好氧颗粒污泥强化造粒技术研究进展及应用展望

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2025-0016

摘要/Abstract

摘要：

好氧颗粒污泥（AGS）的形成机理是强化造粒技术的基础。综述了絮凝剂强化、金属阳离子强化、晶核强化、信号分子强化及生物强化5类强化造粒技术的机理，分析了各类强化造粒技术对污泥颗粒形成的影响，梳理了相应的造粒速度、污泥粒径、水处理效能和适用规模，总结了AGS在造纸废水、印染废水、含油废水等典型工业废水中的研究应用状况。絮凝剂、金属阳离子和信号分子主要通过促进絮凝污泥聚集和刺激EPS分泌强化成粒速率；晶核强化技术基于成核载体假说，为微生物提供辅助载体，进而实现快速成粒。AGS强化造粒技术，尤其是异位造粒技术，具有巨大应用前景。未来需进一步阐明不同金属离子、絮凝剂、晶核和信号分子强化AGS成粒的机制与关键影响因子，并关注强化成粒技术的环境风险及经济可行性，为其在实际工程中的应用奠定基础。

关键词: 好氧颗粒污泥, 强化造粒, 工业废水处理, 异位造粒

Abstract:

The formation mechanisms of aerobic granular sludge (AGS) underpin various granulation-enhancement technologies. The mechanistic bases of five categories of granulation-enhancement technologies, namely, flocculant-assisted, metal cation-assisted, crystal seeding (nucleation)-assisted, signaling molecule-assisted, and biological reinforcement were reviewed. The effects of each strategy on granule formation was analyzed. The corresponding data on granulation rates, sludge particle size, treatment performance, and scales of application were sorted out. The current research and application status of AGS in treating representative industrial wastewater, such as pulp and paper effluents, textile printing and dyeing wastewater, and oily wastewater, were summarized. Flocculants, metal cations, and signaling molecules primarily accelerated granulation by promoting aggregation of flocculent sludge and stimulating the secretion of extracellular polymeric substances (EPS). Nucleation-based reinforcement, grounded in the nucleation-carrier hypothesis, supplied auxiliary carriers for microorganisms and thereby enabled rapid granulation. Granulation-enhancement technologies for AGS, especially ex-situ granulation, showed substantial application potential. Future work should further elucidate the mechanisms and key influencing factors by which different metal ions, flocculants, nucleation seeds, and signaling molecules reinforce AGS granulation, and should consider potential environmental impacts and economic feasibility, thereby laying the groundwork for implementation in full-scale engineering practice.

Key words: aerobic granular sludge, enhanced granulation, industrial wastewater treatment, ex-situ granulation

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I11/30

图/表 7

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强化造粒技术	试验用水	投加物质名称	粒径/mm	形成时间/d	脱氮除磷效果	适用规模
絮凝剂强化	模拟废水	聚合氯化铝	>2.5	25	出水COD约40 mg/L，NH₄ ⁺-N去除率61.1%^〔10〕	大中小
	模拟废水	聚合硫酸铁	平均1.2	24	对硝化过程有促进作用，NH₄ ⁺-N去除率提高至82%^〔34〕
	模拟废水	微生物絮凝剂	1.2~1.8	22	出水COD约10 mg/L，NH₄ ⁺-N<3 mg/L，TP<1 mg/L^〔14〕
金属阳离子强化	某高校生活污水	CaCl₂	1~2	19	NH₄ ⁺-N和PO₄ ^3--P去除率为86.6%和79.2%，略微提高^〔19〕	大中小
金属阳离子强化	模拟废水	FeCl₃·6H₂O	0.5	30	COD去除率89.8%，出水NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N均小于0.5 mg/L^〔35〕	大中小
晶核强化	模拟污水	颗粒活性炭	0.6~1.6	37	出水COD约10 mg/L，NH₄ ⁺-N为1 mg/L，TP约0.6 mg/L^〔14〕	大中小
晶核强化	模拟+实际污水	磁粉	平均0.8	28	COD降至15 mg/L以下，NH₄ ⁺-N降至2 mg/L以下^〔22〕	大中小
信号分子强化	模拟废水	外源性AHLs	2.5~3.5	35	14 d时NH₄ ⁺-N去除率达到90%以上^〔36〕	小
信号分子强化	模拟废水	外源硝酸盐	平均0.56	63	COD去除率约98.9%，TN去除率80.5%~94.2%，NH₄ ⁺-N去除率接近100%^〔30〕	小
生物强化	合成炼油废水	人葡萄球菌菌株SG003	1.56±0.05	21~25	COD和总石油烃去除率均为80%~81%，酚类去除率95%~97%，NH₄ ⁺-N去除率95%^〔37〕	中小
	模拟废水	黑曲霉Y3真菌球	平均0.5	22	TN去除率70.45%，PO₄ ^3--P平均去除率为74.66%^〔32〕
	模拟污水	菌丝球裹藻凝结核	3.3	12	TN去除率80.8%，PO₄ ^3--P去除率超过80%^〔33〕

