近年来,工业化和城镇化的不断加快使大量富含氮磷植物营养元素的工业和市政污水排入到水体当中,造成自然水体的严重富营养化。而微藻作为一种能够通过光合作用实现氮磷高效脱除、CO2快速固定以及生物质规模化生产的微生物,在未来废水氮磷深度处理中有着非常广阔的应用前景。但在实际微藻培养过程中,微藻会向培养废水中分泌大量胞外有机物,这些胞外有机物不仅可以作为碳源引起培养废水中严重的细菌污染,而且还会造成藻处理出水的水质恶化以及微藻生长的抑制,对微藻氮磷深度处理设施的稳定运行产生严重影响。本文以微藻胞外有机物引起的细菌污染、水质恶化和藻生长抑制为研究重点,选用污水深度处理中的典型微藻(斜生栅藻,Scenedesmus obliquus),构建基于胞外有机物活性炭处理为核心的微藻氮磷深度处理稳定系统,通过颗粒活性炭对胞外有机物和细菌吸附,实现微藻氮磷深度处理过程中细菌污染的缓解;通过活性炭生物滤柱对胞外有机物的生物降解,实现藻处理出水的生物稳定化以及出水的微藻稳定循环培养,主要研究内容和结论如下:(1)比较了 6种常见的商业吸附剂对胞外有机物的吸附能力,选用吸附能力最优的活性炭对胞外有机物进行处理。在培养基仅受到细菌污染的情况时,细菌可以利用微藻的胞外有机物进行生长,造成微藻在培养后期的大量裂解死亡,稳定期生物量从空白组的0.45 g L-1骤降至0.06 g L-1。而在培养初期投加活性炭可以有效缓解细菌污染,微藻稳定期生物量达到0.46 gL-1。进一步研究活性炭的细菌污染缓解机理发现,活性炭可以吸附微藻和细菌分泌的胞外有机物,并减少细菌分泌胞外有机物的行为,使藻液中可以裂解微藻的溶藻类有机物浓度下降。同时,活性炭还可以吸附细菌,减少细菌对微藻生长的竞争和裂解作用,有效缓解细菌污染引起的微藻大量裂解和培养基水质恶化。(2)针对藻处理出水中胞外有机物会引起水体生化需氧量的大幅增高,通过活性炭生物滤柱对藻处理出水中的胞外有机物进行生物降解,实现藻处理出水的生物稳定化。研究了停留时间和进水水质对活性炭生物滤柱性能的影响,在最优的8h停留时间下,生物滤柱对藻细胞的去除率为33%,对于胞外有机物的去除率达到52%;对于低生物可利用度进水,胞外有机物的去除率下降至30%,但生物可利用度也进一步减少到0.15 mg L-1左右,大幅降低生化需氧量,提高出水的生物稳定性。进一步考察了生物滤柱中的菌群结构,活性炭生物滤柱中的优势菌群为Proteobacteria(形变菌门,79.6%)和Bacteroidetes(拟杆菌门,10.3%),Proteobacteria(形变菌门)在生物膜的碳循环、氮循环和硫循环中具有重要作用,而Proteobacteria不仅可以厌氧发酵微藻胞外有机物中的碳水化合物和蛋白质,还可以生物发酵藻生物质,起到滤柱中截留藻细胞去除的作用。(3)进行了藻处理出水和生物滤柱出水的微藻循环培养性能的研究,考察出水循环培养对微藻生长、胞外有机物分泌、无机碳、TN和TP利用的影响。藻处理出水对微藻的生长和氮磷吸收产生了明显的抑制作用,微藻生物量下降达到30%,TN和TP的去除率分别减少了 14%和39%。虽然生物滤柱处理对藻处理出水的生长抑制作用无缓解作用,但可以有效提高微藻对培养基中TN和TP的吸收利用,TN和TP的去除率分别达到98%和98%,远高于原始藻处理出水的85%和61%,对藻生物质中蛋白质的提高、光合作用的增强具有重要的意义。(4)进行了活性炭生物滤池处理单元的设计,以微藻深度处理后的二沉池出水为进水,进水最大流量为5000m3 d-1,出水水质要求达到管网中饮用水生物稳定性的要求,即BDOC达到0.25 mg L-1以下。设计生物滤池的活性炭滤层体积为2150 m3,高度为3m,有效面积为717 m2;设计滤池池体实际直径30 m,高度4.5米,采用旋转布水器为滤池布水,最后进行了活性炭生物滤池的施工图的制作。