好氧颗粒污泥技术是一项创新的废水生物处理工艺,具有污泥结构致密、沉降性能优异、生物持留量高、多功能菌群定殖等特点,在生活污水与工业废水处理领域具有极高的应用潜力。然而作为一种特殊的微生物聚集体,好氧颗粒污泥存在颗粒结构易失稳、形成机理不清楚等问题,使其技术应用推广受限。论文从污泥颗粒特性、EPS组成成分、功能菌群结构等角度出发,应用Illumina测序、qPCR等技术手段,开展了基于出水回流、进水有机负荷模式的好氧颗粒污泥工艺调控研究,并从微生物学角度揭示了创新工艺的强化颗粒污泥形成与结构稳定过程机制,以期为好氧颗粒污泥技术的工程应用提供有效的理论基础与技术支持。主要研究结论如下：1、针对城镇污水进水有机负荷低、好氧污泥颗粒化困难等问题,构建了三组序批式好氧颗粒污泥反应器,研究出水回流、投加污泥颗粒碎片等策略对颗粒污泥反应器启动过程的影响。与对照反应器R1相比,出水回流的R2反应器和投加污泥颗粒碎片的R3反应器分别在40d、65d实现污泥颗粒化,启动过程污泥EPS含量明显增加,分别由接种污泥的104.83±11.87 mg·gVSS-1增至127.65±9.31mg·gVSS-1和179.88±15.77 mg·gVSS-1同时,R2、R3形成的颗粒污泥结构较为致密,SVI分别为35 mL·-1、45 mL·g-1,系统COD、TN去除率均优于对照反应器。值得注意的是,R1、R3反应器运行过程均出现颗粒失稳现象,污泥胞外多糖(PS)含量大幅增加,导致大量污泥膨胀并洗出反应器,相比R2反应器则运行稳定,表明出水回流工艺调控可实现处理低负荷城镇污水好氧颗粒污泥反应器快速启动与稳定运行。2、研究出水回流、投加污泥颗粒碎片的好氧颗粒污泥反应器微生物群落结构发现,污泥颗粒化过程微生物群落结构演替显著,Proteobacteria逐渐代替接种污泥中的Bacteroidetes成为优势菌群。在R1、R3反应器失稳过程中,其颗粒污泥的优势菌群Proteobacteria重新被Bacteroidetes取代,系统性能恶化、大量污泥洗出。出水回流的R2反应器启动过程微生物群落丰度始终呈递增趋势,Zoogloea spp.等产EPS菌得到定向富集,系统中C6-HSL、C8-HSL、3OC6-HSL、 C12-HSL等信号分子水平显著升高,初步揭示基于出水回流的颗粒污泥工艺调控可通过增强群体感应实现好氧颗粒污泥快速形成与结构稳定。3、鉴于进水有机负荷(OLR)对功能微生物初始定殖与污泥颗粒化具有重要作用,研究了不同OLR进水模式的好氧颗粒污泥工艺启动与运行过程特性。结果表明,采用进水OLR递增、OLR恒定的R1、R3反应器启动55d、40d均发生污泥上浮与洗出现象,COD.TN去除率分别降至87.4%、54.3%和84.7%、38.2%；分析其周期内污泥EPS组分发现,失稳期间污泥PS含量明显增加,污泥PN/PS比值降至0.60以下,导致污泥膨胀与结构失稳。相比而言,采用进水OLR递减的R2反应器启动35d即实现污泥颗粒化,形成的颗粒污泥结构致密,污泥疏水角由85.5°增至102.1°,COD、TN去除率稳定在96%和73%以上；分析污泥EPS组分发现,颗粒化过程污泥PN含量持续增加,PS含量相对稳定,最终PN/PS比值维持在2.3左右,实现好氧颗粒污泥反应器高效稳定运行。4、研究不同进水OLR模式的好氧颗粒污泥工艺微生物群落结构演替发现,三组反应器的污泥群落结构存在明显差异,表明不同的进水OLR调控模式导致接种污泥群落向不同方向演替。接种污泥中Bacteroidetes为优势菌群,占比达70.4%；随着反应器的运行,三组反应器污泥中Proteobacteria的比例逐渐增加,其中进水OLR递减的R2高达41.2%,而R1、R3反应器在失稳阶段污泥中Bcteroidetes占比重新增加,证实Proteobacteria增殖利于好氧颗粒污泥形成。值得注意的是,隶属于Proteobacteria变形菌门的Zoogloea spp.、Thauera spp.在R2反应器中得到定向富集,其中Zoogloea spp.通过EPS分泌利于微生物絮凝、Thauera spp.则具有强化脱氮与难降解有机物去除的能力。综上所述,研发的基于出水回流、进水OLR模式优化的好氧颗粒污泥工艺调控可通过功能微生物作用实现好氧颗粒污泥快速形成与结构稳定。