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好氧颗粒污泥（Aerobic granular sludge,AGS）是活性污泥微生物通过自凝聚形成的生物聚集体,因其结构致密、生物量高、沉降性能好和占地面积小等优势,被认为是一种颇具发展潜力的新型污水生物处理技术,但在系统运行过程中却存在高曝气能耗、系统启动期长和长期运行颗粒结构不稳定的问题。针对这些技术问题,本研究拟利用菌藻共生系统中细菌和藻类之间的气体交换、物质循环和营养依赖等紧密的生态学关系,为攻克以上技术瓶颈提供一条新的思路,同时有望解决菌藻共生体系中藻类采收难、占地面积大等难题。基于此,本研究提出了将AGS技术与菌藻共生系统进行耦合,构建一种新型的菌藻共生好氧颗粒污泥（Algal-bacterial granular sludge,ABGS）系统,探究该系统能否利用藻类原位产氧过程,实现低曝气条件下的稳定运行,以期节约用于曝气的能耗;另外,本研究从微生物群体感应（Quorum sensing,QS）角度探索了信号分子N-酰基高丝氨酸内酯（Acyl-homoserine lactone,AHLs）在ABGS形成过程和保持稳定性方面的调控作用,旨在揭示ABGS的形成机理;在此基础上,提出了一种基于AHLs产生菌强化污泥颗粒化的方法,并验证了短期强化所形成的ABGS在实际生活污水处理中的可行性,为该技术的工程推广应用提供理论基础。论文开展了ABGS的形成过程及特性研究。基于培养AGS的序批式反应装置,通过控制外界光照条件促进系统内藻类的自发生长,成功构建了ABGS系统,并优化了系统的运行参数,进而开展了ABGS的形成过程及特性研究。结果表明:光照强度为142±10μmol/m2·s,光/暗周期为12 h光照/12 h黑暗,曝气强度为24L/m2·s为系统最优的运行条件,在此条件下污泥颗粒化速率明显加快,形成的ABGS结构紧密、不易散结,沉降性能好,在污泥完全颗粒化后逐渐将曝气强度降低至10 L/m2·s,系统中的溶解氧和微生物活性仍然保持较高水平,污染物降解效果较为理想,COD、NH4+-N和PO43--P的平均去除率分别达到96.7%,99.0%和89.9%。ABGS形成后细菌和藻类的种群多样性降低,从微生物群落组成来看,Alpharoteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria是主要的优势菌纲,Chlorophyceae、Trebouxiophyceae和Bacillariophyceae是主要的优势藻纲。论文进一步探究了信号分子AHLs介导的微生物群体感应在菌藻共生污泥颗粒化过程、胞外聚合物产生以及微生物群落演替中的调控作用,阐明了ABGS的形成机理。结果表明:ABGS具有密度依赖型QS系统,当污泥密度低于1.0143 g/mL时,产生AHLs的相关基因不予表达;当污泥密度高于1.0288 g/mL时,AHLs浓度缓慢下降,一方面是由于黄杆菌属（Flavobacterium）等溶藻菌的富集生长打破了原有的―菌-藻‖共生关系,另一方面藻细胞为了抵抗细菌对其生命活动造成的伤害,会产生AHLs猝灭剂或类似物阻断或干扰细菌群体感应系统,限制细菌密度的过度增长,减少AHLs的产生。AHLs与污泥密度、微生物粘附性以及蛋白质浓度之间呈显著正相关,采用0.2 g/L香草醛作为信号分子AHLs的猝灭剂,24 h后ABGS中微生物粘附性、胞外聚合物含量、相对疏水性以及颗粒强度明显降低,表明AHLs在维持ABGS结构稳定性方面具有重要作用;经HPLC-MS/MS分析,酰基侧链长度≤C10的HSL是ABGS系统中普遍存在的信号分子,其中C6-HSL和3OC8-HSL是ABGS中主要存在的两种信号分子,参与介导ABGS的颗粒化过程和EPS的合成,在微生物群落结构组成方面也起到重要的调控作用。最后,论文提出一种基于群体感应的强化污泥快速颗粒化的方法。通过从颗粒污泥体系中分离得到AHLs产生菌,并对比投加菌体固定化载体,即海藻酸钠凝胶载体（CEBs）和AHLs上清液对颗粒化过程的影响,基于此,提出一种简便可行的污泥快速颗粒化方法;进而将QS强化形成的ABGS用于实际生活污水处理,考察了ABGS系统的除污染效能以及其在短期高冲击负荷下系统的稳定性。研究显示,在污泥颗粒化初期投加CEBs会导致颗粒污泥粒径下降,沉降性能变差,而CEBs破碎溶解后,颗粒粒径呈上升趋势但恢复缓慢,表明该方法不具有实际可行性。而短时期投加AHLs上清液则加快了污泥颗粒化速率,提高了污泥的沉降性能,并诱导了系统内AHLs的持续释放和色氨酸及芳香族类蛋白质的分泌,使颗粒结构更加致密,抑制了丝状菌过度繁殖。以上结果表明,在颗粒污泥形成初期投加AHLs产生菌上清液可实现污泥快速颗粒化;短期投加AHLs上清液提高了ABGS的生物量和生物活性,25 d后实现了ABGS系统的快速启动;ABGS的zeta电势和与水的接触角分别为-9.41±0.73 m V和93.11°,总界面自由能ΔGadh为-106.04 m J/m2,强化后污泥表面疏水性明显提高;采用XDLVO理论分析可知,ABGS具有较低的斥力势垒,污泥之间的聚集性增强;强化形成的ABGS对于实际城镇生活污水具有较好的污染物去除效能,系统出水中COD、TN和TP浓度较低,满足了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A排放标准;此外,在短期进水高碳、氮和磷负荷条件下,ABGS系统呈现了较好的抗冲击能力,颗粒结构长期维持稳定。ABGS系统的成功构建为实现高效低耗生物法处理污水打下良好的理论基础,为我国污水处理领域的未来发展提供新的思路。