工业水处理, 2021, 41(10): 28-35 doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2020-0814

• 专论与综述 •

好氧颗粒污泥结构特点及稳定性研究进展

陈颖,1, 陈垚,1,2, 李聪1, 袁绍春1

1. 重庆交通大学河海学院, 重庆 400074

2. 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室, 重庆 400074

Research progress on the structural characteristics and stability of aerobic granular sludge

CHEN Ying,1, CHEN Yao,1,2, LI Cong1, YUAN Shaochun1

1. School of River and Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China

2. Engineering Laboratory of Environmental Hydraulic Engineering of Chongqing Municipal Development and Reform Commission, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China

通讯作者: 陈垚, 教授。E-mail: chenyao@cqjtu.edu.cn

收稿日期: 2021-06-21  

基金资助: 重庆市留创计划资助项目.  cx2017065
重庆市青少年创新人才培养雏鹰计划项目.  CY200701
重庆市教委科学技术研究项目.  KJ1705140

Received: 2021-06-21  

作者简介 About authors

陈颖(1996-),硕士研究生E-mail:424290096@qq.com , E-mail：424290096@qq.com

Abstract

Aerobic granular sludge(AGS) has the advantages of high biodiversity richness, good settling property, high efficiencies of nitrogen and phosphorus removal, and better resistance to shock loads, which has attracted a wide spread attention in the field of wastewater treatment. However, it still faces great challenges in widespread application due to the bottleneck of slow speed and time-consuming in granulation process and easy particle disintegration after granulation. Therefore, rapid granulation and keeping particle structure stability is the key to the extension and practical application of AGS technology. The typical morphological structures of AGS were summarized firstly with the granulation model hypotheses, and then the dominant microflora and its spatial distribution feature were analyzed. The research progress of the influencing factors on particle structure stability were mainly discussed thereafter from the macroand micro-scale. Finally, the future research emphasis of AGS technology was proposed.

Keywords： aerobic granular sludge(AGS) ; granular structure ; zoogloea ; filamentous bacteria ; structure stability

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陈颖, 陈垚, 李聪, 袁绍春. 好氧颗粒污泥结构特点及稳定性研究进展. 工业水处理[J], 2021, 41(10): 28-35 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2020-0814

CHEN Ying. Research progress on the structural characteristics and stability of aerobic granular sludge. Industrial Water Treatment[J], 2021, 41(10): 28-35 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2020-0814

好氧颗粒污泥（AGS）是在适宜的条件下，通过微生物自凝聚而形成的颗粒状生物聚合体，常被看做为一种特殊的生物膜。与传统的活性污泥法相比，AGS技术具有沉降性能好、抗冲击负荷能力强、占地面积小、微生物丰富等优点，具有广阔的应用前景〔1-2〕。自首次发现AGS至今，AGS技术已经历了近30年的发展和实践，期间国内外学者对AGS的理化性质、除污特性、成粒机制等进行了大量研究，进一步拓宽了其应用范围〔3〕。但如何缩短AGS成粒时间，并在实际应用中维持其结构和功能稳定性，避免出现颗粒解体、污泥上浮、除污性能下降等问题成为该技术得以推广应用的关键〔4〕。为使AGS技术得到更好的发展，笔者首先通过成粒模型总结了AGS的典型形态结构，分析了优势菌群及其空间分布特性，并从宏观和微观2个尺度重点论述了有关AGS结构稳定性影响因素方面的研究进展，并指出了该技术今后的研究重点。

1 好氧颗粒污泥形态分类

AGS的形成是一个由物理、化学和生物学共同参与的复杂过程，学者们从不同角度进行探究并提出了相应的成粒模型假说，但尚未形成统一结论。其中，“胞外聚合物假说”〔5〕、“金属离子假说”〔6〕和“信号分子假说”〔6〕均强调微生物可通过分泌具有黏性的胞外聚合物（EPS），辅以金属离子螯合作用，形成以菌胶团为成粒基础的“菌胶团型”AGS。“丝状菌假说”〔5-6〕认为，基本不分泌EPS的丝状菌可通过特殊的丝状外形相互缠绕构成AGS骨架，形成“丝状菌型”AGS。而“晶核假说”和“自凝聚假说”〔7〕则认为，丝状菌和菌胶团可在合适的反应体系和环境条件下，通过共同作用形成“综合型”AGS。

