好氧污泥颗粒化的影响因素：
1 接种污泥
在好氧颗粒污泥的研究中,有关接种污泥影响的论述不多.从理论上看,接种污泥是好氧颗粒污泥的菌种源,接种污泥中微生物的种类、活性和数量可影响好氧颗粒污泥微生物群落的结构和功能!污泥颗粒化的进程以及成熟颗粒污泥的物理和化学性状(如污泥密度、污泥强度、沉降性能、表面特性、化学成分等).微生物数量多!生物多样性丰富的接种污泥不仅容易适应各种废水,由其形成的颗粒污泥也更具种群多样性!基质多样性和代谢多样性.一般而论,丝状细菌和荚膜细菌丰富的接种污泥有利于颗粒化.增加接种污泥的数量可提高颗粒碰撞的概率,加速污泥颗粒化的进程.
2 微生物生长条件
2.1 水质 一些研究者已采用人工模拟废水成功培育好氧颗粒污泥,所用的基质有葡萄糖!醋酸盐!乙醇和苯酚等采用麦芽糖生产废水也能成功培育好氧颗粒污泥,但以实际废水为水质条件的报道尚不多见。与以醋酸盐为基质相比,以葡萄糖为基质培育的颗粒污泥结构较为疏松。由于悬浮物可充当颗粒污泥的惰性内核(图1),悬浮物丰富的废水有利于颗粒污泥的形成.含糖丰富的废水可促进微生物合成和胞外多聚糖的分泌,也有利于好氧污泥颗粒化.虽然硝化细菌是自养型细菌,但许多硝化细菌可产生荚膜和胞外多聚物,只要水质适宜也易形成颗粒污泥。
2.2 抑制物质 就本质而言,污泥颗粒化过程是一个微生物的增殖和聚集过程.许多物质可抑制微生物的生长和繁殖,因而势必影响污泥颗粒化的进程.在废水处理系统中,游离氨是一种常见的抑制剂.若以醋酸盐为碳源,只有当游离氨浓度小于2315mg!L-1时,才能在SBR反应器中形成好氧颗粒污泥.若游离氨浓度从310mg!L-1升高到4811mg!L-1,异养菌和硝化菌的活性分别下降到原来的1/5和2/5;细胞疏水性明显下降;胞外多聚糖的产生和分泌受到抑制,致使颗粒污泥难以形成。苯酚是另一种常见的抑制剂.在苯酚容积负荷从110kg!m-3!d-1升到215kg.m-3.d-1的过程中,当负荷为210 kg.m-3.d-1时污泥结构和活性最优,虽然微生物可通过调节代谢,合成更多蛋白质来抵抗苯酚的毒害作用[23],但过高的苯酚负荷也会阻碍颗粒污泥的形成.
2.3 溶解氧,pH,温度 从理论上分析,溶解氧浓度可影响好氧微生物的生长和繁殖,因此也会影响污泥的颗粒化作用.但在生物反应器中,能够形成颗粒污泥的溶解氧浓度范围较宽.在SBR内,溶解氧浓度为0.7~1.0mg.L-1或高于2mg.L-1时,均可以形成好氧颗粒污泥.关于pH和温度对好氧污泥颗粒化的影响,文献报道很少.由于2种因素都会影响微生物的生长和繁殖,推测它们都会影响好氧颗粒污泥的形成。此外,由于好氧微生物的生长速度大于厌氧微生物,前者对pH和温度的敏感性会低于后者,估计这2种因素对好氧颗粒污泥形成的影响也相对较弱。
3 工况条件
3.1 COD容积负荷 COD容积负荷低于1kg!m-3!d-1时,鲜见好氧颗粒污泥的形
成。究其原因,可能与低基质浓度下絮状污泥的传质效果优于颗粒污泥有关.颗粒污泥比表面积较小,传质阻力较大,不利于基质的摄取和传递.还可能与饥饿状态下微生物不易产生和分泌胞外多聚物有关.形成好氧颗粒污泥的COD容积负荷范围较宽(215~15kg.m-3.d-1)。但COD容积负荷可影响颗粒污泥的物理性状,例如,当COD容积负荷从3 g.m-3.d-1提高到9 g.m-3.d-1时,颗粒污泥的平均直径从116mm增大到119mm[25];颗粒污泥的强度也有所降低。
3.2 水力剪切作用 水力剪切作用对好氧颗粒污泥的形成具有很大的影响.只有当观气速高于01012m!s-1时,才能在USBR(UpflowSequencingBatchReactor)中形成好氧颗粒污泥;与低表观气速相比,高表观气速下形成的颗粒污泥更规则!更致密!更稳定。此外,在USBR中,表观气速对好氧颗粒污泥胞外多聚糖的产生也有显著影响.污泥中胞外多聚糖的含量随水力剪切力的增大而明显增大,有利于颗粒污泥的产生和结构的稳定。但是,过大的剪切力则会导致颗粒污泥的高频率碰撞而破碎.关于水力剪切作用与污泥颗粒化的关系,尚有待深入研究.单凭表观气速不足以表征剪切力的大小.由于表观气速受反应器尺寸和构型的制约,以表观气速表征剪切力缺乏普遍性.在污泥颗粒化的研究中,应当综合考虑水流剪切力、气流剪切力以及颗粒间碰撞的单独和共同作用,并将这些作用归结为剪切应力,以便理论分析和实际应用.
