好氧颗粒污泥技术是目前最具传统活性污泥系统替代潜力的生物处理技术。与传统的活性污泥法相比,好氧颗粒污泥具有沉降性能好、污泥浓度高、抗冲击负荷能力强等诸多优点。然而,系统启动慢和长期运行稳定性差一直是制约其实际应用的两大因素。本研究通过向活性污泥中添加市政污泥生物炭培养好氧颗粒污泥,在COD/N（500/25）为20的条件下（240天）培养好氧颗粒污泥,揭示生物炭对好氧颗粒污泥形成的影响机制,同时考察添加生物炭的好氧颗粒污泥系统长期运行的稳定性。后期经过130天的运行,将COD/N逐渐降低至4（500/125）,进一步考察了添加生物炭的好氧颗粒污泥在处理低COD/N废水中的稳定性。研究结果表明:（1）加炭系统和对照系统分别经过33天和52天的运行,成功培养出了好氧颗粒污泥。加炭系统颗粒结构密实,呈球形或椭球形,在显微镜下观察到生物炭被包裹在颗粒中形成内核,平均粒径在526μm;对照系统颗粒形状不规则,粒径较小,平均粒径在393μm。生物炭加快了好氧颗粒污泥的形成。随着颗粒的成熟和系统F/M的变化,加炭系统和对照系统分别在第130天和114天开始出现丝状菌。F/M改变是造成丝状菌增殖的主要原因,好氧颗粒污泥中丝状菌增殖的F/M范围为0.3～0.5 g COD/（g VSS·d）,当F/M低于0.3 g COD/（g VSS·d）时,丝状菌减少,系统趋于稳定。（2）颗粒形成后,加炭系统MLSS稳定在4.5 g/L左右,SVI30在30～60 m L/g;对照系统MLSS在3.8～4.5 g/L,SVI30前期（240天）在30～100 m L/g,最终稳定在35～55m L/g。这表明生物炭提高了好氧颗粒污泥的沉降性能。添加生物炭对好氧颗粒污泥系统COD和氨氮的去除性能影响不大,两个系统COD去除率均在90%以上,氨氮去除率在COD/N为4阶段维持在87%,其余各时期均维持在90%以上。但加炭系统硝化性能更加稳定,总氮去除效果更好,表明生物炭对维持好氧颗粒污泥系统硝化性能的稳定和提高系统脱氮效率有积极作用。（3）元素分析和EDS能谱分析结果表明,部分生物炭保留在系统中提高了Ca和P的含量,促进了好氧颗粒的形成并维持了颗粒结构的稳定;但随着系统运行时间的增加及运行参数（COD/N）的改变,生物炭随出水从系统中大量流失。（4）加炭系统EPS的总量高于对照系统的EPS总量,表明生物炭促进了好氧颗粒污泥EPS的分泌。生物炭对EPS的组成成分无明显影响,两个系统中EPS均由腐殖酸、富里酸、色氨酸和酪氨酸组成;但生物炭对EPS各组分含量有影响,其中腐殖酸和富里酸在加炭系统中的含量相对较高,表明生物炭对微生物有一定毒性。（5）微生物测序结果表明,生物炭提高了Firmicutes和Cyanobacteria门的相对丰度,促进了颗粒结构的稳定;生物炭大大提高了反硝化菌属Lelliottia、Providencia、Paracoccus、Thauera和Azoarcus的相对丰度,促进了反硝化细菌的富集,提高了系统脱氮性能。此外,在实验过程中颗粒污泥中出现的丝状菌为Thiothrix。加炭系统Thiothrix的相对丰度低于对照系统,表明生物炭对Thiothrix的增殖有抑制作用。
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