1.1 菌胶团型AGS

菌胶团型AGS是以微生物分泌的EPS为“胶黏剂”，通过吸附水中游离微生物、有机质、金属离子等形成菌胶团，并在外力作用下其不断融合、生长，进而形成表面规则且致密的AGS〔8〕。依靠EPS吸附微生物细胞形成的菌胶团〔5〕，可聚集氧化分解水中大分子有机物，为细菌、原生动物等微生物提供生长所需的营养物质和生存环境，进而形成一个高密度的微生物共生体系。其中，微生物在该共生体系中的凝聚作用受EPS含量所调控。Xia WANG等〔9〕研究发现，从活性污泥中提取的菌株（Enterobacter sp. strain FL）的自凝聚性与其分泌的EPS含量成正比。Zhe LIU等〔10〕通过改变水力条件并外加聚合氯化铝（PAC）刺激微生物细胞分泌出更多的EPS，进而增强了微生物的凝聚作用，加速了AGS的形成。

1.2 丝状菌型AGS

以丝状菌为基础形成的AGS，其成粒初期无需EPS和菌胶团参与，主要依靠丝状菌的位阻和机械作用形成比表面积较大的多孔网状结构，网捕水中游离的微生物和有机质〔5〕，进而形成结构密实的AGS〔11〕。丝状菌过度繁殖是导致活性污泥膨胀的主要诱因，但研究表明，在适当工艺条件下，丝状菌的存在不仅不会诱发污泥膨胀，反而能够提高生物密实度并改善污泥沉降性能，进而培育出丝状菌型AGS。林勇山等〔12〕在絮状污泥中接种15%的丝状菌，结果在15 d内便形成了丝状菌型AGS，大大缩短了成粒时间。李志华等〔11〕研究发现，丝状菌菌丝种属和缠绕方式对丝状菌型AGS的结构形态（发散或密实）和稳定性影响显著，不规则生长的单一菌种更易形成颗粒密实、结构稳定和理化性能良好的AGS。因此，丝状菌型AGS的培育可为探究快速成粒条件并解决污泥膨胀问题提供新思路。

1.3 综合型AGS

关于综合型AGS的成粒过程，目前存在2种截然不同的学术观点。有学者研究认为，综合型AGS是以EPS为骨架（即菌胶团为基础），丝状菌附着穿插于其中。Mingyuan CHEN等〔13〕研究发现，成熟的AGS是以蛋白质（PN）为核心，多糖（PS）为骨架，丝状菌贯穿其中而形成。作为EPS中的疏水基团，PN对AGS成粒效果及结构形态起决定性作用。而EPS中的PS，尤其是具有一定机械强度和高胶黏特性的β-多糖则作为AGS的骨架形成网状结构〔14〕，直接黏连游离的丝状菌等微生物，其同样决定了颗粒的结构稳定性。但也有学者研究认为，综合型AGS是以丝状菌作为骨架。邵享文等〔15〕通过延长进水时间和降低乙酸浓度有效促成了AGS的形成，并发现在AGS形成初期，大量繁殖的丝状菌成为颗粒骨架，而EPS作为胶黏剂则贯穿其中。陆佳等〔16〕同样发现，初形成期的颗粒污泥以丝状菌为内核，菌胶团附着于丝状菌骨架上，并在水力剪切作用下形成成熟的AGS。

