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活性污泥法是目前使用最广泛的废水生物处理技术。活性污泥沉降性能直接影响废水处理构筑物内是否持有稳定数量的微生物聚集体。在废水处理系统进水中添加适量Ca2+,已成为改善活性污泥沉降性能的一种简单有效的方法。论文针对Ca2+改善活性污泥沉降性能的机理不清晰从而制约该工艺推广应用的问题,从反应器运行性能、活性污泥沉降性能以及微生物种群结构等角度出发,以变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)、Illunima高通量测序、实时荧光定量核酸扩增检测系统(Real-time Quantitative PCR Detecting System,Q-PCR)等技术手段,开展了外源Ca2+对反应器中活性污泥微生物群落演替、污泥中重要功能菌群解析的研究,得出以下研究结论:1、以南京江心洲城市污水处理厂活性污泥(以下简称江心洲污泥)以及无锡芦村污水处理厂活性污泥(以下简称芦村污泥)为接种污泥,在进水中添加0-200mg/L Ca2+,污水处理反应器运行20d达到稳定运行阶段。研究发现,进水中添加150mg/L Ca2+显著提高了污水生物处理系统中污泥的沉降性能以及污染物去除性能:接种江心洲污泥的反应器SVI从45g/mL降至35g/mL以下,总氮(Totalnitrogen,TN)、氨态氮(Ammonia nitrogen,NH4+-N)、总磷(Total phosphorus,TP)以及 COD 的去除率分别达到70.7%、89.2%、71.0%和95.5%;接种芦村污泥的反应器SVI从45 g/mL降至40 g/mL,COD去除率达到96.8%。2、在外源Ca2+的影响下,分别接种江心洲污泥和芦村污泥的2组模拟SBR中的活性污泥菌群结构均发生了明显演替,活性污泥中Clostridium,Flavobacteria和Rhodobacteraceae等能大量分泌胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的菌在0-150 mg/L内随着Ca2+浓度升高逐渐富集。接种芦村污泥的序批式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)中还检测出能大量分泌EPS的细菌Acinetobacter以及在好氧活性污泥颗粒形成及稳定中起到重要作用的细菌Devosia以及Zoogloea,其相对丰度随着进水中Ca2+浓度增加而升高。3、接种芦村污泥的SBR,当进水Ca2+浓度为200 mg/L时,活性污泥微生物种群多样性指数Shannon和Chao 1显著下降到3.12和1074;检测到Bacillus和Pseuudomonas等具有很强蛋白质水解活性的细菌大量富集。可能由于该类菌分泌的蛋白质水解酶,破坏了 EPS与Ca2+的结合,导致活性污泥微生物种群多样性下降。4、通过Q-PCR技术研究了外源Ca2+对活性污泥脱氮功能基因的影响,在进水中添加0-150 mg/L Ca2+,napA、nirK以及nosZ的拷贝数随着进水中Ca2+浓度的升高上升到 2.45×106 Copies/mL、2.32×106 Copies/mL 和 8.00×104 Copies/mL。当进水中 Ca2+浓度为150mg/L时,活性污泥中脱氮功能菌大量富集,污水处理系统的NH4+-N以及TN的去除率分别达到最高值,91.1%和68.6%。5、外源Ca2+导致污水处理反应器中微生物群落发生明显变化,随着进水中Ca2+的增加(150mg/L),能大量产生EPS的细菌在反应器中富集,促进了 EPS与Ca2+的结合,从而形成细胞密度高、种群结构合理、沉降性能好的活性污泥絮体,使得活性污泥污水处理系统稳定运行并且具有优良的污染物去除效率。