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好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge，AGS）具有较高的生物多样性和丰富度，优越的沉降性能，突出的抗冲击负荷和抗毒能力，可对包括工业废水、生活污水在内的多种水质环境进行高效除污，并且该工艺设施占地面积小，基建运营成本低，是水处理领域的研究热点。但AGS存在成粒速度慢、周期长，成粒后机械强度和除污稳定性较差等问题，制约了其进一步推广和发展。而海藻酸钠作为一种从自然环境中提取的多糖，将其制成晶核用于AGS的培育，既可提供晶核供游离微生物附着生长（“晶核理论”），又可提供胞外聚合物中主要成分多糖（PS），提升菌胶团之间粘附力（“胞外聚合物（EPS）理论”），在双理论共同作用下，促进AGS的形成和稳定。本研究在“晶核理论”和“EPS理论”基础上，探究合适的晶核制备和投加方案，确定最适进水有机负荷率（OLR）和C/N比，并结合微生物群落分析，研究了外加海藻酸钠晶核对好氧颗粒污泥成粒效果、污染物去除性能的影响。皆在为好氧颗粒污泥工艺性能的设计优化提供技术、理论支持和发展新思路。主要结论如下：
（1）利用水力剪切力和钙离子耦合作用，在保持旋流状态的氯化钙溶液（浓度20g/L）中，加压喷壶喷入20g/L海藻酸钠和5g/L碳酸钠的混合溶液可有效形成球形海藻酸钠晶核，经12h纯水浸泡后，形成的晶核经纯水浸泡、干燥脱水和超声震荡后可恢复完整外形和物化特性。在接种活性污泥中添加0.04~0.08g/L（干重）的海藻酸钠晶核时，可较好实现亲水性能和微生物增殖间的平衡，实现较好的成粒效果。
（2）实验发现丝状菌的增殖速率与进水OLR存在较大正相关性，随着OLR的增加，AGS内部和表面丝状菌占比显著增大，颗粒趋于松散，粒径增加，沉降性能下降，当OLR控制在1.2~2.5kg/(m3?d)范围时，反应器内形成的AGS具有完整致密的颗粒外形和良好的除污性能。C/N比可通过调控微生物活性而影响成粒效果和除污性能，当C/N比控制在10~15时，可形成颗粒完整、粒径均匀（1.5~2.5mm）、沉降性能良好的AGS。
（3）在最适进水OLR和C/N比条件下，外加晶核试验组较对照组具有更优的污泥活性，其活性污泥比耗氧速率（SOUR）可达22.48mgO2/gMLVSS?h，污泥浓度（MLSS）高达1285mg/L，而对照组的SOUR和MLSS仅为9.6mgO2/gMLVSS?h和325mg/L。同时，外加晶核试验组可在5d内形成AGS，成熟AGS颗粒表面均匀分布丝状菌、杆状菌和球状菌，颗粒粒径可达1.4~2.6mm，较晶核粒径增大了3倍，EPS浓度高达450mg/gMLSS，并具有高效的除污能力，其中对COD去除率为80%以上，NH4+-N去除率接近100%，而对照组仅为40%和60%。海藻酸钠晶核通过其球状外形、生物粘附性和生物友好性，显著提升了AGS的成粒效果和微生物活性，同时获得了更优的除污性能。
（4）反应前期微生物通过分泌EPS促进AGS成粒，随着污泥衰老反应器内营养物质减少，EPS作为碳源被微生物消耗，因而各试验组的EPS含量在反应周期内均呈现先上升后下降的趋势。进水C/N比对AGS成粒期间的EPS分泌影响较小，成熟期AGS均能获得较高EPS含量和PN/PS比值。进水OLR对PS含量的影响更显著，随OLR的增加，PN/PS呈下降趋势，导致污泥疏水性减弱，污泥颗粒逐渐松散。结果表明，EPS含量、PN/PS比与AGS成粒效果和结构稳定性均呈较好的正相关性。利用高温-碳酸钠萃取法可实现剩余污泥中海藻酸钠的回收，回收率可达27%~87%。
