传统污水生物处理工艺将污染物以微生物有机质的形式转移赋存至剩余污泥中,以实现水体的去污染化。因此剩余污泥中富含大量有机碳源,污泥固相中有机质组分在60%以上,可回收利用潜力巨大。但当前剩余污泥的处理成本占到污水处理工艺总成本的20-50%,如何实现剩余污泥的快速处理及资源化,以实现剩余污泥处理的经济效益、社会效益和环保效益的最大化,成为当前及今后污泥处理领域的热点课题。本研究针对传统剩余污泥水解时间较长、厌氧发酵资源化效率较低等问题,开展利用生物酶对剩余污泥快速溶胞与水解研究,促进污泥固相颗粒溶解化,探究污泥酶溶胞水解效能;研究酶溶污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的效能与微生物作用机制,分析产酸影响因素对VFA积累的影响作用及其与产酸微生物群落的关系,提高酶溶污泥有机质向VFA的转化效率;通过外碳源污泥调质调整发酵底物C/N比,强化酶溶污泥发酵产VFA的效能,实现VFA的高效快速积累。为促进剩余污泥固体有机质向液相的溶解化,研究利用溶菌酶、蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶及其复合对剩余污泥进行溶胞预水解,结果表明,四种单一酶中,溶菌酶对剩余污泥有机质的溶出效果最佳,在酶投量水平5-15%(酶投质量比,w/w)、酶溶反应240 min条件下,剩余污泥上清SCOD迅速升高至3950-5660 mg/L范围;在酶溶反应180 min内,而复合生物酶(四酶混合,质量比为1:1:1:1)在酶投量水平5-15%(w/w)时,污泥上清液溶解态COD含量从初始200 mg/L左右迅速升高至6600-9100 mg/L范围,并且高于四种单一酶对剩余污泥有机质的溶出SCOD之和,表明复合酶较单一酶对剩余污泥具有更佳的有机质溶出效果。受污泥蛋白介导的生物絮凝作用,污泥颗粒粒径增大,污泥的分布扩散系数(DSI)升高;EEM光谱显示色氨酸类蛋白物质和简单芳香族类蛋白物质是污泥颗粒酶溶后液相中存在的主要蛋白,对污泥可生物降解性能的提升有重要贡献。污泥固相微生物群落结构受酶溶作用影响明显变化,酶溶作用能够降低剩余污泥微生物的多样性,并可引起污泥固相微生物群落均匀度升高。研究了生物酶酶溶污泥的发酵产VFA的效能与微生物作用机制。研究中考察了不同发酵温度对酶溶污泥发酵产酸效能的影响,高温发酵过程中VFA的积累量高于中温和常温发酵过程,在高温发酵的第4-6天,VFA含量快速积累至3200-3500 mg/L水平,其中乙酸、丁酸含量分别达到1000-1200 mg COD/L和800-1100 mg COD/L,在混合VFA中占优势地位;分析了固体停留时间(SRT)对发酵产VFA的影响,SRT为8天时酶溶污泥厌氧发酵VFA积累量(4000-4200 mg COD/L)微高于其余SRT(11天和6天)下VFA积累量(在3500-4100 mg COD/L范围),延长停留时间没有进一步提升VFA产生量。发酵温度、固体停留时间等主要影响因素对发酵微生物群落演替有显著影响,发酵体系微生物多样性的升高、低均匀度的分布对VFA的快速积累有促进作用。pH与ORP在酶溶污泥发酵前期对发酵体系中微生物群落发挥主要影响作用,而VFA积累量成为酶溶污泥发酵后期产酸的主要制约因素,解除VFA积累可促进VFA的产生;产酸发酵体系中的优势微生物为Proteiniborus、Pelotomaculum、Gallicola、Bacteroidales、Synergistaceae、Lactobacillus、Anaerotruncus,Clostridium IV,Oscillibacter和Firmicutes等菌,对酶溶污泥有机质的降解和不同VFA的生成途径发挥重要作用。针对剩余污泥有机质C/N比较低(在6/1-9/1范围)的问题,研究了玉米秸秆、猪粪等外碳源调质剩余污泥对发酵产VFA效能的强化作用。以调整发酵底物C/N比为目的(发酵底物C/N比升高至20/1),分析了剩余污泥产酸发酵体系中VFA快速积累的效果。玉米秸秆调质剩余污泥时(发酵底物C/N比20/1),发酵体系中VFA的积累量在第4-5天时可快速升高至4500-4700 mg COD/L范围;玉米秸秆联合猪粪调质剩余污泥时(C/N比20/1),发酵体系中VFA的累积峰值在第4-5天迅速升至5100-5200 mg COD/L范围(对照组VFA峰值仅在3400-3500 mg COD/L范围)。外碳源调质酶溶污泥发酵体系中,Lactobacillus、Clostridium、Firmicutes、Bacteroidales和Anaerotruncus为优势产酸功能微生物,对混合底物的产酸发酵和生物转化过程发挥重要作用。外碳源污泥调质能够促进产酸发酵体系中微生物多样性的升高,并促进微生物群落趋向不均匀分布,形成顶级产酸微生物群落,有利于促进发酵产酸体系中VFA的快速积累。