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中国页岩气储量雄踞世界第一,作为一种极为重要的清洁能源我国已开始利用水力压裂技术进行大规模开发利用;然而伴随产生的水力压裂返排废水的处理已成为页岩气开发环境保护关注的核心问题。好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)是20世纪80年代发展起来的废水生物处理新技术。本文在序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)中培养好氧颗粒污泥,研究好氧颗粒污泥SBR处理模拟返排废水(Synthetic Flowback Wastewater,SFW)的性能、污泥丝状膨胀控制及随盐度的变化时胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的特征和微生物群落结构,以便为实际压裂返排废水的处理提供技术参考。主要结论如下:(1)利用模拟返排废水的SBR1培养出的好氧颗粒污泥具有较规则的外观形态结构,虽然以葡萄糖为基质的SBR2比SBR1能更快形成好氧颗粒污泥,但SBR1里的成熟好氧颗粒污泥粒径明显较大;用模拟返排废水培养的好氧颗粒污泥不易滋生丝状细菌,而用葡萄糖作为基质培养的好氧颗粒污泥易滋生丝状细菌。(2)当发污泥丝状膨胀时,表观气体速率从0.7m/min提高至1.3m/min,沉降时间从2min减少至1min,两周后丝状膨胀消除,污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)从200ml/g恢复至30ml/g,平均颗粒丝状化程度从3.07减少至接近为1;观测结果同时发现,存在部分丝状菌对于好氧颗粒污泥的形成有一定的促进作用。(3)好氧颗粒污泥SBR适应能力强、COD去除效率稳定,在模拟返排废水进水COD浓度分别为700mg/L、1200mg/L和2300mg/L时COD去除率达到74%~81%;水力停留时间为6h,12h,24h和48h时,平均日去除负荷分别为1.96kgCOD/(m-3·d),1.11 kgCOD/(m-3·d),0.53 kgCOD/(m-3·d)和0.27 kgCOD/(m-3·d);进水浓度为700mg/L和水力停留时间12h时反应器性能最佳。(4)好氧颗粒污泥SBR在50g/L的NaCl下能够稳定运行,而且盐度在一定范围内增加有利于有机物的去除,适于处理高盐的水力压裂返排废水。NaCl从12.5g/L增加到50g/L时,TOC去除率从53%升至64%,聚丙烯酰胺去除率从5%上升到20%左右;SVI先减少后增加,但始终处于40ml/g以下,平均沉降速度逐渐增高。(5)NaCl浓度增加促进微生物分泌更多的胞外多聚糖和胞外蛋白质,并且它们之间呈较好的线性关系。进水NaCl从12.5g/L增加到50g/L时,SBR1中好氧颗粒污泥的胞外多聚糖从11.99mg/g MLVSS上升至32.31mg/g MLVSS,胞外蛋白质从6.42mg/g MLVSS上升至11.70mg/gMLVSS,决定系数(R2)分别为0.9051和0.8959;SBR2中好氧颗粒污泥的胞外多聚糖从9.44mg/gMLVSS上升至26.33mg/gMLVSS,胞外蛋白质从8.05mg/gMLVSS上升至13.51mg/gMLVSS,R2分别为0.9532和0.8675。(6)好氧颗粒污泥中的主要优势微生物类群为Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Sphingobacteriia;随着盐度的升高,Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria的丰富度增加,Sphingobacteriia的丰富度下降;Clostridia和Bacillia的丰富度在高盐度时最高,而Flavobacteria更适于低盐度;检测到的弧菌属(Vibrio)、盐单胞菌属(Halomonas)、红环菌科(Rhodocyclaceae)和肠杆菌科(Enterobacteriaceae)可能对水力压裂返排废水中的主要成分瓜胶、聚丙烯酰胺、异丙醇等有降解作用。