生物除磷技术由于其高效性、经济性和环境友好性,在污水除磷领域内得到广泛的应用。目前大部分污水处理厂的生物除磷系统是以活性污泥为主,系统容易出现污泥膨胀,系统中聚磷菌难以富集、剩余污泥量大、二次释磷、处理效果受运行环境的波动影响大等问题,使生物除磷活性污泥系统面临诸多挑战。由于好氧颗粒污泥具有结构密实、沉降性能好、污泥量大、抗冲击负荷能力强等优点,生物除磷颗粒污泥有助于实现生物除磷系统的稳定运行。本研究对序批式SBR生物除磷系统中颗粒污泥的形成过程,形成机理,颗粒特性,进水P/C比、碳源和温度等因素对颗粒形成的影响以及生物除磷颗粒污泥对实际生活污水的处理效果进行了系统研究。在厌氧/好氧交替运行的SBR反应器中,系统具有良好的除磷性能,其中有颗粒污泥的形成,系统处于颗粒和絮体污泥共存的状态。在运行稳定阶段污泥的平均粒径为567μm。采用高通量测序手段对颗粒污泥和絮体污泥进行分析,发现颗粒污泥中的微生物种群丰度要低于絮体污泥和接种污泥中的微生物种群丰度。其中聚磷菌Candidatus Accumulibacter在颗粒污泥中的比例为73.78%,而其在絮体中的比例仅为0.6%;聚磷菌的竞争者聚糖菌Candidatus Competibacter在颗粒中的比例较低,仅为0.6%,低于其在絮体中的比例1.97%。生物除磷系统中形成的颗粒污泥是一种以聚磷菌为主的微生物自凝聚的结果。颗粒污泥的zeta电位为-22.3 m V,高于絮体污泥的zeta电位-27.52 m V,另外,颗粒污泥与水的接触角为55.64°,大于絮体污泥与水的接触角22.36°。颗粒污泥EPS的zeta电位为-10.85 m V,也高于絮体污泥EPS的zeta电位(-22.53m V)。颗粒中的EPS含量为238.34 mg/g-MLSS,大于絮体中的EPS含量(134.61mg/g-MLSS)。颗粒污泥EPS中的Mg2+含量要高于絮体污泥中的含量,去除颗粒污泥EPS中的金属离子后,EPS的zeta及絮凝性能均有所降低,且经傅里叶变换红外光谱测定发现,金属离子与EPS中的多糖密切相关。颗粒和絮体污泥这些特性的差别是由聚磷菌自身的代谢特性引起的。聚磷菌在代谢过程中会分泌大量的金属离子(Mg2+,K+等),刺激微生物分泌较多的EPS,且这些金属离子需结合聚磷菌体内的质子H+转移到细胞外,质子H+进行跨膜转移的过程中降低了细胞表面的电负性,增强了细胞表面的疏水性;同时聚磷菌细胞分泌的酸性胞外多糖可大量吸附其代谢过程中释放的金属离子Mg2+,细胞表面的电负性降低,有利于细胞间的聚集,此外,聚磷菌分泌的胞外聚合物EPS具有种群专一性,形成了以聚磷菌为主的颗粒污泥。进水P/C比(0.03:100,1:100,2:100)对生物除磷系统中颗粒污泥的形成有一定的影响,其中在0.03:1的系统中,没有颗粒污泥的形成,污泥中几乎没有聚磷菌的存在,以Candidatus Competibacter为优势菌,所占比例为45.6%;在P/C为1:100和2:100的系统中均有颗粒污泥的形成,颗粒特性相似,Candidatus Accumulibacter为优势菌。在乙酸和丙酸为碳源的系统中,除磷效果良好,两个系统中均有颗粒污泥形成。以乙酸为碳源的系统中形成的颗粒粒径较小,且比例相对较低,平均粒径为217μm。以丙酸为碳源的系统中颗粒的成长速度较快,颗粒的平均粒径为513μm。两个系统中形成的颗粒污泥中均以聚磷菌为主。温度对生物除磷系统中颗粒污泥的形成也有一定的影响,在8°C和23°C的两个系统中均具有良好的生物除磷效果,系统中均有富含聚磷菌的颗粒污泥的生成,稳定期的污泥平均粒径为230μm和465μm。在31°C的系统中并没有除磷作用,污泥呈絮体状,污泥中以酸杆菌(Acidobacteria)为优势菌,所占比例为63.23%。以人工模拟废水培养成熟的富含聚磷菌的颗粒污泥作为接种污泥进行实际生活污水的处理,稳定期系统中为白色颗粒污泥、黄色颗粒污泥和絮状污泥共存的混合状态。三者的微生物种群丰度由高到低依此为絮体、黄色颗粒污泥、白色颗粒污泥。其中白色颗粒中的聚磷菌比例为36.74%,仍为优势菌;黄色颗粒中聚磷菌的比例为14.07%;絮体污泥中各种菌属的比例相对较为均匀,聚磷菌仅占0.32%。其中具有反硝化能力的Cytophagaceae unculture和Thauera在白色颗粒和黄色颗粒中的比例较接种污泥均有增加,使得系统的具备了高效的脱氮除磷能力。系统对实际生活污水处理效果良好,COD,PO43--P,NH4+-N,TN的去除率分别为90.47%,97.24%,99.18%,70.80%。其抗COD和PO43--P冲击的能力也较强。