厌氧颗粒污泥形成机理

厌氧氨氧化颗粒污泥聚集机制研究进展厌氧氨氧化颗粒污泥聚集机制研究进展摘要：厌氧氨氧化颗粒污泥是一种重要的废水处理技术，在生物处理领域具有广泛应用前景。

本文总结了厌氧氨氧化颗粒污泥的聚集机制研究进展，包括颗粒污泥的形成、聚集和分离过程。

在形成过程中，厌氧氨氧化细菌通过产生胞外聚合物和微生物吸附物质的积累从而实现生物聚集。

在聚集过程中，胞外聚合物起到了重要的作用，通过黏合作用和电荷中和作用，促使颗粒之间的聚结。

分离过程中，外部条件的改变如剪切力和沉淀剂的添加等可以使颗粒分离。

此外，本文还对厌氧氨氧化颗粒污泥的应用前景进行了展望。

一、引言近年来，随着生物技术的发展和对废水处理效果的要求不断提高，厌氧氨氧化颗粒污泥作为一种革命性的废水处理技术逐渐引起了人们的关注。

厌氧氨氧化颗粒污泥通过在厌氧条件下利用厌氧氨氧化菌将氨氮转化为亚硝酸盐，进一步转化为硝酸盐，从而实现废水处理和氮的回收。

与传统的硝化反硝化工艺相比，厌氧氨氧化技术具有能耗低、处理效果好、污泥产生少等优点。

然而，厌氧氨氧化颗粒污泥的形成、聚集以及分离机制仍然存在一定的争议，阻碍了技术的进一步开发和应用。

二、厌氧氨氧化颗粒污泥的形成机制在厌氧氨氧化颗粒污泥的形成过程中，微生物的聚集是关键。

研究发现，微生物会通过产生胞外聚合物（EPS）和微生物吸附物质（MA）的积累，从而促使颗粒的形成。

1. 胞外聚合物的作用胞外聚合物是微生物聚集的重要组成部分，其主要由多糖、蛋白质和核酸等组成。

研究表明，胞外聚合物具有黏合作用和电荷中和作用，使微生物聚集形成颗粒。

黏合作用是指胞外聚合物通过自身的粘性和粘附性质使微生物聚结在一起，形成颗粒。

电荷中和作用是指胞外聚合物通过吸附离子和中和电荷的方式，促使微生物颗粒之间的聚集。

2. 微生物吸附物质的积累微生物吸附物质是一类由微生物产生并分泌至其周围的物质，包括胞外酶、活性酶以及细菌外酶等。

这些物质在微生物的周围形成一层保护膜，保护微生物免受外界环境的不利影响，促使微生物在污泥颗粒之间形成聚集。

废水厌氧处理中颗粒污泥的形成与解絮甜菊糖属于第三代糖源（甜味剂），因其具备纯天然、高甜度、低热量的特点，受到越来越多的推广和应用，本期我们从颗粒污泥入手并结合甜菊糖生产废水厌氧处理案例，剖析颗粒污泥的形成过程与解絮原因。

甜菊糖生产废水主要包含两大部分；一类是吸附流出液，主要含有一些钙盐、铁盐、植物蛋白、色素、有机物、COD等，第二类是树脂再生处理废水，含有一些钠盐，有机杂质等，废水通过水解酸化预处理之后，调节好PH、水温、营养物质等然后泵入IC罐。

IC罐也就是通常所说的内循环厌氧反应器，如下图所示;结构类似于2层UASB串联而成。

其由上下两个反应室组成。

废水在IC罐中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化后的从反应器上部溢流排出。

IC的最大特点就是能够形成沉降性能良好、产甲烷活性高的颗粒污泥。

厌氧颗粒污泥的形成又能够保障较高的生物相。

从而确保厌氧生化过程稳定高效地运行。

良好的颗粒污泥有以下三个特性：①、物理特性；颗粒污泥具有相对规则的球形或椭球形，良好的厌氧颗粒污泥粒径一般在0.5 - 2mm，其颜色通常是黑色或灰色，由于甜菊糖生产废水中S/Fe值比较低，所以IC罐放出的颗粒污泥呈现黑色。

活性良好的厌氧颗粒污泥呈黑色，有明显光泽；活性差的污泥颜色发灰且没有弹性，缺乏光泽。

用扫描电镜观察颗粒污泥表面，我们经常可以发现许多孔隙和洞穴，这些孔隙和洞穴就是基质传递的通道，颗粒污泥的孔隙率在40%—80%之间，小颗粒污泥孔隙率高而大颗粒污泥孔隙率低，小颗粒污泥具有更强的生命力和相对高的产甲烷活性，颗粒污泥有良好的沉降性能，沉降速度范围在20—150m/h。

