In a sequencing batch reactor (SBR) granules of aerobic heterotrophic microorganisms were cultured. The effect of different operational conditions on the formation of these aerobic granules were studied. The time allowed for settling was the main parameter to select for growth of bacteria in well settling granules. Both a short HRT and a relative high shear were found favorable for granulation. A substrate loading rate of 7.5 kg COD/(m3 day) was applied. This led to formation of granules with an average diameter of 3.3 mm and a biomass density of 11.9 gVSS/lgranule. Based on microscopic observations a hypothesis for the granulation process was formulated. The reactor was started up without any carrier material present. At the beginning filamentous fungal pellets dominated the reactor. These pellets functioned as an immobilization matrix in which bacteria could grow out to colonies. After a certain time the fungal pellets fell apart due to lysis in the inner part of the pellets, the bacterial colonies could now remain in the reactor because they were large enough to settle sufficiently fast. These colonies further grew out to granules. This paper shows that granule formation in aerobic reactors is feasible and can be exploited to increase the volumetric conversion capacity of such reactors.

ABSTRACT Extracellular polymeric substances (EPS) were quantified in flocculent and aerobic granular sludge developed in two sequencing batch reactors with the same shear force but different settling times. Several EPS extraction methods were compared to investigate how different methods affect EPS chemical characterization, and fluorescent stains were used to visualize EPS in intact samples and 20-μm cryosections. Reactor 1 (operated with a 10-min settle) enriched predominantly flocculent sludge with a sludge volume index (SVI) of 120 ± 12 ml g −1 , and reactor 2 (2-min settle time) formed compact aerobic granules with an SVI of 50 ± 2 ml g −1 . EPS extraction by using a cation-exchange resin showed that proteins were more dominant than polysaccharides in all samples, and the protein content was 50% more in granular EPS than flocculent EPS. NaOH and heat extraction produced a higher protein and polysaccharide content from cell lysis. In situ EPS staining of granules showed that cells and polysaccharides were localized to the outer edge of granules, whereas the center was comprised mostly of proteins. These observations confirm the chemical extraction data and indicate that granule formation and stability are dependent on a noncellular, protein core. The comparison of EPS methods explains how significant cell lysis and contamination by dead biomass leads to different and opposing conclusions.

In a laboratory scale sequencing batch reactor (SBR) granules were cultured under aerobic conditions. To enhance the growth of granular sludge the SBR was operated with very short sedimentation and draw phases resulting in the washout of slow settling biomass. Fast settling granules were retained in the reactor and thus had an advantage over flocs with a slower settling velocity. After 40 days of operation granules were the dominant form of microbial aggregates in the reactor, even though some pin-point flocs remained in the system. Granules taken from the reactor were stored for weeks without disintegrating. After about 130 days of operation the granule quality and COD-removal worsened. The reasons for that are yet to be investigated.