活性污泥法处理废水是当今世界范围内应用最为广泛的一种生物处理工艺，具有处理能力高、出水水质好等优点。但传统工艺中，活性污泥絮体沉降性能差、曝气池内污泥浓度低，人们常以增大反应器的体积为代价来提高处理能力，整个处理系统占地面积大，越来越不适应废水处理的发展要求。近20年来，研究者们着眼于改善污泥沉降性能和提高反应器内生物量浓度，在对活性污泥法本身改进的同时，又致力于新型生物处理技术与工艺的研究与开发。基于厌氧颗粒污泥的成功开发与应用，最近几年，研究人员转向研究好氧颗粒污泥技术，该技术尝试结合好氧微生物的高效氧化特性与厌氧颗粒污泥的高生物量浓度和良好沉降性能，是一种新型污水处理工艺。好氧颗粒污泥技术的成功开发将会极大提高反应器的处理效能、减少占地面积和降低工程造价，这对于革新现有活性污泥工艺、推进污水生物处理技术的发展意义重大。但到目前为止，有关好氧颗粒污泥的研究报道还比较少，还未完全掌握形成好氧颗粒污泥的充分条件，对好氧颗粒污泥形成原因的理解尚不深入。同时，缺少好氧颗粒污泥处理实际废水的试验研究。 本文首先从研究好氧颗粒化过程中运行参数的变化出发，探讨好氧颗粒污泥的形成机制及特性。系统研究了各运行参数对好氧颗粒污泥形成的综合作用及相互间的制约关系。在好氧颗粒污泥形成后，通过逐步提升反应器的容积负荷，考察了好氧颗粒污泥系统耐负荷冲击的能力及稳定性。研究结果表明，在SBR反应器中，以污水处理厂曝气池中活性污泥作为接种污泥，通过对运行参数的调控，能够实现好氧活性污泥颗粒化。对反应器沉降时间与污泥龄的调控是污泥实现颗粒化的首要条件。反应器运行至18天，好氧颗粒污泥初步形成，运行至35天，颗粒污泥己成为反应器内污泥存在的主要形式。此时，污泥体积指数、反应器内污泥浓度、污泥龄及污泥负荷率分别为48.0mLg-1、9.3gL-1(VSS)、46.7天及0.43gCODg-1MLVSSd-1。好氧颗粒污泥的形成提高了系统处理能力和耐负荷冲击能力，但运行过程中存在极限负荷。进水容积负荷高达12gL-1d-1时，颗粒污泥解体，反应器内污泥大量流失。本研究发现，污泥负荷率为0.42～0.77gCODg-1MLVSSd-1时，系统COD去除率在97﹪以上，污泥停留时间为17.8～60天，好氧颗粒污泥系统处于最优运行阶段。因此，控制污泥负荷率在合适的范围内能够保证系统高效、长期而稳定的运行。扫描电镜观察表明，好氧颗粒污泥是由多种不同形态的微生物群落组成的生态系统。不同运行时期的颗粒污泥具有不同的微生物形态和结构。 本文通过研究好氧颗粒污泥形成过程中EPS、表面特性的变化及其相互关系，从微生物生理特性出发深入探讨好氧颗粒污泥形成的内在原因。提出胞外蛋白质通过改变细胞表面特性在好氧颗粒污泥形成中的作用机制，探讨了其对颗粒污泥形成及稳定运行的重要影响。通过对各种方法提取的EPS成分分析发现，蛋白质是活性污泥和好氧颗粒污泥EPS中比例最大的成分，且蛋白质与多糖的比值分别为1.68～2.63和3.22～5.80。应用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对胞外蛋白进行测定分析，结果显示，颗粒污泥形成过程中胞外蛋白质分泌量逐渐增加、种类增多。EPS定量测定表明，污泥全部颗粒化时，胞外蛋白分泌量约为反应器启动初期的3倍，而胞外多糖含量则无明显变化。好氧颗粒污泥形成过程中，污泥表面相对疏水性逐渐增加，且与PN/PS呈正相关。接种活性污泥和颗粒污泥表面电位平均值分别为-13.2mv和-28.5mv。好氧颗粒污泥形成后，随着进水容积负荷从4gL-1d-1提升至12gL-1d-1，SDS-PAGE结果显示，蛋白电泳条带颜色逐渐变浅，且某些特征条带消失，表明随着容积负荷的提升，胞外蛋白质分泌量逐渐降低、种类逐渐减少。此过程中，多糖含量却约增加3倍，污泥表面疏水性降低40﹪左右。因此，初步推断，胞外蛋白质分泌量的增加促进了污泥表面相对疏水性的增加，降低了污泥表面的电负性，从而促进微生物聚集体的形成。但过高的进水COD负荷却抑制微生物胞外蛋白质分泌量，促进胞外多糖分泌量的增加，微生物表面相对疏水性降低，最终导致颗粒污泥解体。EPS中较高的PN/PS值有助于好氧颗粒污泥的形成及长期稳定运行。 利用好氧颗粒污泥SBR系统处理模拟间歇性工业废水的试验研究表明，闲置2个月后，好氧颗粒污泥能保持自身的完整性和潜在的代谢活性。在闲置期间，好氧颗粒污泥的形状、物理强度及沉降速度均无大的变化，但其代谢活性明显降低。反应器重新启动后，好氧颗粒污泥代谢活性可在2个星期内完全恢复。同时，在重新激活过程中，该系统仍表现出高效去除有机污染物的性能，这表明，、好氧颗粒污泥SBR系统处理间歇性工业废水具有潜在优势。 本研究利用好氧颗粒污泥SBR系统，分别采用成熟的好氧颗粒污泥和絮状活性污泥作为接种污泥成功处理了UASB反应器出水。研究结果表明，好氧颗粒污泥作为种泥，通过逐步驯化的方式能够适应进水成分的转变，不会导致污泥严重流失。同时，在进水成分转变过程中，部分颗粒污泥解体产生的污泥碎片能够成为新生颗粒污泥的母体，进而加速新颗粒污泥的形成。微生物相的观察表明，在进水成分从模拟废水转变为UASB反应器出水时，微生物群的种类和形态发生变化。另外，以絮状活性污泥作为种泥，直接以UASB反应器出水作为底物，经40天的运行，也能在SBR反应器内形成好氧颗粒污泥。上述处理UASB反应器出水的研究成果为厌氧-好氧颗粒污泥技术联合应用处理高浓度工业废水奠定了基础。