径呈负相关，但TN去除率与粒径呈正相关，大于7mm颗粒的TN去除率最优。理化性能分析表明，在0~7mm范围内，含水率与粒径呈负相关，湿密度、平均沉降速率、VSS/SS与粒径呈正相关，EPS含量随粒径增大总体上也呈增加趋势，粒径2~7mm时，EPS中PN/PS较大，颗粒理化结构较为稳定。大于7mm颗粒的理化性质出现下降，内部出现明显的羟基磷灰石核心，可作为富磷资源收集利用。
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