2 好氧颗粒污泥微生物特性

2.1 优势菌群

虽然絮状活性污泥在成粒过程中，选择压的胁迫作用会造成污泥颗粒的微生物量大幅减少，致使AGS的微生物多样性和丰富度有所下降，但一些利于AGS结构稳定和污染物去除的微生物反而得以保留和富集〔17〕。因此，成熟的AGS不仅具有与接种污泥相当的生物活性和除污性能，而且还可同时维持其自身结构的稳定性。研究证实，AGS的生态位受底物成分、反应器参数等因素影响显著，从而形成个体差异较大的细菌群落〔18〕。以葡萄糖为碳源培养的AGS更利于聚糖菌（GAOs）的富集，阻碍聚磷菌（PAOs）的生存，进而降低了AGS的除磷能力〔19〕。而Qiulai HE等〔20〕在以琥珀酸钠和乙酸钠作为混合碳源培养AGS时，发现PAOs可成为AGS的优势菌种，有效抑制了GAOs的富集，提高了AGS的结构稳定性及其除污性能。

尽管AGS的微生物种群具有一定的特异性，但不同环境所形成的AGS仍可能具有相似的优势菌群，并对污泥颗粒化及其除污性能起决定性作用〔1, 21〕。AGS的优势菌门通常包括变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）、疣微菌门（Verrucomivrobia）、绿弯菌门（Chloroflexi）和螺旋体门（Saccharibacteria）〔1, 17〕。李黔花等〔17〕在利用AGS处理印染废水时发现，其优势菌门为Proteoba- cteria，其中α-Proteobacteria纲的Magnetospirillum属在污染物去除过程中起主导作用。王佳伟等〔22〕研究发现，在中试SBR反应器中培育的AGS，其优势菌门为Bacteroidetes和Proteobacteria，且Proteobacteria丰度占比最高，而在纲水平上，具有脱氮除磷功能的β-Proteobacteria纲丰度最大，进而使AGS具有良好的脱氮除磷性能。

2.2 菌群空间分布特性

成熟稳定的AGS在空间上存在清晰的分层界面，具有明显的菌群分层现象。通常而言，“综合型”AGS中杆状菌紧密排列在颗粒表面〔1〕，而丝状菌贯穿于颗粒内部起骨架作用。但在一些情况（如添加特殊底物、改变水力剪切条件等）下，丝状菌也会缠绕于颗粒表面，通过吸附架桥作用将菌体细胞、菌胶团和有机物等进行连接聚集〔15〕。溶解氧（DO）和底物在AGS内的传质扩散会随着颗粒粒径的增加，以及颗粒内部基质的阻挡而受到限制，使颗粒由外至内分别形成好氧区、兼氧区和厌氧区。AGS空间传质的非均质化也进一步导致了菌群分层现象。Haohao SUN等〔21〕将AGS的空间结构划分为以好氧和兼氧微生物为主导的外壳和以厌氧微生物为主的内核，其中外壳和内核具有相似的Shannon指数（P > 0.05），而Sinpson指数却存在显著差异（P < 0.05）。这一结果表明，微生物群落可同时分布在AGS的外壳和内核中，但空间传质的非均质化造成了菌群丰富度的差异化。同时，AGS中形成的氧环境分区结构使其选择性富集了利于颗粒结构稳定和污染物去除的微生物种群，进而提高了AGS的除污性能。但在DO浓度交替变化的反应体系中，成熟的AGS会同时发生PAOs和GAOs的富集，使其成为优势菌群，并占总细菌量的74%〔23〕。厌氧条件下，PAOs和GAOs对外源性COD的去除可有效防止丝状菌的过度增殖，维持颗粒结构的稳定性。但GAOs对碳源的竞争会影响PAOs的除磷效果，因此，如何抑制GAOs的生物活性并提高AGS的除磷性能是目前的研究热点之一。

