我国约有90%以上的城市污水处理厂采用活性污泥法工艺，其中C，N，P的去除性能与活性污泥絮体结构及沉降性密切相关，而丝状菌引发的污泥膨胀现象则是困扰城市污水处理系统高效稳定运行的重要问题之一。本课题组前期研究发现，在完整污泥膨胀过程中，系统COD及磷的去除效率并未发生较大变化，但出水中有显著的氨氮及亚硝酸盐积累现象发生，说明污泥膨胀对系统的硝化性能产生了较大的影响，推测硝化细菌群落结构在过程中发生了一定变化。以北方某大型城市规律性爆发丝状菌污泥膨胀的两种典型城市污水处理工艺为研究对象，基于种群动态信息深入解析膨胀过程对活性污泥硝化作用的影响机制；在实际膨胀控制策略的实施过程中，以FISH方法为主要技术手段重点考察硝化种群动态变化对策略实施的响应及系统硝化功能恢复趋势。

    荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization FISH ）技术是微生物动态分析中常用的一种技术。 为了准确定量硝化细菌种群数量， 首 先 以 氨氧化菌
Ammonia oxidizing bacteria AOB 为例，使用探针 Nso1225 优化了 FISH 定量技术 优化条件为： 使用疏水性载玻片涂片，超声次数为 40 次 × 4 遍，使用蛋白酶 K 进行前处理，活性污泥（ MLSS 为 4000 mg/L 左右）超声处理后稀释 8 倍，探针浓度为 0.5 ng μL ，杂交时间为 2h 得到的荧光信号较强，计数较稳定，背景干净，硝化细菌单个细胞或微小聚集体形态完整、清晰可见 。

    论文取得主要成果 如下。
1. 污泥膨胀 过程中活 性污泥及出水的 硝化种群动态

微丝菌（M. parvicella )过量生长诱发的污泥膨胀对活性污泥硝化功能具有显
著影响，严重时可导致硝化功能的丧失。通过 FISH 定量方法对过程中的丝状菌种群及硝化种群进行了动态研究 确定在 冬季低温条件下， 厌氧 缺氧 好氧
(Anaerobic/anoxic/aerobic A 2 /O )工艺 中当 M. parvicella /EUB 达到 10% 、镜检M. parvicella 的丝状菌指数达到 3 级时， SVI 为 144 mL/g 时，系统开始出现氨氮及亚硝酸盐积累现象 在 膨胀发生过程中硝化种群数量 显著下降。 MiSeq 测序结果也证明了Nitrosomonas 和 Nitrospira 从系统中洗脱出去。 通过 Mi S eq 测序及 FISH结果可以看出，在严重污泥膨胀状态下，硝化细菌形成聚集体 的 能力不能够保护硝化细菌避免被洗脱。其中 NOB 种群洗脱数量高于 AOB 数量，导致活性污泥中比例迅速下降是发生亚硝酸盐积累的根本原因。

    类似水温条件下，氧化沟（Oxidation ditch，OD）工艺中的AOB/EUB相对稳定，NOB/EUB则于1-2月份迅速下降，造成了亚硝酸盐积累现象的发生。氧化沟工艺中硝化细菌的比例高于A2/O工艺中硝化细菌的比例，可能与较长的污泥停留时间（Sludge Retention Time，SRT）有关。尽管长SRT不利于污泥膨胀的消除，但适于长世代周期的硝化细菌生长，所以氧化沟工艺中的污泥膨胀现象对氨氮去除影响较低，同时硝化功能恢复较快。
2 膨胀控制策略实施过程中的硝化种群动态
针对相同进水水质的正置A 2 /O 工艺和倒置 A 2 /O 工艺，分别采取不同污泥膨
胀控制策略，均获得成功。正置 A 2 /O 工艺采取高污泥负荷控制策略，总体污泥负荷达 0.13 kgBOD/ kgMLSS·d 左右，系统中的优势骨架菌 为 Type 0041 。正置 A 2 /O工艺中 NOB 种群的比例高于 AOB 种群的比例，未出现亚硝酸盐积累的现象。倒置 A 2 /O 工艺采取缺氧 好氧控制策略， 低温下 将倒置 A 2 /O 工艺切换为 A/O 工艺，硝化细菌 种群数量 在 2 月份降至最低值， 但 未出现氨氮及亚硝酸盐积累现象。
     调控后未发生膨胀的活性污泥中，优势AOB与NOB种属分别为itrosomonas和Nitrobacter，而发生污泥膨胀且出现亚硝酸盐积累现象的活性污泥中优势AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira，说明污泥膨胀对NOB的种群结构变化具有一定的影响。