②、化学特性；从IC厌氧罐中放出污泥样品，过滤、然后置于蒸发皿中称量出颗粒污泥的重量，烘箱烘干后得干重（TSS），它是挥发性悬浮物（VSS）和经马弗炉650℃煅烧所得灰分（ASh）两者之和；在甜菊糖高钙铁离子（Ca2+、Fe3+）废水的情况下VSS最低30%，正常情况下挥发性悬浮物占污泥总量的70%—90%。

厌氧颗粒污泥是由产甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌等形成的自凝聚体。

它是由相互聚集的、多物种的微生物构成的团体，具有生物致密、相对密度大、沉降速度快等特点，可使反应器中保持有较高的污泥浓度和容积负荷，与传统的活性污泥法相比，可简化工艺流程、降低成本等，因此它在水污染控制领域必将有更广阔的发展前景。

本文对厌氧颗粒污泥技术做以阐述。

1．厌氧颗粒污泥的形成机理、性质及微生物相1.1厌氧颗粒污泥的形成机理厌氧颗粒污泥形成的机理目前还处于研究阶段，以下为几种有代表性的假说：1.1.1二次核学说二次核学说认为营养不足的衰弱颗粒污泥，在水利剪切力作用下，破裂成碎片，污泥碎片可作为新内核，重新形成颗粒污泥。

Grotenhuis[1]及其合作者分别用高低浓度基质培养颗粒污泥，发现前者形成颗粒粒径较大，而后者的粒径较小，据此提出了二次核形成的模型。

其他研究者如杨虹[2]、Beeftink[3]等也提出过类似的二次核形成模型。

二次核学说较好地说明了加入少量颗粒污泥可加速颗粒化进程的现象。

1.1.2三段理论学说Y.G.Yen[4]等认为污泥颗粒化过程可分成三个阶段：即积累阶段、颗粒化阶段和成熟阶段。

他们认为颗粒污泥的增长速率呈指数增加，而粒径表示的颗粒比生长速率等于细菌比生长速率的1/3，在积累阶段以后尤为如此。

污泥颗粒开始阶段生长非常缓慢，随着运行的进行，颗粒的生长加快，在运行一段时间之后，初始小颗粒平均直径达到0.25mm。

在颗粒化阶段开始后，初始颗粒以最大比生长速率迅速增长，颗粒生长模式呈近似指数模式。

当底物的有效度低于0.8时，菌体并不以最大生长速率生长，它们也不全部凝聚在一起。

随着污泥颗粒的不断增大，比生长速率增加量不断降低，当污泥颗粒达到一定大小时，比生长速率开始下降，污泥颗粒中底物的缺乏和水力负荷与气体负荷产生的剪切力的连续增加，会导致细菌衰退。

最后，污泥颗粒达到一定大小后，污泥颗粒内部在菌体衰退与颗粒解聚和菌体的生长与凝聚之间达到一种动态平衡状态，这种平衡随着颗粒的生物和物理相互作用而变化。

厌氧颗粒污泥生产的九大影响因素1、基质培养颗粒污泥首先对基质有一定的要求，一般的，在培养颗粒污泥的基质中COD：N：P=110——200：5：1.而有机废液的基质可分为偏碳水化合物类和偏蛋白质类。

为了能顺利培养出颗粒污泥，对于偏碳水化合物类的污水需要添加N和P.而对于偏蛋白质类的污水需要添加碳源(如葡萄糖等)。

有学者研究表明，不添加碳源，颗粒污泥的形成较为困难可见，适当比例的碳源对促成颗粒污泥形成是必要的。

2、温度废水中的厌氧处理主要依靠微生物的生命活动来达到处理的目的，不同微生物的生长需要不同的温度范围。

温度稍有几度的差别，就可在两类主要种群之间造成不平衡。

因此，温度对颗粒污泥的培养很重要。

颗粒污泥在低温(15——25℃)、中温(30——40℃)和高温(50——60℃)都有过成功的经验。

一般的，高温较中温的培养时间短，但由于高温下NH3与某些化合物混合毒性会增加，因而导致其应用上受一定的限制;中温一般控制在35℃左右，在其它条件适当的情况下，经1——3个月可成功的培养出颗粒污泥;低温下培养颗粒污泥的研究较少，但有文献报道在使用颗粒污泥低温驯化后处理底浓度制药废水的实验中，COD的去处率达90%，取得了较好的效果，因而低温培养颗粒污泥将是今后的研究的重点之一。