3.3 进水方式 间歇进水,即饱食－饥饿(feast－famine)模式有利于好氧颗粒污泥的形成.SBR工艺由进水!反应!沉降和排水等工序组成,反应器中微生物的营养条件和环境条件呈周期性变化.在反应阶段的后期,由于基质匮乏,微生物进入内源呼吸状态,细胞的疏水性增强,有利于污泥聚集.细胞聚集可能是微生物应对饥饿"的一种生存策略.据McSwain[27]等报道,瞬间进水比长时间进水更有利于形成密实的好氧颗粒污泥.
3.4 SBR运行周期和沉降时间 SBR是好氧颗粒污泥反应器的主流.该反应器的一些运行参数(如运行周期和沉降时间)可通过水力筛选作用对污泥颗粒化产生影响.在反应器中, 絮体污泥和游离细菌因尺寸和密度较小而易被洗出,尺寸和密度较大的微生物聚集体、胚胎颗粒污泥、初生颗粒污泥则得以持留,最终实现污泥颗粒化.
SBR的运行周期决定了固体通过排水的洗出频率.较短的运行周期有利于污泥颗粒化;但若运行周期过短,微生物流失过多,则不利于好氧颗粒污泥的形成.因此,运行周期应控制在一定范围,既可洗出部分沉淀性差的絮状污泥,又可扩增并累积沉淀性好的颗粒污泥.在塔式SBR(高径比较大)中,培育硝化颗粒污泥的适宜运行周期为2h至12h,若运行周期缩短至1h或延长至24h,很难培育出硝化颗粒污泥.
沉降时间也具有水力筛选作用.沉降时间为5min时,可成功培育好氧颗粒污泥,并使颗粒污泥成为SBR中微生物的主要存在形态;但沉降时间分别延长至10!15!20min时,则颗粒污泥与絮体污泥共存.
3.5 投加多价阳离子或载体 多价阳离子和载体可促进好氧污泥的颗粒化.在正常的生长pH范围内,细菌表面带负电荷.添加多价阳离子(如Ca2+,Fe3+,Al3+,Mg2+),可以减小细菌间的静电斥力,促进污泥颗粒化(图3).但相关文献报道仅限于Ca2+,未见其他离子.当Ca2+的添加量为100mg!L-1时,好氧颗粒污泥的形成时间可从32d缩短为16d,并且具有更好的沉降性能和更高的机械强度[30].在实际废水处理工程中,常用石灰调节pH值,废水中Ca2+较为丰富,有利于污泥颗粒化.但是,过高的Ca2+浓度也会产生负面效应,Ca2+与CO32-结合可形成CaCO3沉淀,后者覆盖于颗粒污泥表面会降低微生物活性.

此外,在反应器中存在颗粒物时,微生物会附着其表面而形成初始生物膜,并由此逐渐形成颗粒污泥.微小颗粒物可以来自原水,也可以人为投加,它们充当了载体的角色.投加载体(活性炭)后,污泥颗粒化进程明显加快.
4 反应器构型
大多数好氧颗粒污泥诞生于塔式反应器中,较大的高径比和推流式的流型有助于污泥颗粒化.而在全混流反应器中,少见有好氧颗粒污泥的报道.迄今为止,还没有人对流动模式与污泥颗粒化的关系做过研究.从水力学的角度看,塔式向上流反应器(UpflowColumnReactor)中流体流动和微生物聚集体相互作用的方式明显不同于全混流反应器[6].塔式向上流反应器高径比大,可形成更长的环形流动轨迹,使微生物聚集体能稳定地承受水力摩擦(图4A).根据热力学原理,这种循环流动有助于微生物聚集体形成规则的颗粒污泥,以保持最小的表面自由能.在全混流反应器中,微生物聚集体受不断变化的流体作用而随机运动(图4B),易形成尺寸和形状不规则的污泥絮体.传统的活性污泥曝气池是典型的全混流反应器,在过去100多年的实验室试验和工程实践中未见有好氧颗粒污泥的报道,这从一个侧面反映了流动模式对好氧污泥颗粒化的影响.深入研究流动模式对污泥颗粒化的作用,有助于新型好氧颗粒污泥反应器的研发.

