微生物作为工业废水生化处理系统中微生态的核心部分,维持微生物活性和微生态稳定是目前提高水处理效果的重要措施。在淀粉工业废水处理过程中,微生态环境复杂多变,微生物群落结构、胞外聚合物(EPS)和溶解性代谢产物(SMP)相互作用,对出水水质影响很大。但目前工业废水生化处理领域对微生物群落结构、EPS和SMP与水质的相关性、氨氮的代谢途径等研究相对较少。因此本文以河北省某淀粉工业污水处理厂为研究对象,利用高通量测序和三维荧光光谱技术解析了AO工艺在运行调试阶段微生物群落结构的变化和稳定运行阶段,污泥EPS和SMP与微生物群落结构及其代谢过程的动态变化,对水质处理效果的影响;为进一步揭示AO工艺处理淀粉废水的微生态特征,优化AO工艺条件提供理论依据和技术支撑。本文主要研究内容及成果如下:1)长期监测该工业污水处理系统进出水水质状况,同时考察微生物群落结构动态变化及其与出水水质的相关性。结果显示,工艺调试阶段,该AO工艺对COD、氨氮去除效率最高分别达到87.4%和98%以上,处理效果良好。此外,随着污染物去除效率的提高,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度比例逐渐提高到49.4%和26.9%。根据典范对应分析(CCA)得知,影响该工业废水处理过程中群落结构变化原因主要为硝酸盐浓度和污泥浓度,且均为正相关。实验证明,可通过调控系统污泥浓度改变微生物群落结构,提高处理效果。2)应用高通量测序技术结合三维荧光技术解析该污水厂AO工艺微生态特征,考察微生物群落结构与EPS、SMP的相关性,结果显示,当污水厂水质处理效果稳定时,污水中EPS主要以类富里酸和类酪氨酸、色氨酸蛋白为主,类富里酸荧光强度最高为53.272×10~6au·nm~2,缺氧段SMP主要为色氨酸及色氨酸蛋白物质,好氧段SMP主要为类腐殖质,缺氧段有机质总体含量较高达到73.432×10~6au·nm~2,腐殖质含量沿程增加。各工段微生物群落结构对水质变化影响显著,缺氧段与好氧段各类型微生物增长对出水水质效果不同,S3、S4、S5阶段变化较为明显,S6阶段与S5阶段菌群丰度相差不大。3)通过建立实验室AO模拟装置,对照污水厂实际运行效果解读两者对COD及氨氮的处理效果和微生物群落结构差异。当进水COD和氨氮浓度分别为500和450mg/L,AO反应器出水浓度分别为78 mg/L和107 mg/L,去除率分别为84.4%和76.2%。Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、Firmicutes、Actinobacteria、Candidate division TM7在污水厂和实验室样本中均为主要门类。差异较为明显的微生物为Firmicutes、Saprospiraceae和Betaproteobacteria等。通过反应器模拟AO工艺处理工业废水,有助于在分子生物学的角度解析污染物的去除机理,为实际废水AO工艺的调控提供了技术参数。本研究,开展实验室模拟与实际生产对照研究,结合高通量测序和三维荧光光谱技术,揭示了淀粉废水AO工艺中微生物群落结构与EPS、SMP的相互作用及对出水水质变化影响,为工业废水生物处理参数优化提供了新的技术途径。