什么是好氧颗粒污泥（AGS）及其形成的影响因素

好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge），简称AGS，是通过微生物自凝聚作用形成的颗粒状活性污泥。

与普通活性污泥相比，它具有不易发生污泥膨胀、抗冲击能力强、能承受高有机负荷，集不同性质的微生物（好氧、兼氧和厌氧微生物）于一体等特点，近年的研究成果表明AGS能用于处理高浓度有机废水、高含盐度废水及许多工业废水。1991年Mishima等最早发现了AGS，并第一次报道了利用连续流好氧上流式污泥床反应器(Aerobic Upflow Sludge Blanket，AUSB)培养出AGS。人们从这一研究成果开始了对AGS颗粒化的研究历程。

好氧颗粒污泥具有致密的结构与较大的粒径，由于氧气传质限制，颗粒污泥呈现外部为好氧区，内部存在缺氧或厌氧区的状况，为好氧、兼性及厌氧微生物提供了各自适宜的生存环境，由此使得好氧颗粒污泥能够进行各种好氧、厌氧代谢活动。与传统活性污泥絮体相比，好氧颗粒污泥具有以下优势：形状规则，结构紧凑致密，沉降性能好，生物量较高，同时具备多种微生物功能，剩余污泥量较少，对生物毒素以及有机负荷波动的耐受能力强等，已成为最有前途的废水生物处理技术之一。

好氧颗粒污泥形成的影响因素

好氧颗粒污泥能否形成及其形成周期长短、污泥质量如何、能否维持稳定，受其培养运行过程中多种因素的影响。通过对其深入研究，可以全面了解好氧颗粒污泥的形成及稳定适应条件，并据此对可变因素进行控制，对培养好氧颗粒污泥具有重要的意义。

1、碳源

碳源不同会导致培养出的好氧颗粒污泥存在差别。在其他条件相同的前提下，J. H. Tay等以葡萄糖为碳源培养出的颗粒污泥以丝状菌为主，以乙酸为碳源培养出的颗粒污泥却以杆状细菌为主。

同时，单一碳源和混合碳源也对形成好氧颗粒污泥的结构及稳定性有所影响。高景峰等以蔗糖为唯一碳源培养好氧颗粒污泥，发现23 d后出现丝状菌膨胀现象。之后改用蔗糖加等量蛋白胨的组合碳源，丝状菌膨胀现象得到了有效的解决。

这说明，在培养好氧颗粒污泥的过程中采用单一碳源易引起丝状菌膨胀，混合碳源可以有效抑制该现象，对维持好氧颗粒污泥的稳定起到重要作用。碳源种类虽然可以改变颗粒结构，但有人认为其对好氧颗粒污泥的形成不能起到决定性作用。

2、种泥

Z. Song等研究发现从啤酒废水处理厂中取的污泥比城市污水处理厂中提取的污泥更适合培养好氧颗粒污泥，表明接种污泥对好氧颗粒污泥的形成有重要的影响。不同种泥的颗粒化乃至稳定所需时间不同，所培养出的颗粒污泥菌群结构也不相同，说明微生物种群变化同接种污泥有关。

微生物的活性对好氧颗粒污泥的影响不明显，但受接种污泥疏水性的影响较大。有研究者在培养好氧颗粒污泥的过程中加入厌氧颗粒污泥，缩短了好氧颗粒污泥的形成时间，且污泥稳定、污水处理效果好。这为好氧颗粒污泥的培养提供了一个很好的选择。

3、水力剪切力

一般来说，由上流曝气引起的水动力湍流是系统的主要剪切力，反应器可以通过改变表面上升气体流速来控制水力剪切力。当对颗粒污泥施加剪切力时，颗粒必须通过消耗非生长能量，改变细胞表面EPS的量来调节其代谢途径，以维持与外部剪切力的平衡。

研究表明，当表面上升气体流速达到1.2cm/s时可以形成密度大且表面光滑的颗粒污泥。水力剪切力越大，越容易形成稳定的颗粒结构、清晰的污泥轮廓及良好污染物降解性能。

为了在保证污水处理效果的情况下降低能源使用，沈忱等研究了低曝气条件下反应器的运行及好氧颗粒污泥情况，结果发现，在能够使污泥达到颗粒化的水力剪切力下，好氧颗粒污泥对污水的处理性能稳定，可以高效地进行脱氮除磷以及去除COD。

4、PN/PS

一般认为，多糖（polysacides，PS）可以调节细胞的内聚力和黏附力，在污泥颗粒化过程中对维持污泥结构的完整性起着至关重要的作用。有研究发现，随着水力剪切力的增加，污泥中多糖含量与蛋白（proteins，PN）含量的比值也有显著上升。

值得指出的是，颗粒污泥中多糖的含量至少比絮凝体中高出2倍，同时也观察到多糖的含量比絮凝体和颗粒污泥中蛋白质含量高得多。这可能意味着胞外蛋白对微生物群落结构和稳定性的影响不如多糖大。

5、pH

张志等运行6个相同的反应器，仅控制pH不同。结果表明，当pH在8.4时，细胞产生最少量的EPS，当pH上升到9.0时，EPS少量上升。

EPS上升有助于保护颗粒污泥，减少被酸碱值过高所带来的伤害。研究结果证明控制pH使EPS产量增加，有利于提高污泥的耐冲击能力，使颗粒污泥更加稳定。

6、温度

温度可以显著影响生物过程中的微生物代谢和群落结构。A. Gonzalez-Martinez等在低温下研究北极圈好氧颗粒污泥的性状及菌群，发现温度的改变会导致颗粒污泥菌群变化，是维持污泥结构正常或导致解体的重要因素。

此外，有研究表明，与温适应接种物相比，冷适应接种物显示出优异的颗粒状生物质形成能力。在低温条件下培养的好氧颗粒污泥，低温启动时，3周内就可以有效去除有机物，这表明低温环境下好氧颗粒污泥更容易培养。

7、细胞表面电荷

一般来说，微生物细胞表面带有负电荷。相似电荷之间的排斥可防止细胞在没有另一种机制的帮助下彼此附着。二价阳离子如Ca2+中和微生物表面电荷已被认为是促进初始细胞附着的可能机制。范德华力也可能有助于这种细胞吸引力。DLVO理论同样适用于分析细胞表面负荷对污泥产生的相互作用。

8、反应器类型及运行方式

好氧颗粒污泥多在SBR中进行培养。在反应器运行期间，由于高表面负电荷所引起的静电斥力、疏水性低所形成的水包围面以及EPS之间的相互作用，细胞表面存在的过多EPS会使得初始的黏附过程困难，EPS与细胞表面负电荷呈正相关性，与疏水性呈负相关。

SBR反应器的曝气过程导致了长时间的饥饿期，EPS消耗至合理数量导致具有低负电荷和高表面疏水性的污泥形成，继而颗粒继续增长达到稳定颗粒化。

研究表明，为保证颗粒污泥的稳定性和良好的出水质量，饱食周期的长度不应超过总周期长度的25%。同时，在柱状上升流反应器中，反应器高度与直径（H/D）的比例较高，可以保证较好的颗粒流动轨迹，从而为微生物聚集提供良好条件。

此外，好氧颗粒污泥也可在其他反应器中形成。列举了文献中几种成功培养出好氧颗粒污泥的反应器类型，见表2。