在剩余污泥土地利用中,污泥有机毒性是一个棘手的关键限制问题。然而,在处理高浓度有机废水的活性污泥系统运行中,还没有足够关注污泥有机毒性的形成机制和分布特性等问题的研究。课题立足于研究废水活性污泥处理过程中有毒有机物在水、泥两相整体系统的空间分布,以及所产生的有机毒性在活性污泥中的累积分布规律。此研究弥补了以往传统水处理工艺中活性污泥系统仅以水相为单一研究对象,仅考察水中污染物去除以及剩余污泥处置所引起的弊端。试验采用人工配水方式,空白组仅以蛋白胨提供进水中的碳源,对照组则添加不同浓度BPA或DMF,与蛋白胨共同构成碳源。试验所用活性污泥均取自上海长桥污水处理厂曝气池,污泥经实验室内曝气过滤等预处理后,以相同污泥浓度(MLSS=3000-3500mg/L)分配至废水处理装置中,系统启动运行后分析测试出水COD、各相(水相、泥相)目标污染物残留浓度以及污泥有机毒性变化及分布等指标,综合分析处理高浓度有机废水的活性污泥系统中污泥有机毒性的形成规律及分布特性。试验通过高效液相色谱(HPLC)法测试了不同条件下有毒有机物BPA和DMF在水相和泥相各区域残留情况。发现经过污染物驯化的活性污泥对目标污染物降解效能更强,可完全降解系统内存在的BPA或DMF,所产生污泥毒性随进水BPA或DMF浓度的升高而增加。对比逐步驯化试验和冲击驯化试验的污泥毒性形成变化规律发现:进水成分相同时,冲击试验污泥总毒性总体上均高于逐步驯化试验,说明冲击试验中微生物菌群降解有机物能力较弱,形成的污泥毒性较高;同时,污泥毒性随进水底物类型和浓度不同也存在明显差异:空白组形成的污泥有机毒性较低且稳定,两对照组累积在污泥微生物细胞内部区域的有机毒性与空白组差值均随进水BPA或DMF浓度的升高而增加。研究污泥有机毒性形成机制发现,污泥有机毒性形成原因主要为系统中微生物对目标污染物的降解过程中形成了一定的有机毒性,且未降解完全的有毒副产物累积在活性污泥絮体微生物细胞中增加了污泥有机毒性。研究分析污泥有机毒性与微生物多样性之间的相关性,利用皮尔森相关性分析法(Pearson Correlation Analysis)得出污泥总毒性与香农威尔指数(H)之间存在相关性。BPA对照组的污泥毒性与H呈中等正相关(r=0.482,p<0.1)关系;DMF对照组的污泥毒性与H呈中等负相关(r=-0.550,p<0.1)关系。在逐步驯化试验中,BPA对照组和DMF对照组污泥有机毒性与微生物种群相似性均呈高度负相关关系,即相对于空白组而言对照组的污泥有机毒性越大,其微生物菌群结构与空白组的相似性越低。通过蛋白质双向电泳试验得出驯化方式不同的BPA对照组,其微生物蛋白质构成存在明显不同,其中假单胞菌(pseudomonas)是降解BPA的优势菌群;而驯化方式不同的DMF对照组微生物蛋白质构成差异不显著,系统中存在许多相同的高表达量蛋白,综合说明微生物蛋白质与污泥毒性形成及大小有明显相关性。对比逐步驯化和冲击驯化的SBR系统污泥有机毒性分布规律发现,有机毒性均主要集中在污泥微生物细胞内部区域;对比SBR运行模式与连续流运行模式污泥毒性的分布规律发现,连续流系统由于微生物降解污染物效能低,形成的污泥毒性较大,且部分累积在污泥微生物细胞外层EPS中;而累积在污泥微生物细胞内部区域的毒性值小于进水成分相同时的SBR系统。对比不同运行工况参数的SBR系统污泥毒性分布规律发现,缩短HRT和SRT后污泥毒性分布规律与原工况条件一致,污泥毒性均累积在污泥微生物细胞内部区域且毒性值有所削减。改变运行模式,对比连续流和SBR系统发现,经高浓度目标污染物冲击并稳定后的BPA对照组和DMF对照组连续流系统污泥有机毒性高于SBR,分析认为SBR系统是时间上的推流模式,对污染物降解更彻底,污泥中毒性物质因消耗而累积量较少。改变运行工况参数即缩短HRT和SRT后,系统出水COD和污染物残留情况无明显变化;由于缩短HRT和SRT筛选了代谢速率快、世代周期短的BPA和DMF降解菌,微生物活性明显增强,加快了毒性物质的消化分解,使得污泥毒性削减明显。投加絮凝剂聚合硫酸铁(PFS)是一种有效的削减污泥毒性的方法,有助于SBR系统COD的削减以及污染物的去除;PFS的投加浓度与污泥毒性的削减量呈正相关关系;通过三叶草发芽率试验证明,SBR系统污泥毒性与三叶草发芽率呈负相关关系,投加PFS有助于其种子发芽,并降低污泥毒性的同时为植物提供必需的Fe元素。论文上述研究工作揭示了污泥有机毒性的形成原因及其分布特性,通过改变运行工况条件等方式来探寻污泥有机毒性源头削减的有效方法,从而降低剩余污泥后续处理和处置及资源化利用的成本和环境风险。