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好氧颗粒污泥因其具有沉降性能优异、运行污染负荷高、抗冲击能力强等优点,正在工业废水、城镇污水处理方面展现巨大的应用潜力。胞外多聚物(EPS)是好氧颗粒污泥的重要组分,在颗粒形成和结构稳定中具有重要作用,但有关关键组分与作用机制仍不明确。论文结合光谱分析、PCR-DGGE、双向电泳(2-DE)等技术,开展絮体污泥和颗粒污泥EPS组分差异、好氧污泥颗粒化和有毒物胁迫过程胞外蛋白(PN)演变等研究,并从污泥胞外蛋白角度分析工艺优化对颗粒污泥结构稳定的影响。获得以下主要研究结论：1、以普通絮体污泥、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥为研究对象,比较污泥絮体和颗粒的松散结合型EPS (loosely bound EPS, LB-EPS)和紧密结合型EPS(tightly bound EPS, TB-EPS)含量和组分差异。研究发现,好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥LB-EPS、TB-EPS中PN含量分别为33.69±.7和96.8±11.9、27.1±2.8和61.6±4.2mg-g1VSS,均明显高于絮体污泥的8.5±1.5和43.1±2.7mg·g-1VSS；三种污泥的胞外多糖(PS)含量则基本在30mg.g1VSS左右,低于其PN含量。分析污泥表面电荷发现,其与污泥EPS中的PN含量呈线性相关,表明PN在颗粒污泥中的重要作用。结合三维荧光光谱分析(EEM)和聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)研究发现,絮体污泥PN分子量主要集中在14.3-66.2kDa,而颗粒污泥PN分子量则集中在20.1-97.4kDa,相比而言其大分子PN所占比例较多；其中,颗粒污泥中存在大量芳香类和色氨酸类蛋白物质,推测其是维持颗粒结构稳定的关键PN组分。2、以好氧颗粒污泥反应器为平台,研究了好氧污泥颗粒化与有毒物对氯苯胺(4-C1A)胁迫下颗粒污泥特性与PN演变。结果表明,污泥颗粒化过程PN含量由69.44±8.1mg·g-1VSS增至281.5±16.0mg·g-1VSS,其中分子量为44.3-97.2kDa的大分子PN含量增加尤为明显。在进水4-ClA有机负荷逐步提升至0.36kg·m-3·d1时,颗粒污泥维持稳定,PN含量由213.0±10.26mg·g-1VSS增至390.9±60.5mg·g-1VSS；随着4-ClA负荷进一步增至0.4kg·m-3·d-1,颗粒污泥逐渐解体,PN含量迅速降至171±12.6mg·g-1VSS。SDS-PAGE和傅里叶红外光谱(FTIR)分析发现,大分子PN(44.3-66.4kDa)、3-turn helix和β-sheet蛋白质二级结构Amide Ⅰ以及天冬氨酸和酪氨酸芳香族等蛋白类物质大量或只存在于稳定好氧颗粒污泥中,是颗粒结构稳定的关键组分。分析好氧颗粒污泥菌群结构发现,4-ClA胁迫下的解体颗粒污泥菌群微生物丰度较低,Ornithinicoccus、 Kineosphaera limosa、Diaphorobacter等具有抗毒性、产EPS和同步硝化反硝化能力的优势菌群的减少或消失,可能是导致颗粒污泥解体的原因。3、针对好氧颗粒污泥工艺长期运行易失稳的问题,通过水力停留时间(HRT)、污泥沉降时间等主要参数的联合调控,研究工艺优化过程系统性能与PN变化。结果表明,HRT由17.2h缩短到11.4h后,污泥沉降性能和MLSS均有所提升,但颗粒化仍不明显。将污泥沉降时间由3min延长至10min,系统4-ClA和COD去除率均达99%以上,污泥浓度维持在6.0g.L-1,颗粒结构趋于稳定。通过FTIR和2-DE分析发现,工艺优化过程污泥PN含量由159.7±0.1mg·g-1VSS增至300±13.0mg·g-1VSS,且PN具体组分发生明显演替,利于污泥颗粒化的β-sheet蛋白质二级结构Amide Ⅰ有所增多。分析工艺优化前后反应器运行周期内污染物去除、污泥性能和EPS变化发现,工艺优化后污泥PN可作为好氧饥饿期微生物可利用碳源与能源,增强细胞表面疏水性、降低表面电荷,从而利于颗粒污泥结构稳定。