与传统活性污泥法相比好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)结构紧凑致密沉降迅速易于泥水分离,其立体分层结构使其具有同步硝化反硝化和同步除磷能力,在一座反应池内可以完成脱氮除磷工作,有效节省能源与占地面积。本文针对我国当前市政污水处理领域面临的用地紧张、泥水分离效率低下、原水水质低碳氮比(C/N)等现状,开展了以好氧颗粒污泥技术处理低C/N市政污水可行性与优势的研究。实验成功实现了以实际污水为原水对好氧颗粒污泥的培养,考察了好氧颗粒污泥反应器的脱氮除磷过程以及在长期运行过程中的出水稳定性,同时探索了不同C/N、环境温度对其去除污染物性能的影响,并对好氧颗粒污泥群落演替与微生物多样性进行检测分析,获得了好氧颗粒污泥处理低C/N市政污水的优化条件和有价值的研究结果,论文主要研究内容如下。以实际低C/N生活污水为原水,利用序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),通过改变有机负荷与选择压的方式在约50 d培养出了成熟的好氧颗粒污泥,污泥颗粒外观呈茶色,边缘分明,整体呈球形或椭球型,SVI 值约为 50 mL·g-1,MLSS 约 4.5 g·L-1,平均粒径为 599.5 μm,。以C/N=2～6的实际生活污水为基质,在为期180 d的培养与连续运行过程中,COD、总氮和总磷的平均去除效率分别为89.5%、78.5%和70%以上。该技术优于传统活性污泥法,系统同步硝化反硝化作用明显,硝态氮积累量逐渐减少,因低C/N水质引发的脱氮除磷之间的矛盾逐渐消失。在周期内生化反应过程中,pH、DO与ORP可作为系统内生化反应进行程度与系统整体是否正常运转的指示指标,对系统运行与调控有明显的指向性作用。根据原水水质自然地季节性变化,考察受不同C/N范围原水影响系统出水水质情况,结果表明C/N不影响COD的去除,平均去除效率可达86.9%。当C/N>3时可以保证总氮与氨氮出水达标,当C/N降低到1～3时,总氮平均去除效率降至75%左右。颗粒在碳源不足时会优先脱氮,当C/N>4时总磷去除效率在60%以上,当C/N继续降低至2～4时,系统平均除磷效率降低至42.55%,当C/N<2总磷去除效率将进一步下降。研究了原水温度对好氧颗粒污泥系统去除污染物过程的影响,结果表明温度对COD去除效率影响较小,对脱氮除磷影响较大,尤其对硝化细菌活性影响显著,由此影响了对氨氮及总氮的去除,并最终影响了系统的除磷效果。当水温高于18℃时,系统总氮与氨氮去除效率分别可达99%与80%以上,均可实现达标排放;当水温降低至15～18℃时,系统氨氮与总氮出水浓度短期内会有明显升高,但微生物经过适应后污染物脱除效率与出水水质均可恢复至正常水平;当水温降低至13～15℃时,系统出水总氮与氨氮均不能达标。根据反应器中污泥性状以及其脱氮除磷能力的不断优化,利用Miseq高通量测序分别对反应器运行第0 d、第100 d、第200 d和第300 d污泥样品进行分析,探索培养与运行过程中系统内部生物多样性变化与微生物群落演替和种群结构变化的情况,测试结果表明系统的生物多样性随培养与运行时间呈先降低后升高的趋势,其中第300 d时系统物种丰度与生物多样性最大。在门水平群落结构中,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)与绿弯菌门(Chloroflexi)为优势菌种。其中与生物脱氮相关的菌种如硝化螺菌属(Nitrospira)、索氏细菌(Thauera)、Denitratisoma以及Candidatus Nitrotoga 均为优势菌种。