3 基于宏观尺度的好氧颗粒污泥结构稳定性影响因素

3.1 反应器

3.1.1 运行方式及高径比（H/D）

从现有研究来看，通常采用SBR反应器进行活性污泥的颗粒化，其原因主要在于：（1）SBR作为充排式（fill-and-draw）反应器，其沉降时间短，利于AGS的成粒〔24〕；（2）SBR具有底物充足活跃期和底物匮乏饥饿期2个独立阶段，而好氧饥饿期可占总循环周期的75%以上〔4〕。微生物在好氧饥饿期会消耗大量的EPS，降低污泥表面负电荷并增强其疏水性，诱导污泥形成结构密实且稳定的AGS〔25〕。李冬等〔26〕采用SBR反应器考察了不同曝气方式对AGS系统稳定性的影响，发现高-低阶梯曝气有利于颗粒污泥的结构稳定性，而低-高阶梯曝气则刚好相反，进一步表明好氧饥饿期对AGS成粒及结构稳定性的重要性。

通常认为较高的高径比（H/D为15~30）有利于促进表面密实的AGS的熟化〔18〕。但赵锡锋等〔27〕通过对国内外AGS系统中试及实际运行案例的研究，发现即使在H/D为1~12的条件下，SBR反应器中仍能形成结构密实的AGS。研究表明，在合适的运行条件下，SBR反应器的H/D并不是微生物凝聚和颗粒结构维持的必要条件。

3.1.2 水力剪切力

为应对水流造成的剪切力作用，可通过改变EPS组分及其浓度来调控AGS内部的生物过程，以维持与外部环境的相对稳定。水力剪切力一般采用表观气速进行表征。研究证实，过低的水力剪切力会导致丝状菌过度繁殖，只有当表观气速大于1.2 cm/s才能形成AGS〔28〕。同时，较高的水力剪切力也会刺激细胞分泌出更多的EPS，促进污泥形成结构密实、外观完整的颗粒。在水力剪切作用下，颗粒表面的疏水性逐渐增强，进一步使AGS的结构稳定性得到改善。但过高的水力剪切力不仅造成运行成本过高，而且还会导致颗粒磨损性增加，导致颗粒机械强度受到破坏〔29〕。水力剪切作用对污泥成粒及颗粒结构稳定性的影响还取决于底物浓度。T. R. DEVLIN等〔30〕研究发现，低浓度（COD＜300 mg/L）废水即使在低表观气速（0.41 m/s）下，仍能形成结构稳定的颗粒污泥，而当COD≥600 mg/L时，相同的水力剪切力却无法形成AGS。

3.1.3 有机负荷

一般而言，AGS可承受2.5~15 kg/（m3·d）的有机负荷（OLR，以COD计）〔31〕。过低或短时间内波动较大的OLR均可导致颗粒内丝状菌的大量繁殖，使得颗粒结构呈疏松多孔，造成AGS结构稳定性变差，影响系统运行效果。而过高的OLR固然可形成AGS，但颗粒结构并不稳定，长时间运行后易发生颗粒解体现象。Yongqiang LIU等〔32〕研究发现，在COD负荷为12 kg/（m3·d）的OLR条件下对接种的絮状活性污泥进行培育，3 d后便可形成AGS，但2周后污泥颗粒逐渐出现膨胀和解体现象；而当COD负荷降至6 kg/（m3·d）后，快速形成的AGS却能长期保持颗粒结构的稳定。有研究认为，只有当COD负荷低于9 kg/（m3·d）时，AGS才能长期维持其结构稳定性〔33〕。这是因为在相对较低的负荷条件下，污泥中易富集能分泌EPS的功能菌，尤其是可大量积累紧密型胞外聚合物（TB-EPS），而这类物质可显著调控AGS的结构稳定性〔34〕。此外，动态变化的OLR运行模式有助于污泥的成粒并维持颗粒结构的稳定。Zhiming ZHANG等〔33〕研究发现，将COD负荷由初始的5.5 kg/（m3·d）逐步降至3.5 kg/（m3·d）时，污泥的成粒率和颗粒结构稳定性均得到显著提升。