好氧颗粒污泥的基本特点 ：
1 外 观
好氧颗粒污泥颜色一般为橙黄色，具有相对规 则的圆形或椭圆形外观，成熟 的好氧颗粒污泥有光 滑的表 面 ，边 界 清 晰 。多 数 颗 粒 污泥 的直 径 在 0．5～1．5 mm 之 间 ，颗 粒 污 泥 的形 状 系 数 稳 定 在 0．45，纵横比为 0．79 。在放大镜下即可观察到颗。
2 大小 、密度 、沉降性能和 强度在不同条件下形成的颗粒污泥区别很大。在厌氧一好氧交替工艺中，粒径在 0．5mm 以上的颗粒占 全部污泥微粒 的 20％ ，而在 循环 间歇 反应 器 (sequencing batch reactor，SBR)反应 器 中 ，颗 粒 直径 多在 1．9～4．6 mm 之 间 ，稳 定 状 态 下 形 成 的 颗 粒 光滑、致密，颗粒直径为 4．6 mm。好氧颗粒污泥具有相对较大的密度。在多数情况下 ，SBR中形成 的颗 粒污 泥的相 对密度 为 1．0068 ～1．00729 g／cm ，稳定操作条件下的污泥浓度维持 在 3．2～6．88 g／L 。而在 SBAR反应器 中，污泥相对密度稳定在 1．008 g／cm 71。有研究 认为 ，大多数情况下颗粒污泥的密度随直径的增大而降低。颗粒污泥有 良好的沉降性能，表达污泥沉降性 能常用污泥沉降指数和沉降速度。单个颗粒污泥沉 降速率在 l8～35 m／h，颗粒污泥 的 SV为 14％ ～ 30％ ，SVI在 20．34～93．75 mL／g之 间 (一 般 在 36 左右) 。颗粒直径和沉降速率间呈正相关。颗粒污泥的强度也是其重要性质之一。较小的颗粒强度会增加颗粒的破裂或剥落的程度 ，不能使颗粒化污泥很好地长大，形成的颗粒污泥直径小、沉
降性能差 。
3 化学组成及生物学特征
一般用 VSS表示污泥中的有机物的量 ，并 以此估计污泥中的细胞量 ，通常情况下 VSS占污泥总量的 70％ ～90％ ，VSS主要由细胞组成，细胞成分与废水水质、运行温度 以及 颗粒 污泥所 处 的生理 阶段等因素密切相关 。颗粒本身的生物相极其丰富，主要是形态各异 的细菌，有球菌、长短不一的杆菌等。以普通活性污泥为接种污泥的启动初期 ，好 氧颗粒污泥反应器中形成含有大量真菌的颗粒，这 种颗粒不稳定，容易解体成碎片；随后生成的颗粒主 要由细菌组成，含有部分丝状菌 。Peng等观察到颗粒污泥主要由杆状细菌组成，并无丝状菌的存在。Morgenrot等 发现好氧颗粒污泥 由结合着细菌的酵母构成，构成丝状结构的酵母主要为 Geotri—chum sp．。在较大的好氧颗粒污泥颗粒表面和周围 还存在大量的原生、后生动物，附着生长大量钟虫 ， 如等枝虫等。胞外多聚物是颗粒污泥的另一种重要的化学组成部分。在透射电镜下多聚物主要以纤维状相互缠绕成絮状体 ，或形成高密度状的颗粒基质，在细胞间起明显的黏连作用 ，这种黏连作用在污泥颗粒化初期有助于初生 颗粒 的形 成 ，并对颗粒 污泥 的稳 定做出贡献。以灰分表示的颗粒污泥中无机物含量有若干因 素影 响 ：
(1)某些废水中含有 的或好氧过程中产生的无
机沉淀物进人 污泥 ；
(2)废水中的无机悬浮物进人污泥；
(3)污泥 的泥龄 。
颗粒污泥中可含有 CaCO ，其含量 随废水 中 Ca2＋浓度的增加而升高。少量 Ca 在废水 中的存在有利于形成颗粒污泥并提高污泥的沉降性能和增加其机械强度，但过高的 ca 导致颗粒污泥中灰分过高 ，使颗粒污泥的活性降低。Mg 和其他一些金属离子也可能以碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐或硫化物的形式存在于颗粒污泥中。
好氧污泥颗粒化技术的应用：
1　颗粒污泥处理工业废水中难降解物质
