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随着污水处理技术研究的日益深入，现代科技技术的各种方法和技术手段都被应用到污水处理中，好氧颗粒污泥成为研究的热点。为缩短好氧颗粒污泥培养的时间，通过在污水中添加一定量的絮凝剂，利用流体力化学—二次流原理，提供合理的流体剪切力和适宜的流场，可以在很短的时间内与活性污泥及微生物形成颗粒污泥，最后经培养形成好氧颗粒污泥。本论文通过大量的研究实验，从絮凝剂的选择、絮凝剂的毒性研究，到二次流混凝好氧颗粒污泥培养及机理、二次流混凝沉降颗粒污泥生物流化床反应器处理污水实验及机理研究，结果表明：
(1)通过对选择的聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)及壳聚糖作絮凝剂，进行了絮凝剂添加量、污泥浓度、搅拌速度、搅拌时间等因子的正交试验选择最佳絮凝剂组合方案，对比实验及最佳组合实验结果，以COD去除率为主要考察因子，结合浊度去除率，选择最佳组合进行去COD、浊度及絮凝颗粒观察实验，综合判断三种絮凝剂的絮凝效果。根据实验结果得出如下结论：PAM在最佳组合时，絮凝效果最好，COD去除率达75.51％，分别比壳聚糖、PAC高2.45％与4.09％，浊度去除率为70.69％;壳聚糖与PAC去浊率分别为72.56％、69.83％;在三种絮凝剂絮凝颗粒比较中，PAM絮凝颗粒的效果较壳聚糖、PAC的絮凝颗粒效果都要好，其结构紧密而中颗粒间的空隙较大，有利于颗粒吸附污染物，特别是对可能生长的微生物更是有利，便于颗粒与水体中的氧及营养物质进行物质交换，为下一步颗粒污泥的培养提供了良好的基质。
(2)通过毒性Microtox实验表明：聚合氯化铝的15min-EC50值(细菌发光半数抑制剂量)为10200mg/L，聚丙烯酰胺的15min-EC50值为17200mg/L、壳聚糖的15min-EC50值为169400mg/L。由于在水处理实验中，聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、壳聚糖使用的浓度大多在100mg/L以下，其在水溶液中所形成的浓度不足以对发光细菌产生毒性效应，故在最大实验浓度时对发光细菌也无生物毒性显示。
(3)为比较二次流混凝沉降颗粒污泥的特性，设置了装有调速搅拌装置的WSBR反应器，与传统的SBR反应器进行培养好氧颗粒污泥对比实验，结果表明：WSBR反应器的好氧颗粒污泥培养速度要明显快于SBR反应器的好氧颗粒污泥，WSBR第4天就出现了细小的好氧颗粒污泥，粒径由0.07mm增长到0.5mm，相当于SBR反应器第10天时出现颗粒污泥；第10天WSBR的好氧颗粒污泥已经成型，粒径增长速率开始下降，而此时SBR颗粒增长的速度明显加快；WSBR中成熟的颗粒污泥的粒径主要分布在0.9-1.5mm之间，SBR中的主要分布在1.5-2.0mm之间。WSBR反应器内污泥的污泥沉降指数SVI第4天就明显下降，最后稳定在50mg/L左右，SBR最后下降到70ml/g；WSBR反应器中颗粒污泥比重增加速度明显快于SBR反应器，到30天时，比接种的活性污泥的1.0016增加了0.0509，而SBR只增加0.0396;60天时SBR的颗粒污泥水分比WSBR中的高出2.8％；第60d，WSBR中VSS达81.32％，比SBR中的高9.01％；好氧速率(SOUR)测定数据表明，WSBR的增加速度明显要高于SBR反应器的增加速度，在40天时WSBR中SOUR达1.387mgO2/(min·g)，比SBR中的高0.324mgO2/(min·g)；在高浓度的废水处理中，WSBR反应器降解能力比SBR反应器明显要高，第40天时WSBR反应器COD去除率达91.76％，比SBR反应器高9.29％；从微生物结构来看，WSBR中培养好氧颗粒污泥要优于SBR中培养好氧颗粒污泥，其微生物含量高、微生物活性好、结构致密，并且杆菌占主要优势，而SBR的好氧颗粒污泥结构较为松散，表面被大量丝状菌体覆盖，在丝状菌体之间只有少量杆菌存在。
(4)为解析二次流混凝沉降颗粒污泥形成及高效机理，通过分析表明：
