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随着我国电镀、制革、防腐、染料等工业的发展，重金属废水污染问题日益突出，对人体健康和生态环境威胁巨大。传统的重金属废水物化处理工艺存在操作繁琐、成本高、剩余污泥量大等不足，特别是在较低浓度的重金属废水处理中(0～100mg/L)效果不明显、经济不合算，在一定程度上限制了该工艺的应用与发展。好氧颗粒污泥是近几年研究发现的活性污泥自聚集体，具有沉降快、活性高、耐毒性等优点，可以较大程度地减少剩余污泥量，改善传统微生物个体小、结构松散以及固液分离难等不足，是一种较为理想的生物吸附材料。
本文从普通活性污泥中培养得到好氧颗粒污泥，系统研究了好氧颗粒污泥对水体中三种主要重金属离子(pb2+、Cr3+、Cd2+)的吸附特性与吸附机理，并在此基础上开发以好氧颗粒污泥为核心的重金属废水处理工艺，探索该工艺对废水中重金属离子、COD和NH4+-N同时去除的可行性。
在好氧颗粒污泥培养过程中，采用选择压控制法在序批式反应器(SBR)内经过60 d的驯化培养成功实现了好氧颗粒化过程。成熟的好氧颗粒污泥结构致密、形态完整，生物相丰富(优势菌为不动杆菌属与陶厄氏菌属)，外观呈橙黄色，表面光滑，近似圆形或椭圆形小颗粒，粒径约为1.0mm。
好氧颗粒污泥对重金属离子的吸附是一个相对快速的过程(180 min达到平衡)，三种重金属离子(pb2+、Cr3+、Cd2+)的最大吸附容量分别为87.7 mg/g、64.1 mg/g与63.7 mg/g，与其他生物吸附剂相比，具有较强的吸附能力。此外，由于好氧颗粒污泥具有致密的结构以及较低的含水率(97.5％)，相同干重的污泥，好氧颗粒污泥将比普通活性污泥的污泥量(湿污泥)约减少一半，大大减轻了后续污泥(含重金属的危险废物)处理的压力。
为了进一步探究好氧颗粒污泥对重金属离子的去除机理，综合运用多种实验分析手段分析了吸附前后好氧颗粒污泥的形态与性能变化。结果表明，好氧颗粒污泥与重金属作用过程较为复杂，包含离子交换作用、化学沉淀作用与有机络合作用。吸附后的好氧颗粒污泥表面粗糙度降低，部分细胞发生萎缩现象，并有较多白色颗粒状物质附着在颗粒污泥表面。好氧颗粒污泥表面—COOH、—OH、—NH2、P=O等官能团在重金属离子去除过程中发挥重要作用。
重金属离子对好氧颗粒污泥生物活性影响的研究，是实现废水中重金属离子、COD和NH4+-N同时去除的关键。实验结果表明，好氧颗粒污泥独特的表面特性(较多的胞外多聚物)与空间结构(粒状结构且表面多孔)，对溶液中的重金属离子具有较强的抵抗能力。在未驯化的好氧颗粒污泥系统中，进水重金属离子(pb2+、Cr3+与Cd2+)对SBR反应器内好氧颗粒污泥COD的去除影响较小，而对NH4+-N的去除率影响较大。连续运行条件下，当进水Pb2+浓度在0～20 mg/L时，好氧颗粒污泥对pb2+、COD与NH4+-N均具有较好的去除效果。PCR—DGGE分析表明，进水pb2+浓度对反应器内微生物群落结构影响较大，较高pb2+浓度条件下(20 mg/L)反应器内微生物种类明显减少且优势菌群发生较大变化。