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颗粒污泥是由大量细菌和细菌分泌的物质,以及无机物组成的颗粒状微生物聚集体。与絮凝污泥相比,颗粒污泥在整体外观,沉降性能,抗冲击性能,生物量和机械强度方面具有优势。然而,颗粒污泥的形成是一个微生物与外部环境相互作用的复杂的过程,受接种污泥、底物组成、有机负荷、反应器类型和运行模式的影响。因此,颗粒污泥的形成机理以及加快颗粒污泥的培养成为近年来的研究热点。颗粒污泥的形成还和系统内微生物之间交互作用有关,如微生物具有的密度感知信号系统就对颗粒污泥的形成有一定的调节作用。群体感应（Quorum Sensing,QS）,是指微生物会向环境中分泌并释放一种被称为自诱导物质（Autoinducer,AI）,它们能在细胞间自由扩散。细菌通过感应AI浓度,监测周围细菌的数量。当细菌密度超过一定阈值时,激发菌体内相关基因的表达,协调菌群生理行为,调控生态系统功能。本研究基于QS效应和信号分子的作用机制,实现了厌氧氨氧化颗粒污泥（Anammox Granular Sludge,AnGS）和好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge,AGS）的快速培养,并通过多种方法研究了两种颗粒污泥的脱氮性能、基质抑制动力学特性、传质性能以及菌群结构。（1）在上流式厌氧污泥床（Up-flow Anaerobic Sludge Bed,UASB）中,接种定量的絮状Anammox污泥,以生物流离球为填料,改变污泥的空间位置,提高局部的厌氧氨氧化菌（Anammox Bacteria,AnAOB）浓度,对Anammox污泥的群体感应及污泥的颗粒化进行研究。结果表明,加入生物流离球后,局部位置AnAOB密度迅速增加,引发菌群的群体感应,强化菌群的生物聚团行为,加快了颗粒污泥的形成。经过70 d,培养得到直径1～3 mm的AnGS,总氮的去除率达85%以上,总氮容积负荷为0.72 kg·（m3·d）-1,脱氮性能良好。（2）利用Haldane模型,研究了基于群体感应效应培养得到的AnGS的基质抑制动力学特性。动力学结果表明,AnGS对NH4+-N和NO2--N的最大反应速率分别为1.46 kg·（kg·d）-1和1.76 kg·（kg·d）-1,有更高的脱氮效率;对NH4+-N和NO2--N的半抑制常数（Ki）分别是852.2 mmol·L-1和108.2 mmol·L-1,能承受更高的基质浓度,有利于反应器的稳定运行。低浓度时,NH4+-N和NO2--N浓度的升高能促进Anammox的进行;高浓度时,基质浓度的继续升高,反而会抑制Anammox的反应速率,且高浓度NO2--N更容易抑制Anammox反应。（3）在序批示反应器（Sequencing batch reactor,SBR）中,以含有多种信号分子的颗粒污泥Anammox工艺的出水作为生物催化剂,引发好氧污泥中微生物的群体感应。通过考察AGS的形态、脱氮性能、胞外聚合物等的变化,探明了群体感应对好氧污泥颗粒化进程的影响,并分析了多种信号分子联合作用对菌群结构的影响。结果表明,信号分子可以在种间传递并发挥作用,有效地引发好氧污泥中菌群的群体感应,AGS的平均直径在20天内迅速从0.5 mm增加到3.5 mm,胞外蛋白（protein,PN）和胞外多糖（polysaccharide,PS）的含量分别从187.7和45.7 mg/gVSS增加到330.5和62.9 mg/gVSS,氨利用率（Ammonia Utilizing Rate,AUR）从3.41提高至5.96 mgNH4+-N/（g VSS·h）。群落丰富度增加,多样性降低,Nitrosomonas（31.7%）成为新的优势细菌。这些发现将为颗粒污泥的培养和菌群的优化提供新的思路,并对同步短程硝化/Anammox（SPN/A）工艺的重新设计以及其他工艺的耦合产生积极影响。（4）为寻求最优粒径的AGS,通过浸入法研究了不同粒径的AGS对氨和氧的传质效率,并且通过孔径分析和吸附等温线结果揭示了传质过程中吸附性能对传质的影响。结果表明:直径2.0～3.0 mm的AGS有更好的传质效率,对氨和氧的有效扩散系数为0.945×10-9 m2/s和0.678×10-9 m2/s,这有利于污水中氨氮和氧,以及其他基质向颗粒内部的扩散。同时,该直径范围的颗粒污泥,孔隙发育和比表面积上有更优异的表现,半径16～120nm的孔隙较其他粒径范围的AGS占有更大的比例,占比最大的是半径120～260 nm的孔隙,比表面积为117.019 m2/g。激光扫描共聚焦显微镜显示,该范围的AGS的细菌、PN和PS分布合理,保证了其机械强度和在系统中的稳定性。