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近年来,随着经济的发展和人民生活水平的日益提高,我国面临着水资源匮乏和水污染状况加剧的严峻局面,所以必须采取相应措施控制水污染产生的影响和危害。氮素是导致水体富营养化原因之一,高效、低耗地去除水体中的氮素成为我国污水处理的主要目标之一。传统生物脱氮工艺存在处理效果偏差及运行效率较低等问题,研发高效的新型脱氮工艺对于改善水环境污染问题具有重要意义。好氧颗粒污泥技术具有颇多优势,如抗冲击负荷力强、污泥沉降性能好、反应器占地面积小等,克服了传统工艺的一些问题,有着较好的应用前景。本研究以高氨氮废水为研究对象,研究了好氧颗粒污泥培养过程中对污染物的去除效果以及胞外聚合物(EPS)含量的动态变化;考察了溶解氧浓度、温度以及碳氮比等因素对好氧颗粒污泥去除污染物效果的影响,为其在处理高浓度氨氮废水中的实际应用提供理论依据。通过90 d的培养在SBR反应器内形成了成熟的好氧颗粒污泥,污泥颜色为深褐色而且呈球状或椭球状,污泥浓度(MLSS)逐渐稳定,且污泥沉降指数(SVI)从初期的114 ml/g逐渐降低到50 ml/g,沉降性能较高。在培养过程中对污染物的去除效果也较高,COD以及氨氮的去除率分别为90.87%和98.19%,EPS的含量随着颗粒污泥的逐渐形成而逐渐增加,总浓度(以蛋白质(PN)和多糖(PS)之和计)由初始的58.04 mg/g MLSS增加到100.24 mg/g MLSS。温度以及碳氮比对污染物去除效果有较大影响,当温度从20℃降低到10℃时,COD去除率从90.47%降低到72.80%,氨氮去除率从98.87%降低到82.85%,EPS呈现出先降低后升高的趋势。当水中碳氮比分别为1:1、3:1、5:1时,COD去除率在92%左右,氨氮的去除率则从90.38%降低到54.78%,总氮去除率从32.78%增加到57.84%。溶解氧浓度对COD和氨氮的去除效果影响不大,但对总氮去除效果影响较大。当溶解氧分别为6~8、4~6和2~4 mg/L时,COD和氨氮分别在88%和96%以上。当溶解氧浓度为2~4 mg/L时,总氮去除效果最佳,达到40%。溶解氧浓度对EPS的含量及组分影响并不大,但对好氧颗粒污泥的完整性会产生影响,三个溶解氧浓度梯度条件下PN浓度分别为80.5,80.6和77.2 mg/g,PS分别为23.7,24.2和23.4 mg/g。随着溶解氧浓度降低,粒径小于0.5 mm的污泥比例分别为64.7%、65.65%和72.01%。好氧颗粒污泥的微生物群落结构分析的结果表明,好氧颗粒污泥中微生物种类丰富,门类中变形菌门(Proteobacteria)所占比例最大,其次为拟杆菌门(Bacteroidetes)。颗粒污泥中含有多种具有同步硝化反硝化能力的微生物,如亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和丛毛单胞菌(Comamonadaceae_unclassified),和有反硝化能力的陶厄氏菌(Thauera)、脱氮副球菌(Paracocccus)、肠杆菌(Enterobacter)和黄单胞菌(Xanthomonadaceae_unclassified),在几类主要微生物种类中,黄色单胞菌(Xanthomonadaceae_unclassified)在溶解氧>4 mg/L时,含量几乎为0,仅在低溶解氧浓度下存在且含量为5.06%。