3.1.4 其他因素

污泥停留时间（SRT）并不是影响微生物聚集成粒的必要因素，但却是维持颗粒结构稳定性的关键参数〔35〕。Liang ZHU等〔36〕研究发现，过长的SRT会导致老化污泥无法排出，并造成AGS解体。因此，选择合适的SRT，有利于AGS的结构稳定性。反应器中的DO浓度不仅会影响微生物代谢，还会影响颗粒结构及其稳定性。DO浓度过低，会造成颗粒内部发生厌氧代谢产生气体，加之低DO条件下丝状菌的大量繁殖，导致AGS易发生颗粒内部解体；而长时间的曝气会使DO浓度过高，并伴随过大的水力剪切力，也会造成颗粒发生破裂〔37〕。有研究表明，只有DO浓度控制在其饱和浓度的50%时才能维持AGS结构的稳定〔35〕。

3.2 反应体系

3.2.1 底物条件

不同的底物条件（如碳源、金属离子等）对AGS的结构稳定性有较大影响。研究发现，当以葡萄糖作为唯一碳源时，异养微生物会成为优势菌群，虽然其增殖速度快，可显著提高污泥生物量，但也会导致丝状菌过度生长，造成AGS结构失稳；而以乙酸盐和琥珀酸盐作为混合碳源时，所培养的AGS则以杆状细菌为主，具有更高的结构稳定性和脱氮能力〔20〕。

金属阳离子与污泥表面负电荷可通过结合或架桥方式形成稳定的三维立体结构，可加速污泥成粒过程并维持其稳定结构。M. SAJJAD等〔38〕研究发现，Ca2+易与PS中的OH-结合形成黏性较大的污泥颗粒，而Mg2+对PN基团中的酰胺基有较强的络合倾向，易形成疏水性强的AGS。李昱欢等〔39〕则利用Al3+的物化-生化耦合过程，在较短时间内形成了颗粒密实且结构稳定的AGS。此外，部分金属离子还可刺激微生物分泌出更多的EPS，改善颗粒内部的胶黏性，进而有效避免了生物质的流失和颗粒结构的解体〔40〕。

3.2.2 C/N

碳源是微生物代谢所需能量的电子供体，而氮源是构成微生物体内蛋白质的主要组成，显然，两者的比值（C/N）是影响微生物生长的重要因素。唐朝春等〔41〕在进水C/N分别为5、10和30的条件下培养硝化AGS，结果表明，当C/N=10时，形成的AGS结构密实，粒度最为均匀，沉降性能最好；C/N较小时形成的AGS粒径大，结构蓬松且沉降性能差；而较大的C/N下形成的AGS虽结构密实，但小粒径颗粒占比多且不利于污泥沉降。同样，宋志伟等〔42〕研究了C/N为10、15和25条件下形成的AGS的稳定性，结果表明，其结构稳定性最佳的C/N为15。虽然过低或过高的C/N均不利于形成结构稳定的AGS，但熟化后的AGS在处理低C/N（＜1）的高浓度氨氮废水时，仍能表现出良好的结构稳定性和脱氮能力〔43〕。这是因为AGS独特的分层结构能保证在外部较高的DO环境下颗粒污泥内部实现同步硝化反硝化过程，有效降低了对碳源的需求。

3.2.3 接种污泥

接种污泥浓度对AGS的培养影响较小，其适宜的MLSS为1~20 g/L，SVI为7~220 mL/g〔27〕。但接种污泥特性会对污泥成粒过程中微生物的凝聚进程产生显著影响。V. IVANOV等〔44〕研究发现，Klebsie- llapneumoniae strain B和Pseudomonas veronii strain F 2种菌株的自凝聚指数分别高达65%和51%，采用含此菌株的污泥接种8 d后便可形成大量结构完整且表面密实的AGS，相较于其他接种污泥所形成AGS的结构稳定性更高。Zhiwei SONG等〔45〕研究发现，相较于市政污水厂污泥，啤酒废水处理厂污泥更适作为接种污泥。这是因为啤酒废水处理厂污泥中含有某些EPS分泌能力强且自身凝聚度较高的菌群，更易形成结构稳定的AGS。此外，以颗粒污泥或颗粒碎片进行接种时，可有效缩短絮状污泥的成粒时间。黄思琦等〔46〕通过接种厌氧颗粒污泥，在30 d内便培养出成熟的AGS，并成功将接种的厌氧颗粒污泥中部分厌氧菌转化为好氧菌，同时保持了颗粒结构的完整性。Xiaochun WANG等〔47〕研究发现，投加存储后的颗粒污泥较直接接种絮状污泥可明显缩短污泥的成粒时间，22 d后便可形成沉降性能良好且结构稳定的AGS。