（5）在外加海藻酸钠晶核形成的AGS中，可形成较为丰富的微生物物种，在门水平群落结构中，变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势菌门。其中，与生物脱氮相关的菌属如氢噬胞菌属（Hydrogenophaga）、申氏杆菌属（Shinella）、副球菌属（Paracoccus）以及黄杆菌属（Flavobacterium）均为优势菌种，使AGS具有良好的除氮能力；而聚糖菌如Micropruina属和Nakamurella属等优势菌种的存在与聚磷菌形成竞争关系，导致AGS生物除磷过程受限。
（1）利用水力剪切力和钙离子耦合作用，在保持旋流状态的氯化钙溶液（浓度20g/L）中，加压喷壶喷入20g/L海藻酸钠和5g/L碳酸钠的混合溶液可有效形成球形海藻酸钠晶核，经12h纯水浸泡后，形成的晶核经纯水浸泡、干燥脱水和超声震荡后可恢复完整外形和物化特性。在接种活性污泥中添加0.04~0.08g/L（干重）的海藻酸钠晶核时，可较好实现亲水性能和微生物增殖间的平衡，实现较好的成粒效果。
（2）实验发现丝状菌的增殖速率与进水OLR存在较大正相关性，随着OLR的增加，AGS内部和表面丝状菌占比显著增大，颗粒趋于松散，粒径增加，沉降性能下降，当OLR控制在1.2~2.5kg/(m3?d)范围时，反应器内形成的AGS具有完整致密的颗粒外形和良好的除污性能。C/N比可通过调控微生物活性而影响成粒效果和除污性能，当C/N比控制在10~15时，可形成颗粒完整、粒径均匀（1.5~2.5mm）、沉降性能良好的AGS。
（3）在最适进水OLR和C/N比条件下，外加晶核试验组较对照组具有更优的污泥活性，其活性污泥比耗氧速率（SOUR）可达22.48mgO2/gMLVSS?h，污泥浓度（MLSS）高达1285mg/L，而对照组的SOUR和MLSS仅为9.6mgO2/gMLVSS?h和325mg/L。同时，外加晶核试验组可在5d内形成AGS，成熟AGS颗粒表面均匀分布丝状菌、杆状菌和球状菌，颗粒粒径可达1.4~2.6mm，较晶核粒径增大了3倍，EPS浓度高达450mg/gMLSS，并具有高效的除污能力，其中对COD去除率为80%以上，NH4+-N去除率接近100%，而对照组仅为40%和60%。海藻酸钠晶核通过其球状外形、生物粘附性和生物友好性，显著提升了AGS的成粒效果和微生物活性，同时获得了更优的除污性能。
（4）反应前期微生物通过分泌EPS促进AGS成粒，随着污泥衰老反应器内营养物质减少，EPS作为碳源被微生物消耗，因而各试验组的EPS含量在反应周期内均呈现先上升后下降的趋势。进水C/N比对AGS成粒期间的EPS分泌影响较小，成熟期AGS均能获得较高EPS含量和PN/PS比值。进水OLR对PS含量的影响更显著，随OLR的增加，PN/PS呈下降趋势，导致污泥疏水性减弱，污泥颗粒逐渐松散。结果表明，EPS含量、PN/PS比与AGS成粒效果和结构稳定性均呈较好的正相关性。利用高温-碳酸钠萃取法可实现剩余污泥中海藻酸钠的回收，回收率可达27%~87%。
（5）在外加海藻酸钠晶核形成的AGS中，可形成较为丰富的微生物物种，在门水平群落结构中，变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势菌门。其中，与生物脱氮相关的菌属如氢噬胞菌属（Hydrogenophaga）、申氏杆菌属（Shinella）、副球菌属（Paracoccus）以及黄杆菌属（Flavobacterium）均为优势菌种，使AGS具有良好的除氮能力；而聚糖菌如Micropruina属和Nakamurella属等优势菌种的存在与聚磷菌形成竞争关系，导致AGS生物除磷过程受限。