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为解决好氧颗粒污泥（AGS）启动时间长、长期运行易破碎等问题，研究人员开展了关于大型好氧颗粒生物膜（AGBL）特性的研究。结果显示 AGBL优势显著，这为污水处理生物技术应用提供了新方向。
在污水处理的领域中，好氧颗粒污泥（AGS）就像是一位怀揣着巨大潜力的 “选手”。它有着紧凑的结构、出色的沉降性能，去除污染物的效率也相当高，本应在市政污水处理的 “舞台” 上大放异彩。然而，它却存在着一些令人头疼的问题。AGS 启动起来就像一辆启动缓慢的汽车，需要耗费大量的时间；而且在长期运行的过程中，它还特别容易破碎，就像脆弱的玻璃一样，这大大限制了它的广泛应用。为了解决这些难题，不少研究人员尝试通过优化运行参数，比如调整沉降时间、水力停留时间和有机负荷率，或者添加成核剂，像粉末活性炭、磁铁矿粉和纳米硅藻土等方法来加速污泥颗粒化，增强其结构稳定性。但这些方法似乎都不能从根本上解决问题。
在这样的背景下，国内的研究人员决心开展一项关于大型好氧颗粒生物膜（AGBL）特性的研究。他们的研究成果意义重大，不仅为污水处理领域带来了新的希望，也为相关技术的发展指明了方向。该研究成果发表在《Bioresource Technology》上。
研究人员在这项研究中，主要运用了以下几个关键技术方法：设置了三个相同的序批式反应器（SBR）进行对比实验，通过控制变量，分别向其中两个反应器添加不同尺寸的聚氨酯海绵（PUS），另外一个作为对照组。在实验过程中，持续监测反应器内的界面相互作用、生物质特性、污染物去除情况、污泥产量以及微生物群落等指标的变化。
快速形成的好氧颗粒生物膜及其特性
研究人员通过对比三个平行运行的序批式反应器（SBR）的运行情况，研究好氧颗粒生物膜的形成过程。在阶段 I 开始时，对照组 R1 的总生物量稍有下降，随着 AGS 的形成，生物量稳步上升至 5.1g/L。在 R2 中，由于小型 PUS（3.0±0.3mm）对污泥的截留能力较弱且具有可逆性，初期总生物量明显减少，从 3.2g/L 降至约 1.5g/L ，AGBS生物量增长缓慢。而在添加了大型 PUS（10.0±1.7mm）的 R3 中，AGBL迅速形成，生物量快速增加。这表明大型 PUS 更有利于生物膜的快速形成。
好氧颗粒生物膜的沉降性能
研究人员测定了不同反应器内污泥的沉降速度。结果显示，AGS 的沉降速度为 38.6 - 80.0m/h，而 AGBL的沉降速度达到 69.2 - 159.3m/h，明显快于 AGS。这意味着 AGBL在沉降性能上具有显著优势，能够更高效地实现固液分离。
好氧颗粒生物膜的结构稳定性
研究人员通过计算不稳定系数（IC）来评估生物膜的结构稳定性。AGS 的 IC 为 0.053 - 0.090min-1，而 AGBL的 IC 仅为 0.004 - 0.018min-1 ，远低于 AGS。这表明 AGBL系统在长期运行过程中能够保持更好的结构稳定性，不易破碎。
好氧颗粒生物膜系统的脱氮性能
在长期运行过程中，研究人员监测了反应器对 NH4+-N 和总氮（TN）的去除效率。AGBL系统对 NH4+-N 的去除效率高达 99.6±0.4%，对 TN 的去除效率为 92.3±2.6%，展现出了卓越的脱氮能力。
好氧颗粒生物膜系统的污泥产量
研究人员对比了不同系统的污泥产量。AGBL系统的污泥产量为 0.05gVSS/gCOD，而 AGS 的污泥产量为 0.14gVSS/gCOD。这说明 AGBL系统在处理污水时，能够产生更少的污泥，降低了后续污泥处理的成本和压力。
微生物群落分析
研究人员对不同反应器内的微生物群落进行了分析。结果发现，AGBL较大的尺寸和紧密的结构增加了缺氧 / 厌氧区域，为反硝化细菌和水解 / 发酵细菌提供了更适宜的生存环境，从而使这些功能菌群得到了富集。
综合以上研究结果，研究人员得出结论：大型亲水性 PUS 能够促进 AGBL的快速形成，与 AGS 相比，AGBL具有更高的生物量浓度、更快的沉降速度和更低的不稳定系数，在长期运行过程中能够保持稳定的结构。AGBL系统在脱氮方面表现出色，同时污泥产量更低。大型 PUS 能够快速截留污泥，降低界面能垒，增加胞外聚合物（EPS），这些都有助于 AGBL的形成。此外，大型 PUS 的三维骨架为 AGBL提供了有力的支撑，其坚固的外部结构也增强了 AGBL的稳定性。
这项研究为污水处理技术的发展提供了新的思路和方向。AGBL技术有望成为一种更具前景的生物技术应用于实际污水处理中，不仅能够提高污水处理效率，降低污泥产量，还能减少运行过程中的成本和能耗。未来，研究人员可以在此基础上进一步深入研究，优化 AGBL系统的运行条件，探索其在不同水质条件下的应用潜力，为实现更高效、更环保的污水处理目标奠定坚实的基础。
