行业动态

微生物在好氧环境中自凝聚形成的一种形状规则、结构紧密的颗粒状活性污泥是好氧颗粒污泥（AGS），与传统好氧工艺相比，AGS具有更好的沉降性能、污染物去除能力以及对金属阳离子的吸附能力，在目前的各种领域中具有广泛的应用前景。但AGS的形成所需时间较长是工程应用的一大挑战,其造粒机理也成为了研究的热点。

一、关键金属离子的作用机制与浓度效应

1.Ca²⁺ 与 Mg²⁺ 的核心作用

钙离子可缩短颗粒化时间，提高颗粒密实度、沉降性能及PS含量。高浓度钙离子可缩短颗粒形成时间，但过量会导致颗粒内部传质阻力增加，形成“死区”，抑制颗粒化。

镁离子促进微生物生长和PS分泌，增强颗粒生物降解能力。低浓度镁离子效果优于高浓度，且镁离子主要分布于颗粒内部，有利于细胞核形成。

2.Fe²⁺/Fe³⁺ 的双重功能

低浓度亚铁离子促进丝状絮体转化为致密颗粒，提高沉降性和有机物去除率。铁离子虽不直接促进颗粒形成，但可刺激EPS分泌，低浓度铁离子增加微生物多样性而高浓度则抑制颗粒产生。

3.Cu²+、Zn²+ 的浓度依赖性

低浓度促进造粒，高浓度抑制微生物活性。

二、协同效应与复合离子体系

1.多离子共存的交互作用

实际废水中多种金属离子共存时，可能通过协同或拮抗作用影响造粒。例如，Ca²⁺ 与 Fe²⁺ 在连续流 MBR 中形成 “外松内紧” 的颗粒结构，外层 CaHPO₄沉淀与内层 Fe-PO₄结合，同时提升磷去除率和结构稳定性。但高 Na⁺ 环境会通过竞争吸附位点抑制 Ca²⁺ 的桥接作用，需通过投加 Fe³⁺ 或 Al³⁺ 缓解。

2.金属离子与载体材料的耦合

铁碳微电解材料（IC）通过释放 Fe²⁺/Fe³⁺和产生・OH，与微生物代谢形成协同效应。例如，30 g/L 的 IC 投加量可使喹啉降解菌丰度提高 22 倍，并通过铁矿物结壳保护内层微生物活性。黑液基生物炭负载 Fe₃O₄后，不仅作为晶核加速造粒（时间缩短至 37 天），还通过磁性吸附强化污染物去除。

三、未来研究方向

1.多离子协同作用

实际废水中多种金属阳离子共存，其相互作用对AGS造粒的影响尚不明确。例如，Ca²⁺与Mg²⁺的协同效应可能优于单一离子，但具体机制需进一步探索。

2.浓度阈值与毒性控制

金属阳离子的最优浓度范围因离子种类而异。例如，Ca²⁺在100 mg/L时促进造粒，但超过此浓度会抑制颗粒形成。未来需建立不同离子浓度与AGS性能的定量关系模型。

3.实际废水应用

目前研究多基于模拟废水，实际废水（如养猪废水、电镀废水）中金属阳离子对AGS造粒的影响需进一步验证。例如，养猪废水中25.4 mg/L Ca²⁺可显著加速颗粒化，但其他成分（如有机物、氨氮）的干扰需系统分析。

4.微生物群落调控

金属阳离子通过改变微生物群落结构影响AGS稳定性。例如，Mg²⁺可丰富颗粒内微生物多样性，而高浓度Ca²⁺可能抑制某些酶活性。未来需结合宏基因组学技术，揭示离子-微生物-EPS的相互作用网络。

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