3.2.4 pH

pH是微生物生长过程的重要指标，其不仅会影响污泥的理化性质，还会调控细菌新陈代谢，改变EPS组分及其含量，进而使污泥颗粒的结构稳定性和除污性能出现波动〔48〕。Yu JIANG等〔48〕研究发现，AGS在弱酸性（pH=5.5）和中性环境中，可保持良好的结构稳定性和沉降性能，而碱性环境会对其在短时间内造成不可逆的负面影响。同样，pH过低（pH=3.0）会造成EPS的水解，导致AGS出现失稳和解体〔4〕。因此，应避免碱性和极酸性环境，宜采用中性环境（pH为7~7.5），以维持AGS的结构稳定〔37〕。

3.2.5 温度

温度是影响微生物活性的基本调控参数之一，大部分微生物适宜生存的温度为20~25 ℃。过低的温度（＜10 ℃）会导致AGS出现丝状菌过度生长，进而造成颗粒破碎解体和生物质流失等问题的发生；而温度过高（＞30 ℃）则会导致蛋白质变性甚至酶失活，进而造成整个系统的失稳〔49〕。为进一步拓宽AGS在极寒或热带地区工程应用的可能性，有学者成功驯化出适应寒冷条件（＜7 ℃）下的AGS，研究表明，其具有良好的除污性能和结构稳定性〔50〕；M. H. AB HALIM等〔51〕则通过逐步提升反应温度的驯化方式，在高温条件（30~50 ℃）下获得了沉降性能良好的AGS，但其除污能力因高温影响而受到一定的抑制。

4 基于微观尺度的好氧颗粒污泥结构稳定性影响因素

4.1 微生物

4.1.1 微生物群落结构

微生物群落结构及其生物多样性对AGS的除污性能和结构稳定性具有显著影响。作为一个难以调控的影响因子，微生物群落结构受到底物成分、温度、pH、AGS成粒阶段和空间位置等的影响，而使AGS表现出显著差异性。适量生长的丝状菌可作为颗粒骨架，网捕游离物质，促进AGS的形成和稳定；但过度增殖的丝状菌会破坏其结构稳定性，导致污泥结构松散和絮状化〔11〕。若污泥颗粒中PAOs成为优势菌，其可造成AGS发生磷沉淀现象，即PO43--P以磷酸钙或磷酸镁形式沉淀于颗粒内部，阻碍金属阳离子与EPS的架桥作用，破坏颗粒的结构稳定性〔52〕。此外，某些微生物分泌的蛋白酶会分解EPS中的PN，降低颗粒疏水性。而PN被分解后产生的多肽、氨基酸、有机酸等物质还会阻碍EPS与多价阳离子形成刚性架桥结构〔52〕，使得污泥颗粒易发生解体，甚至出现结构失稳现象。

