好氧颗粒污泥系统出水中溶解性微生物产物（SMP）在不同条件下的响应机制研究

During the pollutants removal process, the microorganism of activated sludge will produce soluble microbial products (SMP), which are the important constituents of the effluent organic matter in biological wastewater treatment reactor. Aerobic granular sludge, which has better settleability, better resistance to shock load and more biomass becomes an important research field in activated sludge. Compared with flocs sludge, the morphological structure and microbial activity of aerobic granular sludge are obviously different. However, at the present time, the effect of these differences on SMP in the effluent of aerobic granular sludge reactor is still unknown. Therefore, in this study, aerobic granule will be cultivated in SBR with flocs sludge as inoculation. Batch and continuous experiments are used to explore the pattern and chemical characteristics of SMP during sludge granulation process. The differences of SMP concentrations and chemical properties in mature aerobic granular sludge reactor with different organic load rates and temperatures will be evaluated. Taking the SMP change into consideration, the SMP production and transformation kinetic model will be developed, which can quantify the SMP change in aerobic granular sludge reactor. Hopefully, this study would be helpful to improve and optimize the effluent quality of aerobic granular sludge reactor.

活性污泥去除污染物时产生的溶解性微生物产物（Soluble microbial products, SMP）是废水生物处理反应器出水有机物中的主要成分。好氧颗粒污泥由于具有良好的沉降性能和抗冲击负荷能力及较高浓度的生物量，成为活性污泥研究中的一个重要方向。由于好氧颗粒污泥在形态结构和微生物活性上与絮体污泥存在差别，而这些差别对于好氧颗粒污泥系统出水中SMP的影响机制仍未完全清楚。因此，本项目拟以絮体污泥为接种污泥，在序批式反应器中培养好氧颗粒污泥，同时结合间歇实验和长期运行实验，监测絮体污泥颗粒化过程中SMP的形成规律和化学特性；当好氧颗粒污泥反应器处于稳态时，考察环境因子对好氧颗粒污泥反应器出水中SMP的影响机制；并结合SMP变化，构建SMP的形成与转化动力学模型，定量描述好氧颗粒污泥反应器中SMP的形成与转化过程，从而为好氧颗粒污泥反应器出水水质优化和调控提供基础。

活性污泥中的微生物在新陈过程中产生的溶解性微生物产物（Soluble Microbial Product, SMP），由于其难生物降解特性，会成为废水生物处理反应器出水有机物中的主要成分，影响出水水质。好氧颗粒污泥由于具有独特的颗粒结构，使得好氧颗粒污泥在形态和生物活性上与絮体污泥存在差别，但是到目前为止这些差别对于好氧颗粒污泥系统出水中SMP的影响仍不清楚。因此，本研究以好氧颗粒污泥为研究对象，研究了絮体污泥颗粒化过程中出水SMP的特性变化，同时探讨了外部因素对污泥颗粒化过程中SMP的特性影响，并基于活性污泥数学模型对好氧颗粒污泥系统中SMP形成和转化过程进行了数学模拟，得出以下结论：.（1）絮体污泥颗粒化过程中，出水SMP浓度呈现先升高后降低的趋势。当颗粒污泥稳定运行时，反应器出水中SMP的浓度为13.5 mg/L而此时絮体污泥反应器出水中SMP的浓度为21.6 mg/L。SMP中的主要成分多聚糖也呈现先升高后降低的趋势。SMP的另外两种成分腐植酸和蛋白质则在污泥颗粒化过程中呈逐渐升高的趋势。.（2）通过调整反应器的水力停留时间（HRT），我们发现随着HRT的延长，絮体污泥在颗粒化过程中SMP中的蛋白质组分浓度升高，而多聚糖和腐植酸浓度却有所降低。结合微生物胞外聚合物（EPS）的研究，我们发现污泥颗粒化过程中SMP的组分变化与EPS的组分变化密切相关。.（3）通过对SMP中亲疏水性物质的分离鉴定，我们发现在污泥颗粒化过程中SMP中中性亲水性物质主要为多聚糖，其比例从90%下降至40%。强疏水性物质主要为色氨酸类蛋白质，弱疏水性物质主要为聚芳烃类腐殖酸，极性亲水物质主要为聚羧酸类腐殖酸，这些物质在污泥颗粒化过程中呈缓慢增加趋势。.（4）在活性污泥数学模型（ASM）基础上结合EPS和SMP形成与转化过程，建立了新的数学模型。经过实验数据的校正和验证之后，模拟结果显示好氧颗粒污泥中以SMP为基质的异养菌最大比生长速率高于普通活性污泥。. 本项目的实施对于明确好氧颗粒污泥系统中SMP的特性以及后续出水水质的调控和优化具有重要的指导意义。