活性污泥法是城镇污水最常见的处理技术,在严峻的生态环境形势下,提标和节能已成为污水厂运行的重点关注内容。大量学术研究和工程实践都表明,低溶解氧(DO)运行模式可以有效降低污水处理的能耗,但低DO运行模式容易诱发污泥的丝状菌膨胀。现有研究表明处于微膨胀状态的污泥,利用丝状菌比表面积大的特点,通过网捕吸附污水中的污染物,还可以获得更加优良的出水效果。但是污泥膨胀难于控制,处于失控状态的膨胀污泥易流失,长时间运行会使系统完全崩溃难以恢复。因此,研究活性污泥低DO丝状菌膨胀机理,可以为低溶解氧运行模式或微膨胀污水处理控制技术的稳定运行提供理论基础和技术支撑,意义重大。课题采用SBR工艺、低DO运行模式,以不同膨胀程度活性污泥为对象,在研究SBR系统污染物去除效果的基础上,测试不同膨胀程度活性污泥的微观结构、微生物EPS组分、表面特性和种群结构,分析其变化特征,揭示丝状菌与菌胶团菌间的表面作用机制,为构建丝状菌微观膨胀机理提供理论基础。主要内容包括:(1)活性污泥膨胀对水处理系统去除性能及污泥性质的影响;(2)活性污泥丝状菌膨胀对污泥EPS组分和表面特性影响;(3)丝状菌膨胀微生物种群结构分析。研究结果表明:(1)低溶解氧条件下引发活性污泥丝状菌膨胀,在污泥微膨胀阶段出水COD急速升高,去除率迅速下降至60%左右。硝化活性急剧下降,降低至55%左右。磷去除效果与正常溶解氧条件下(DO=2 mg/L)的差别并不很大,除磷平均效率在85%左右。在污泥恶性膨胀阶段出水COD浓度达到300 mg/L,去除率降至40%左右。氨氮的去除率低至38%,除磷效率逐渐降低至60%,严重影响出水效果。(2)EPS组分中蛋白质含量以及蛋白质/多糖的比例随着SVI值的升高而逐渐降低,EPS蛋白质组分是影响细菌间聚集的关键因素,是导致膨胀活性污泥难以形成稳定絮体的原因。随着活性污泥丝状菌膨胀过程的发生,EPS中无规卷曲蛋白质二级结构的相对含量增加,α-螺旋/(β-折叠+无规卷曲)的比值增加,使得松散结构蛋白质含量减少、EPS内部疏水性官能团难以向外露出。(3)随着膨胀过程的发生,EPS提取前后的Zeta电位和疏水性呈现下降趋势,蛋白质含量逐渐降低是引起Zeta电位下降、污泥的疏水性降低的原因之一。蛋白质二级结构的改变是疏水性的另一原因。(4)活性污泥膨胀过程中优势菌门是Proteobacteria,优势菌属是Thiothrix,两者的相对丰度均随着SVI的升高而不断增大。在低溶解氧条件下引发的活性污泥丝状菌膨胀的优势丝状菌是贝日阿托氏菌科中的发硫菌属。非丝状菌一方面相对丰度减少,另一方面非丝状菌难以黏附与丝状菌之上,最终导致无法形成结构稳定的活性污泥絮体。