Yu Liu[29] 等研究好氧颗粒污泥作为新型生物吸附剂用于工业废水中镉离子去除的可行性，进行了不同镉离子(Cd2+)浓度和颗粒污泥浓度进水的间歇实验。由实验数据建立动力学模型，描述颗粒污泥对镉离子的生物吸附。结果显示，好氧颗粒表面对镉离子的生物吸附与进水的Cd2+ 浓度和好氧颗粒浓度紧密相关。研究得出颗粒污泥对Cd2+的最大吸附能力为566 mg/g，揭示了好氧颗粒污泥对Cd2+的高吸附能力，将其作为高效生物吸附剂，可用于工业废水中Cd2+ 及其它重金属的去除。SBR反应器运行参数为:单周期时间为3～4 h，实验温度26 ℃，pH值710 ,进水Cd2+ 质量浓度为10～200mg/L ,颗粒粒径为1mm，污泥浓度为50～200mg/L 。
偶氮染料可在厌氧/ 好氧环境共存的反应器中得到完全的降解,其关键是确保偶氮染料的还原发生在有氧的生物膜内。Nico C. G. 等[30]将染料MO1(Mordant Orange 1) 作为试验对象,研究供氧对产甲烷颗粒污泥还原偶氮染料的影响。不同供氧条件下进行间歇实验，研究得出颗粒污泥的偶氮染料还原速率。如果有其它基质存在，如乙醇或乙酸酯，偶氮染料在有氧条件下即可发生还原。染料的还原速率与污泥的氧利用活性紧密相关。研究结果显示，多种基质的存在有助于污泥对氧的利用，微量的供氧保证污泥表层有低浓度的氧存在，同时在污泥内部形成厌氧环境使得偶氮染料得到还原。
B. Tartakovsky 等[31]研究限制供氧条件下,颗粒污泥反应器中氯化二苯(1242) 的降解。采用两个反应器进行了对比试验，反应器1中同时加入了颗粒污泥和在好氧条件下降解联苯的特殊菌种，红球菌( Rhodococcus sp. M5)；反应器2中只投加了普通颗粒污泥，对比试验结果显示两个反应器的运行基本没有区别。检测发现，两个反应器中的氯化二苯得到了有效去除，仅测出总量为进水16 %～19%的氯化二苯残留在污泥和出水中。同时,从氯平衡计算中发现表观脱氯速率为1143mgPCB/ (gVSS•d) (其中PCB 为polychlorinated biphenyl ,多氯联苯)。两个反应器中检测到的中间产物有联甲苯、苯酸以及单联苯酸。在单级厌氧好氧反应器中,利用氧化还原的综合作用基本实现了对氯化二苯的生物降解。
2 污泥颗粒化工艺类型及其研究进展
好氧颗粒污 泥的研究是建立在厌 氧颗粒污泥研究的基础上。国外早期的研究主要在连续流的 BAS(biofilm airlift suspension)反应 器中进行 ，并且需要在培养过程 中添加污泥载体。1991年Shine等和 Mishim等开始利用连续流 AUSB(aer0一bic upflow sludge blanket)反应器对好 氧活性 污泥 自凝聚现象进行研究 ，但运行条件苛刻 ，须用纯氧曝气才能形成，且无脱氮除磷能力。1997年起，Morgen—rot等 利用间歇式 SBR反应器对好氧颗粒污泥的自凝聚及其性能进行了研究。Peng等 在 SBR反应器中，以醋酸钠为碳源，在低溶解 氧 (DO 0．7～ 1．0 mg／L)情况下形成具有 良好生物学性能的好氧颗粒污泥。Beun等 证实在 SBR反应器 中较短的水力停留时间和较大的水流剪切作用有助于形成好氧颗粒污泥 ，沉淀 时间 的选 择是影 响好 氧颗 粒污 泥菌群的主要因素。不同工艺类型反应器中培养出的好氧颗粒污泥的性质比较如表 1所示。 清华大学竺建荣等 1999年研究厌氧一好氧交替工艺中好氧颗粒活性污泥的培养和理化特性。在普通好氧曝气条件下，反应器内培养出了好氧颗粒活性污泥 ，颗粒直径 0．5～1．5mm，比重 1．007左右 ，含水 率 97％ ～98％ ，MLSS 4．04～6．88 g／L，SVI 20～45 mL／g，一般约 30 mL／g。颗粒污泥受阻沉降层的均匀沉降速度约 2．15 cm／min，临界浓度时沉降速度 值 约 0．35cm／min。颗 粒 污泥 的耗 氧 速 率OUR 1．27 mg／g•min优 于普通的活性污泥 。

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