4.1.2 微生物群感效应

近年来，以信号分子引起的微生物群感效应（QS）对AGS成粒及其结构稳定性的影响成为研究热点。在AGS系统中，QS可通过分泌、积累和感知信号分子促进细菌分泌EPS，改善颗粒表面吸附性能和整体黏附能力，加快AGS成粒速度并增强其结构稳定性〔53-54〕。酰基高丝氨酸内酯（AHLs）类信号分子由革兰氏阴性菌分泌、合成并扩散至胞外，当其浓度达到一定阈值时可再次进入胞内进行反应和信息传递〔25〕。支丽玲等〔55〕研究发现，AGS成粒过程中QS作用明显增强，且2种AHLs类信号分子（C6-HSL和C8-HSL）与EPS中的PN和PS含量呈极显著正相关性，这表明AHLs类信号分子可促进EPS分泌，并维持颗粒的黏附性和稳定性（见图 1）。细胞表面受体直接接收的信号称为第一信使，而经转换后传递至胞内的信号为第二信使，第二信使可激活酶和非酶蛋白的活性，在QS中具有重要作用〔53〕。环二鸟苷酸（c-di-GMP）是目前发现普遍存在于细菌中的第二信使，其可促进EPS分泌，尤其是有利于PN和PS的合成和微生物聚集〔56〕，其还可将单个游离态微生物转变为多细胞黏附型微生物，对促进AGS成粒并维持其结构稳定性起着积极的作用〔53〕。

图1

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图1   QS对污泥颗粒化的调控示意〔54〕

Fig.1   Schematic representation of QS regulation of sludge granulation〔54〕


4.2 污泥理化性质

4.2.1 PN/PS

目前，在PN和PS对AGS成粒及结构稳定性的影响研究上存在较大分歧。有学者研究认为，PS可通过改善颗粒内部黏附性以固定微生物和有机质，防止生物质流失，进而提高AGS的结构刚性〔18〕。因此，较低的PN/PS（PN/PS≈1）更有利于改善细胞表面疏水性，使AGS获得稳定的结构。Qiulai HE等〔57〕研究发现，PS含量随底物中含盐量的增加而大幅增加，表明PS可调控AGS的结构稳定性以适应盐度的胁迫作用。而有学者则认为，PN可通过改变细胞表面电荷来改善污泥疏水性能，提高颗粒的结构稳定性〔9〕。王玉莹等〔58〕研究发现，AGS成粒过程中，通过分泌大量的PN来调控其结构稳定性以适应进水水质的大幅波动，且随着AGS的成粒和熟化，PN/PS呈上升趋势，即PN/PS越大，越有利于AGS的稳定性。

4.2.2 粒径

过大的AGS粒径会造成颗粒内部DO和营养物质传质受阻，导致丝状菌因DO不足而过度生长，降低污泥沉降性能，甚至破坏颗粒的结构稳定性；同时，较大的厌氧区域也会导致AGS生物活性下降，造成颗粒失稳〔59〕。而较小的颗粒粒径通常沉降性能较差，且生物量较小〔32〕。因此，有必要将AGS粒径控制在一个适宜范围内。Bei LONG等〔60〕研究发现，AGS的最佳粒径范围为2~3 mm，在该区间内的粒径增幅最慢，利于颗粒结构的维持，即使经超声波破碎处理后，破碎后的颗粒也可在较短时间内重新成粒。

5 结语与展望

综上可知，有关AGS成粒及其结构稳定性方面的研究取得了一定进展。研究表明，在宏观尺度上，其结构形态受反应器和反应体系等外界环境条件的影响；而在微观尺度上，其结构形态则受微生物和污泥理化性质所调控。但需要指出的是，如何快速形成结构稳定的AGS，并在实际应用中维持其结构的长期稳定性，避免出现颗粒解体、污泥上浮、除污性能下降等问题，将成为AGS技术得以工业化应用的关键。而解决这一技术瓶颈则需要深入了解颗粒污泥的形成机制。未来可重点加强完善信号分子检测方法，深入研究信号分子的分布规律与作用机制，并借助于现代分子生物技术等先进的原位表征技术，研究AGS的结构形态特征与微生物群落演变分布规律的耦合关系，从微观尺度上进一步认识AGS形成过程与结构稳定性影响机理，并构建AGS颗粒化过程模型，进而提出AGS快速成粒并维持长期结构稳定的最佳运行控制条件，加快AGS技术的工业化推广应用。

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