摘要：本文介绍了好氧颗粒污泥的特点及结构，阐述了在好氧颗粒污泥形成机理方面的观点，并对影响好氧颗粒污泥形成性能的因素进行分析。这些因素包括流体剪切力、溶解氧浓度、沉降时间、水力停留时间、污泥龄、温度以及有无诱导核存在。同时，指出了好氧颗粒污泥培养研究中存在的问题，并对其研究方向和应用前景进行了展望。
论文关键词：好氧颗粒污泥,影响因素,性能
好氧颗粒污泥是在好氧条件下自发形成的细胞自身固定化颗粒。具有良好的沉淀性能、较高的生物量和在高容积负荷条件下降解高浓度有机废水等优点，因此在废水处理领域具有重大的应用价值。对于好氧颗粒污泥形成及性能的影响因素以及形成机理尚存在许多未知领域，这成为阻碍好氧颗粒污泥工艺工业化的限制因素，也引起了我们广泛学者的兴趣。
1 好氧颗粒污泥的特点及结构
1.1 形态及结构
好氧颗粒污泥的外观与絮状污泥截然不同，用肉眼可观测到，好氧颗粒污泥颜色一般呈橙黄色，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[1]，粒径一般在0.3~3mm 之间 ，颗粒污泥的形态系数稳定在0.45，纵横比为0.5~1.0。在放大镜下即可观察到颗粒污泥表面有一些空隙，这些空隙被认为是底物与营养物质传递的通道[1]。
1.2 沉降性能
好氧颗粒污泥的沉淀性能决定着反应器固液分离的效果，由于好氧颗粒污泥以密实的颗粒状存在，其SVI为12.6~64.5mL/g，(一般在30 mL/g左右），而普通活性污泥的SVI在100~150 mL/g，大大低于普通活性污泥的SVI值。好氧颗粒污泥的沉降速度与其粒径有关，一般为30~70m/h，而传统的活性污泥的沉降速率为8~10m/h。可见，好氧颗粒污泥有着良好的沉降性能。沉降速度的提高，不仅可以缩短沉降的时间、减小沉淀池的体积，而且可以提高反应器内微生物的浓度，微生物浓度提高可以获得较高的污染物降解速率。
1.3 比重与含水率
好氧颗粒污泥的比重一般在1.004~1.008左右，含水率一般为97 %~98 % ，低于普通活性污泥(含水率99 %以上)，即采用好氧颗粒污泥比普通活性污泥的污泥量至少减少一半。
1.4 比耗氧速率
比耗氧速率（SOUR）指单位重量的微生物在单位时间内消耗的氧气量，它是评价污泥微生物代谢活性的一个重要指标。好氧颗粒污泥SOUR一般大于40mgDO/gVSS·h，随着水力剪切力的增大，固液界面DO传质作用和微生物呼吸作用得到加强，SOUR相应提高。Liu[2]等研究发现在内源呼吸阶段，颗粒污泥与絮状污泥的耗氧速率相差不大，分别为10.07、8.36mgDO/gMLSS·h，而在基质降解过程中耗氧速率分别高达41.90、18.32mgDO/gMLSS·h，为内源呼吸阶段的4倍和2倍，可见好氧颗粒污泥的形成大大提高了微生物活性。
1.5 结构
Yu Liu等[3]通过电镜观察表明，好氧颗粒污泥呈层状结构，一般2~3层，外层比内层密实，厚度小。由于溶解氧以及废水中的基质在各层的浓度不同，造成各层的微生物种类不同，功能也不同。
Beun J . J . [4]等在SBAR反应器中培育出了颗粒污泥，用刀片把颗粒污泥切成两半，在显微镜下观察发现，一般情况下颗粒污泥分为两层：颗粒中心直径约为1.7mm ，外层大约为0.4mm 厚。外层结构相当密实，颗粒中心相对于外层是毛茸茸的胶体状结构且比较透明。
2 好氧颗粒污泥的形成机理及性能的影响因素
2.1 好氧颗粒污泥的形成机理
好氧颗粒污泥的形成是一个复杂的过程，迄今对其形成机理的研究尚不深入。目前，对于无诱导核情况下好氧颗粒污泥的形成机理达成了一个比较一致的观点，即在初始时，丝状菌缠绕搭成框架，微生物不断沉着在框架上并繁殖生长，通过控制操作条件最终形成颗粒污泥。然而在从丝状菌占优势到规则颗粒形成的过程，还是存在不同的观点。一种观点认为，丝状菌形成三维框架，微生物积累于其上，由于流体剪切力、沉降时间、选择压等作用，使密度小、沉降性能差的絮体不断从表面洗脱，流体与颗粒之间的摩擦作用使光滑的颗粒表面得以形成。颗粒在流体的不断冲击下，作为框架的丝状菌也不断从表面被洗脱，最终形成密度大、沉降性能好的颗粒污泥。在好氧、厌氧颗粒中发现有少量丝状菌，证明颗粒的这种形成机制是存在的。另一种观点认为[4]，真菌很容易在丝状菌框架上形成小球，该小球对其他微生物起固定化载体的作用。但该小球不像规则光滑的颗粒那样具有紧凑的结构，而是比较松散。在剪切力作用下，沉降性能差的絮体从小球表面洗脱，经过沉降时间的选择压作用被排出反应器。而那些没有被洗脱的微生物以小球为附着点不断积累，增长繁殖。随着小球体积增大，传质阻力增大，限制了氧的扩散，最后小球解体。此时，在小球载体上由不同菌种形成的颗粒污泥已具有了良好的沉降性能，并能够维持颗粒形态，然后颗粒污泥继续长大。这一观点也有实验观察支持[1、4]。对于这两种形成过程是否会在反应器中同时发生尚无定论。
有诱导核的情况下，好氧颗粒污泥的形成还不是很清楚，可能是涉及晶核理论的完全不同的另一种机制。核为微生物的吸附生长提供表面。在高剪切力下，微生物的代谢途径发生改变，分泌产物中黏性强的多聚糖大量产生，有利于微生物与核之间吸附的发生。微生物的吸附凝聚涉及多种物理力、化学力和生物力，非常复杂。
2.2 好氧颗粒污泥的影响因素
2.2.1 流体剪切力
流体剪切力对好氧颗粒污泥的形成、结构等有很大的影响，决定着形成的好氧颗粒污泥的性质。Shin 等得出结论，颗粒化是由作用在颗粒污泥上的物理力控制的。好氧颗粒污泥现象与反应器中的流体动力条件紧密相关。Beun[4] 等发现当表面空气流速较低时，在USBR中不能形成稳定的好氧颗粒污泥。当在较高的表面空气流速的作用下时，污泥颗粒化现象开始发生，并且由于高的剪切力形成了光滑、密实、稳定的颗粒污泥。
近期研究表明，流体剪切力还会对污泥的生理活动产生影响。当水力剪切力较大时新陈代谢产生的能量主要被用于生理反应产生多糖，而非用于增加污泥的数量。多糖能促使细胞间的凝聚和吸附，对于保证颗粒污泥结构的完整性起到了关键作用。另外，胞外多聚物( ECP, extracellular poly-saccharides)假说认为适当的水力剪切力有助于促进胞外多聚物的生成，从而对于颗粒化过程起到了重要的作用。
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