强化造粒技术	试验用水	投加物质名称	粒径/mm	形成时间/d	脱氮除磷效果	适用规模
絮凝剂强化	模拟废水	聚合氯化铝	>2.5	25	出水COD约40 mg/L，NH₄ ⁺-N去除率61.1%^〔10〕	大中小
	模拟废水	聚合硫酸铁	平均1.2	24	对硝化过程有促进作用，NH₄ ⁺-N去除率提高至82%^〔34〕
	模拟废水	微生物絮凝剂	1.2~1.8	22	出水COD约10 mg/L，NH₄ ⁺-N<3 mg/L，TP<1 mg/L^〔14〕
金属阳离子强化	某高校生活污水	CaCl₂	1~2	19	NH₄ ⁺-N和PO₄ ^3--P去除率为86.6%和79.2%，略微提高^〔19〕	大中小
金属阳离子强化	模拟废水	FeCl₃·6H₂O	0.5	30	COD去除率89.8%，出水NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N均小于0.5 mg/L^〔35〕	大中小
晶核强化	模拟污水	颗粒活性炭	0.6~1.6	37	出水COD约10 mg/L，NH₄ ⁺-N为1 mg/L，TP约0.6 mg/L^〔14〕	大中小
晶核强化	模拟+实际污水	磁粉	平均0.8	28	COD降至15 mg/L以下，NH₄ ⁺-N降至2 mg/L以下^〔22〕	大中小
信号分子强化	模拟废水	外源性AHLs	2.5~3.5	35	14 d时NH₄ ⁺-N去除率达到90%以上^〔36〕	小
信号分子强化	模拟废水	外源硝酸盐	平均0.56	63	COD去除率约98.9%，TN去除率80.5%~94.2%，NH₄ ⁺-N去除率接近100%^〔30〕	小
生物强化	合成炼油废水	人葡萄球菌菌株SG003	1.56±0.05	21~25	COD和总石油烃去除率均为80%~81%，酚类去除率95%~97%，NH₄ ⁺-N去除率95%^〔37〕	中小
	模拟废水	黑曲霉Y3真菌球	平均0.5	22	TN去除率70.45%，PO₄ ^3--P平均去除率为74.66%^〔32〕
	模拟污水	菌丝球裹藻凝结核	3.3	12	TN去除率80.8%，PO₄ ^3--P去除率超过80%^〔33〕

废水类型	废水特点	污泥颗粒化手段	颗粒化机理
发酵废水	高COD，易生化	投加厌氧颗粒污泥	晶核、信号分子
含盐废水	高含盐量，难生化	投加Fe₃O₄、菌丝球	晶核、生物强化
石化废水	高COD，高氨氮，难生化	投加生物炭、石油降解菌种	晶核、生物强化
造纸废水	高COD，难生化	投加Ca²⁺	金属离子强化

废水类型	废水特点	污泥颗粒化手段	颗粒化机理
发酵废水	高COD，易生化	投加厌氧颗粒污泥	晶核、信号分子
含盐废水	高含盐量，难生化	投加Fe₃O₄、菌丝球	晶核、生物强化
石化废水	高COD，高氨氮，难生化	投加生物炭、石油降解菌种	晶核、生物强化
造纸废水	高COD，难生化	投加Ca²⁺	金属离子强化

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