不同体积交换比下EPS与微生物群落对好氧颗粒污泥系统脱氮效能及污泥特性的调控机制

为解决好氧颗粒污泥(AGS)技术中体积交换比(VER)对系统性能影响机制不明的问题，研究人员通过对比33%与50% VER条件下反应器的运行效果，发现低VER通过富集氨氧化细菌(AOB)和硝化功能基因增强脱氮效率(氨氮去除率92.1%，总氮73.8%)，同时提高胞外聚合物(EPS)疏水性改善污泥稳定性，为AGS工艺优化提供理论依据。

　　

随着污水处理标准的日益严格，好氧颗粒污泥(AGS)技术因其紧凑的结构、卓越的沉降性能和高效的污染物去除能力成为研究热点。然而在实际应用中，反应器操作参数的优化仍是制约该技术推广的瓶颈。其中，体积交换比(VER)作为序批式反应器(SBR)的关键参数，虽然已知会影响污泥负荷和稀释速率，但其对AGS系统脱氮路径、胞外聚合物(EPS)特性及微生物群落的深层调控机制尚不明确。

针对这一科学问题，重庆大学的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表最新成果，通过设置33%与50%两种典型VER条件，系统揭示VER对AGS系统多维度性能的影响规律。研究发现，低VER(33%)不仅使氨氮和总氮去除率分别达到92.1%和73.8%，还通过增强EPS疏水性显著提升污泥结构稳定性；而高VER(50%)虽促进三羧酸循环(TCA)和EPS分泌，却因削弱疏水氨基酸代谢导致污泥性能恶化。该研究为VER的工程优化提供了精准调控靶点。

研究采用双反应器平行对照设计，通过水质指标监测结合激光粒度分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征EPS化学组成，并运用高通量测序与功能基因预测解析微生物群落演变。

污染物去除性能
数据表明，33% VER条件下反应器(R2)的氨氧化效率显著优于50% VER反应器(R1)，功能基因分析显示这与amoA和nxrA基因的上调直接相关。低VER形成的长污泥龄(SRT)环境特别有利于氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的富集。

污泥特性分析
沉降实验与显微观察证实，33% VER培养的AGS具有更致密的颗粒结构和更优的沉降性能(SVI₃₀降低21%)。EPS组分分析发现，低VER使蛋白质/多糖(PN/PS)比值提高1.3倍，且疏水氨基酸含量增加37%，这解释了其增强的污泥稳定性。

微生物机制解析
宏基因组数据揭示，高VER(50%)会促进丝状菌增殖并激活nirS、nosZ等反硝化基因，但代价是硝化菌群丰度下降26%。代谢通路分析显示，33% VER条件下TCA循环通量降低12%，但能量更集中于硝化过程。

该研究创新性地阐明VER通过"微生物群落-EPS特性-代谢功能"三级调控网络影响AGS系统性能。低VER创造的温和水力环境不仅优化了脱氮功能菌群结构，还通过调节EPS化学组成提升疏水性，这对指导低碳耗AGS工艺设计具有重要价值。研究结果对解决实际工程中污泥膨胀、脱氮效率波动等问题提供了理论支撑，尤其为高排放标准地区的污水处理厂升级改造提供了新思路。