活性污泥法具有成本低、操作简单、处理性能高效等优点,因此在城市污水处理中得到了广泛的应用。在活性污泥工艺中,丝状菌膨胀是一个高频率发生且尚未得到有效控制的问题。丝状菌过度增殖导致活性污泥沉降性能恶化,大量功能微生物随出水流失,进一步导致污水处理性能降低,甚至使整个系统崩溃。如何有效的预防和控制丝状菌膨胀一直是污水处理领域的科学前沿问题。遗憾地是,由于缺乏对丝状菌膨胀微观机制的科学认知,导致本领域至今无法找到能够有效预防和控制丝状菌膨胀的方法和策略。群感效应是微生物响应种群密度从而调控自身生长增殖的重要机制。丝状菌增殖具有典型的种群密度依赖性特征。因此,群感效应可能与丝状菌膨胀密切相关。本论文围绕群感效应开展丝状菌膨胀微观机制研究,揭示群感效应在丝状菌膨胀过程中的潜在作用,为预防和控制丝状菌膨胀提供新的微观理论支撑。本论文通过创造有利于丝状菌增殖的条件诱发丝状菌膨胀,研究丝状菌膨胀过程中污泥的微观结构、表面特性、群落结构和信号分子浓度的变化特征,并且基于蛋白质组学和宏基因组学揭示群感效应促进丝状菌增殖的机制和群感淬灭对丝状菌增殖的抑制机制。基于上述机制,提出了基于群感效应与群感淬灭的丝状菌膨胀调控策略。得到的主要结论如下:（1）恶性膨胀阶段（serious filamentous bulking,SFB）（SVI＞250 mL/g）的丝状菌平均增殖速率比未发生污泥膨胀阶段（no filamentous bulking,NFB）（SVI＜150 mL/g）和微膨胀阶段（limited filamentous bulking,LFB）（150 mL/g＜SVI＜250 mL/g）的增殖速率快16.04倍,这表明丝状菌增殖具有种群密度依赖性特征。（2）在低溶解氧条件下,丝状菌增殖过程中C6-HSL的浓度从31.39±3.52 ng/g VSS增加到125.29±6.70 ng/g VSS,且C6-HSL的浓度变化趋势与丝状菌丰度变化趋势显著相关。蛋白质组学分析表明,丝状菌增殖过程中与群感效应相匹配的代谢途径的相对丰度从1.10%增加到7.50%。同时,随着丝状菌丰度的增加,与群感效应相关的具有信号转导活性、信号受体活性和电子转移活性的蛋白质数量也显著增加。此外,通过向反应器中投加外源AHLs(C6-HSL、C8-HSL和C14-HSL)发现:信号分子显著地促进了丝状菌增殖,其中C6-HSL的促进作用最强。宏基因组学分析表明:AHLs的合成基因hdt S和受体基因lasR和cciR显著增加。最后向反应器中投加适当浓度的群感淬灭酶发现:群感淬灭酶显著地抑制了丝状菌增殖。综上所述:AHLs介导的群感效应系统对丝状菌增殖具有显著地促进作用。（3）低溶解氧诱发丝状菌膨胀过程中,随着膨胀程度的加深,胞外聚合物中蛋白质含量从40.06±2.41 mg/g VSS增加到了110.01±3.26 mg/g VSS,而多糖的含量与膨胀程度无显著相关性,同时PN/PS的比值从3.64增加到了5.57。皮尔逊相关性分析表明C6-HSL与蛋白含量具有较强的相关性（R~2＞0.90,P＜=0.05）。因此,丝状菌膨胀过程中,AHLs介导的群感效应系统在胞外聚合物组分的调控中发挥着重要的作用。（4）丝状菌膨胀过程中,聚集体表面的Zeta电位和接触角随着膨胀程度的增加而降低,因此,细菌必须克服更强的静电屏障和界面自由能,才能相互粘附,不利于生物聚集体的形成。相关性分析表明,丝状菌膨胀过程中AHLs（C6-HSL）与接触角和Zeta电位显著负相关,这表明AHLs介导的群感效应系统可能通过调控胞外聚合物的表面特性（静电力和疏水效应）来抑制丝状菌和絮凝细菌之间的粘附,不利于微生物之间的聚集,这可能是导致污泥膨胀的重要原因。并且宏基因组学分析表明丝状菌膨胀过程中合成蛋白质的疏水性氨基酸中异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸的相对丰度显著降低。（5）在投加外源AHLs促进丝状菌膨胀过程中,宏基因组学分析表明:群感淬灭酶（酰基转移酶和内酯酶）的相对丰度显著降低,活性污泥生物聚集体中的内源群感淬灭系统可能对丝状菌膨胀具有显著地抑制作用。并且通过向反应器中投加适当浓度的群感淬灭剂显著地抑制了丝状菌膨胀的发生。因此,基于群感效应和群感淬灭实现对丝状菌膨胀的双向调控是诱发和控制丝状菌膨胀有效策略,群感淬灭同时也是预防与控制丝状菌膨胀的新方法。