PAM絮凝机理主要是“架桥”絮凝，二次流及流体力化学因素提供了颗粒间的速度梯度，使颗粒碰撞机率提高，加快絮凝反应，缩短颗粒间反应时间，提高效率，同时避免形成的大絮体破坏，以加快絮体沉降；普通流场与二次流场中氧传质系数(KLa)都随表观气速(v)和搅拌转速(N)的增加而增加，v、N越高，KLa越大，KLa与N成指数关系。通过对二次流场的控制，增大传质系数KLa，能提高反应器中的氧传递效率；DO的氧传质系数增加，提高微生物的活性，实验表明好氧颗粒污泥的SOUR、胞外聚合物中胞外蛋白质和胞外多糖均随着剪切应力及二次流场作用力的递增呈增加的趋势并呈线性关系；在一定范围内，流体剪切力及二次流场作用力越大，活性污泥的沉降速度更快，控制合理流体剪切力及二次流场作用力，能保证系统较好的通透性能和混合性能，丝状菌维持一定的数量以构建相对密实的污泥结构。
在活性污泥好氧颗粒化过程中，搅拌产生的主流场、二次流场、曝气产生的纵向流场相互交错，形成的合理水利剪切力，有利于PAM的絮凝，使得反应器内颗粒污泥、有机物及溶解氧三者之间的碰撞接触的机率大大提高，为颗粒内微生物提供良好的氧及营养物质，保证其快速生长繁殖的需要，同时刺激其产生胞外聚合物，在PAM、胞外聚合物及丝状菌等的凝聚作用下，在二次流场及其它水力剪切力作用下，使形成的颗粒也变得越来越密实，进一步生长成为颗粒污泥，并在此基础上提出了二次流混凝好氧颗粒污形成的“架桥—凝聚—再凝聚—成长”物理模型。
(5)二次流混凝好氧颗粒污泥生物流化床实验表明：
随着好氧颗粒污泥层高度的提高，微生物活性增强，污水处理效果增加，因此，在流化床颗粒污泥层高度的控制中，应该在不影响颗粒流化态的前提下，增加颗粒污泥层的高度，提高颗粒污泥的活动空间；絮凝剂添加量不同，好氧颗粒污泥流化床对原水中各项污染物的去除效果不同，随着PAM加药量的逐渐提高，对原水中各项污染物的去除率也逐渐提高。但当达到一定的浓度后，好氧颗粒污泥流化床的处理效果反而下降，过高时，可能引起反应柱中的颗粒污泥发生结块，并附着在搅拌轴上。当PAM添加量在6ml/L的时候，污泥处理的效果最佳；好氧颗粒污泥流化床的适宜搅拌速度范围较窄，当转速控制在8r/min-12r/min，处理效果良好，增加转速各污染物去除率反而下降，当搅拌速度过低时，反应柱中无法维持流化状态，当搅拌速度过高时，强烈的搅拌作用及由此产生的水力剪切会将颗粒污泥打碎，引起出水水质恶化；上升流速对污染物去除有重要影响，上升流速提高后，好氧颗粒污泥流化床对COD的去除率有所下降，过高时，过大的水力提升作用会将颗粒污泥的碎片带入出水中，引起出水水质恶化;随着曝气量的增加，气流形成的水流上升流速明显增加，与水流上升速度成现出一定的相关性，曝气量可以明显增加COD去除率，说明曝气量可以提高好氧颗粒污泥活性。
控制实验装置颗粒污泥层高600mm、PAM加药6.0mg/L时、搅拌速度为10r/min时、气流上升流速分别为2m/h、曝气量在7L/min的条件下，二次流混凝好氧颗粒污泥流化床处理养殖场污水的COD去除率达98.75％、BOD去除率达96.83％、SS的去除率达98.41％、NH3-N去除率达91.48％、TP去除率达98.31％、TN去除率达83.74％、浊度去除率达98.82％，效果明显高于一般好氧颗粒污泥。
为更好地解释好氧颗粒污泥的污水处理高效的机理，提出了流化床内絮凝颗粒的“包裹—破裂一再包裹”传质模型，二次流混凝沉降颗粒污泥传质过程分为四个步骤：①有机絮凝剂絮凝包裹微生物及颗粒污泥形成大絮体颗粒污泥；②在剪切力作用下大絮状颗粒污泥破裂成若干小絮体或颗粒污泥；③小絮体或颗粒污泥在反应器中迅速吸附、捕获有机质、氧和悬浮微生物；④在适当流场和剪切条件下，小絮体或颗粒污泥夹带氧、有机质等重新絮凝形成大颗粒污泥，经过“包裹—破裂—再包裹”的传质过程，形成新的大絮状颗粒污泥夹带了大量的氧、有机物的物质，完全能够满足生物活性所需要的营养物质。如此循环保证了好氧颗粒污泥的进一步颗粒化及污水处理的效果。
总之，通过利用流体力化学—二次流原理，在污水中添加—定的絮凝剂，并提供合理的流体剪切力和适宜的二次流场，活性污泥通过“架桥—凝聚—再凝聚—成长”过程，可以快速形成二次流混凝好氧颗粒污，极大地缩短了传统颗粒污泥培养的时间，是污水生物处理中好氧颗粒污泥快速培养技术。同时，在流化床处理污水过程中，颗粒经过“包裹—破裂—再包裹”的传质过程，明显提高了污水处理的效果。