《Journal of Hazardous Materials Advances》：Aerobic Granular Sludge for High-Strength Textile Wastewater: Advancing Sustainable Solutions Through Enhanced Pollutant Removal
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本研究探讨了好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge, AGS)在处理来自针织染色工业的实际纺织废水(Real Textile Wastewater, RTWW)中的应用。RTWW表现出高污染负荷，平均色度为3300 Pt-Co (455
本研究探讨了好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge, AGS)在处理来自针织染色工业的实际纺织废水(Real Textile Wastewater, RTWW)中的应用。RTWW表现出高污染负荷，平均色度为3300 Pt-Co (455 nm)，化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD)为1000 mg/L，总悬浮固体(Total Suspended Solids, TSS)为120 mg/L。研究人员利用活性污泥(混合液悬浮固体浓度(Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS): 4600 mg/L)在序批式反应器(Sequencing Batch Reactor, SBR)模式下运行58个周期开发了AGS系统。在包括流体剪切力(2.4–3.6 cm/s)和短沉降时间(3–5分钟)的选择压下，絮状污泥转化为AGS。扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)证实了成熟颗粒(1–3 mm)的存在，显示出与絮状污泥不同的形态。研究人员评估了造粒阶段、两个月闲置期后的再激活阶段以及厌氧-好氧(Anaerobic–Aerobic, An–Ae) SBR运行期间AGS的性能。即使在闲置期后，该系统仍实现了超过70%的色度和COD去除率以及超过95%的TSS去除率。傅里叶变换红外光谱(Fourier-transform Infrared Spectroscopy, FTIR)表明与污染物降解相关的官能团发生变化，进一步支持了AGS的处理能力。这些结果表明，AGS是处理链中的核心生物单元，报告了纺织工业可持续废水管理中增量效益及能源/占地面积权衡。
该论文发表于《Journal of Hazardous Materials Advances》，针对纺织工业废水处理面临的挑战展开了深入研究。纺织行业作为经济支柱的同时也是资源消耗大户，每年消耗约930亿立方米水，并排放大量含有有毒染料和难降解有机物的废水，对环境和人类健康构成严重威胁。传统的物理和化学处理方法成本高昂且易产生二次污染，而常规的生物处理技术对于结构稳定的偶氮染料等污染物去除效率有限。现有关于好氧颗粒污泥(AGS)的研究多集中于合成废水，缺乏利用实际纺织污泥作为种泥处理真实工业废水的定量数据。为此，研究人员提出了一项双重目的的 resource-efficient 策略：利用纺织污泥作为AGS的种泥，并直接用于真实纺织废水(RTWW)的处理，旨在推进可持续污泥管理和分散式废水处理。
为实现上述目标，研究人员采用了多项关键技术方法。首先，从Fakhruddin Textile Mills Ltd.的中和池收集RTWW并在4°C保存。其次，利用实验室规模的SBR反应器，以纺织废水处理厂(ETP)的活性污泥为种泥(初始MLSS 4600 mg/L)，通过控制表观气速(2.4-3.6 cm/s)和逐步缩短沉降时间(5-3分钟)诱导颗粒化。随后，系统经历了造粒、60天低温闲置(约7°C)后的再激活以及厌氧-好氧(An-Ae) SBR运行三个阶段。分析手段包括依据标准方法测定COD、TSS和色度，利用立体显微镜和SEM观察颗粒形态，采用FTIR分析官能团变化，并利用能量色散X射线光谱(EDS)测定元素组成。
研究结果显示：
在“Raw Textile Dyeing Wastewater Characterization”部分，研究人员分析了六份RTWW样本，发现其COD(797-1233 mg/L)、TSS(72.7-170 mg/L)和色度(最高4090 Pt-Co)均远超孟加拉国环境部(ECR 2023)规定的排放标准，证明了先进处理工艺的必要性。
在“Formation of AGS”部分，通过控制选择压，特别是将表观气速提升至3.6 cm/s并将沉降时间缩短至3分钟，成功诱导了颗粒化。
在“Analysis of RTWW During Granulation”部分，造粒阶段SBR出水显示，尽管COD和TSS去除率分别稳定在71.89%-74.46%和64.71%-99.30%，但色度去除率呈下降趋势(32.08%-79.14%)，平均仅为53.25%。
在“Status of AGS in SBR and Its Properties”部分，SEM图像证实了成熟的AGS结构致密、形态规则(1-3 mm)，不同于传统活性污泥(CAS)的松散结构。
在“AGS Treatment Efficiency During Reactivation Phase”部分，经过60天闲置后的AGS在第16个再激活周期恢复了稳定性能，COD、TSS和色度去除率分别达到63.24%、99.97%和75.52%。
在“AGS Treatment Efficiency During Final An-Ae SBR Experiment”部分，最终An-Ae SBR实验表明，AGS对RTWW表现出卓越的处理效率，COD去除率为67.78%-72.14%，色度去除率为68.45%-76.72%，TSS去除率接近100%，优于以往多数处理RTWW的研究。
在“Degradation of Color and COD by AGS”部分，研究人员指出颗粒内部缺氧/厌氧微环境(<0.5 mm)利于染料脱色，外层好氧区利于COD去除，且高污泥龄有助于微生物适应毒性物质。
在“Adsorption of Color on AGS”部分，AGS因其高比表面积和孔隙率，通过吸附作用去除了部分染料。
在“Physico-Chemical Characterization for AGS”部分，SEM显示颗粒表面以非丝状菌为主，内部存在空腔利于传质；EDS检测到颗粒中含有Cr、Ti、Pt等重金属，表明其吸附富集能力；FTIR光谱分析揭示了AGS表面存在C-O、O-H、C-H等多种官能团，证实了其降解和吸附了纺织废水中的有机物。
讨论与结论部分指出，虽然最终出水的TSS已达标，但COD和色度仍未完全满足当地排放标准，建议增加化学混凝等预处理步骤。与好氧SBR相比，An-Ae SBR能提供更稳定的色度去除率。总体而言，该研究成功利用纺织污泥开发了AGS，并在经历长期闲置后仍保持了优异的处理性能。AGS具有沉降快、抗冲击负荷强、占地面积小和剩余污泥产量低等优势，不仅为复杂工业废水的分散式处理提供了高效方案，也对实现联合国可持续发展目标(SDGs)具有重要意义。
