颗粒污泥工艺在生物聚集性、生物活性、污染物去除率方面具有显著优势,被认为是保留生物量的有效手段。但是颗粒污泥的培养涉及环境和微生物交互影响的作用,以进水负荷冲击、营养物浓度降低、空间限制等为代表的饥饿胁迫是一种主要的环境影响因素。因此,颗粒污泥的快速形成以及维持成熟颗粒的稳定性一直是人们关注的焦点。针对污泥的颗粒化问题,以群体感应（Quorum sensing,QS）效应为基础的快速造粒的信号分子假说认为,微生物之间通过信号分子进行交流,通过QS效应调节相关基因的表达,促进胞外聚合物（Extracellular polymeric substance,EPS）产生,对颗粒污泥的形成具有重要的调节作用。细胞间的信号分子还会参与调节种群的主动凋亡以应对环境变化。因此对于污泥造粒过程来说,环境胁迫下群落的细胞程序性死亡（Programmed cell death,PCD）与群体感应主导的颗粒化进程有着重要关系。本研究基于QS效应和细胞凋亡机理,设置饥饿实验和造粒实验,通过测定污泥的特性、EPS含量和细胞凋亡分布,为好氧颗粒污泥（Aerobic granular sludge,AGS）和厌氧氨氧化颗粒污泥（Anammox granular sludge,An AGS）的培养机理以及脱氮工艺的稳定和优化提供新的视角,同时对促进污泥颗粒化的微生物QS机理做了相关分析。主要研究成果有:（1）在序批示反应器（Sequencing batch reactor,SBR）中接种絮状污泥,以An AGS反应器出水作为信号分子来源,间断性提高进水氨氮浓度,同时结合强曝气和缩短沉淀时间的传统方法提供高的水利剪切力,在15d内成功地启动了硝化反应系统。通过信号分子的积累,混合液悬浮固体（Mixed liquor suspended solids,MLSS）在后期的增长速率显著提升,EPS含量增加,多糖/蛋白质（Polysaccharide/protein,PS/PN）从3.35升高至5.24,最终得到平均粒径为2.3mm的性能良好的好氧颗粒污泥。（2）设计饥饿条件作为环境胁迫因素,研究成熟An AGS的衰变和裂解情况,并通过添加EPS物质作为对照,研究外源信号分子对An AGS的细胞凋亡过程的影响。结果表明,12d的饥饿处理后污泥的PN/PS比值下降,颗粒污泥的机械强度降低。系统内细胞的早期凋亡比例增加,An AGS的破碎和微生物活性都与细胞凋亡分布呈正相关。添加EPS后系统内的正常细胞比例增大,外源加入EPS可以缓解颗粒污泥的裂解程度,降低厌氧氨氧化菌的活性衰减率,有利于饥饿后Anammox系统的恢复。（3）在Anammox絮状污泥培养过程中,分别添加AGS、污泥碎片（去除EPS剩余部分）、EPS和反应器上清液作为信号分子刺激剂（Signal molecular stimulant,SMS）,探究不同部位的颗粒污泥信号分子对Anammox污泥颗粒化的刺激诱导效果,找出细胞凋亡与Anammox污泥造粒之间的关系。结果表明,37d内污泥的平均粒径增加了240%~340%。外源添加AGS后得到了最大粒径的An AGS,为768.296μm。EPS含量大幅增加,PN/PS达到最大值6.2。系统内污泥的脱氮性能优异,铵去除速率（Ammonium removal rate,ARR）和亚硝酸盐去除速率（Nitrite removal rate,NRR）均得到显著提高,外源AGS反应器上清液后,系统的ARR和NRR明显优于其他组,分别为3.011和4.915。在Anammox颗粒化过程中细胞凋亡的分布存在着显著差异,细胞凋亡可以成为表征污泥颗粒化的新参数。其中通过上清液来提供信号分子对原系统的微生物群落冲击负荷较小,早期凋亡比例最低。（4）QS效应是一个复杂的过程,除了细胞密度的影响外,QS介导的信号转导也受到环境因素的强烈影响。如温度,p H值,底物浓度、O2和边界环境。此外,不同基质和高盐、高氨氮负荷等极端条件对群落的QS行为也有显著影响。基于酰基高丝氨酸内酯（Acyl-Homoserine lactones,AHLs）的QS和群体淬灭（Quorum quenching,QQ）在废水生物处理系统中可以共存。外源QQ信号会影响原位QS和QQ细菌的多样性和群落组成。