3、pH值厌氧处理过程中，水解产酸菌对pH值有较大的适应范围，而产甲烷菌则对pH值的变化敏感，其最适pH值范围是6.8-7.2.如果反应器内的pH值超过这个范围。

则会导致产甲烷菌受到抑制，并出现酸积累，进而使整个反应器酸化。

因此，反应器内pH值范围应控制在产甲烷菌最适的范围内。

由于不同性质的废水有不同的pH值，为了保证反应器内pH值的稳定，防止酸积累而产生的对产甲烷菌的抑制，可采用向废水中添加化学药品如NaHCO3、Na2CO3、Ca(OH)2等物质。

4、碱度一般认为，进水水质中碱度通常应在1000mg/L(以CaCO3计)左右，而对于以碳水化合物为主的废水，进水碱度：COD>1：3是必要的。

4　G ary L Amy,et paring G el Permeation Chromatography andUltrafiltration for the Molecular Weight Characterization of Aquatic Organic Matter.Jour AWWA,1987,79(1):43～495　Logan B&Jiang Q.A Model for Determining Molecular Weight Distributions of Dissolved Organic Matter.Jour Envir Engrg.Div.2 ASCE,1990.116(6):1046～1062○作者通讯处:董秉直　曹达文　范瑾初　200092上海同济大学环境科学与工程学院　电话:(021)65158653 李景华　徐强　淮南市公用事业局　收稿日期:1999Ο8Ο30厌氧颗粒污泥及其形成机理3郭晓磊　胡勇有　高孔荣 提要　厌氧颗粒污泥是由产甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌等构成的自凝聚体,其良好的沉淀性能和产甲烷活性是升流式厌氧污泥床反应器成功的关键。

颗粒污泥的化学组成和微生物相对其结构和维持起着重要作用。

颗粒化过程是一个多阶段过程,取决于废水组成、操作条件等因素。

综述了近年来厌氧颗粒污泥及其形成机理的研究进展,内容包括厌氧颗粒污泥的基本特性和微生物相、厌氧颗粒污泥结构及其颗粒化过程。

关键词　厌氧颗粒污泥　微生物相　结构　颗粒化过程 上流式厌氧污泥床(UASB)作为一种高效厌氧生物反应器,在世界范围内被大量应用并且运转非常成功。

其最大特点就是能够形成沉降性能良好,产甲烷活性高的颗粒污泥。

厌氧颗粒污泥的形成使UASB中有较高的生物相,从而确保厌氧生化过程稳定高效地运行。

迄今为止,许多研究者对厌氧颗粒污泥的形成进行了大量研究,从不同角度提出了不少机制、学说。

本文就目前国内外对厌氧颗粒污泥性质、结构及其形成机理的研究作一综述,为进一步研究提供参考。

厌氧颗粒污泥是在厌氧条件下由微生物和无机物形成的颗粒物，在很多的污水处理厂经常使用这种厌氧颗粒污泥。

不仅用于处理污水同时处理过程中产生的甲烷还可以作为一种能源来使用。

首先来看一下影响颗粒污泥形成的主要因素有哪些方面：1、废水性质：废水特性，特别是有机污染物本身的热力学及生物降解性质，直接影响到颗粒污泥形成的速度。

2、有机负荷：在UASB启动到正常运行期间，有有机负荷是以阶梯式增加的方式，逐步达到设计负荷。

目前，也有研究表明，高有机负荷能缩短UASB 的启动那个周期。

厌氧污泥处理之后的作用：①浓缩有机械浓缩或重力浓缩，后续的消化通常是厌氧中温消化，也就是厌氧技术。

下一步就是消化。

②消化产生的沼气可作为能源燃烧或发电，或用于作化工产品等。

消化产生的污泥性质稳定，具有肥效，经过脱水，减少体积成饼成形，有利运输。

为了进一步改善污泥的卫生学质量，污泥还可以进行人工堆肥或机械堆肥。

堆肥后的污泥是一种很好的土壤改良剂。

③对重金属含量超标的污泥，经脱水处理后要慎重处置，一般需要将其填埋封闭起来。

根据各个地区要求处理，暂时没有用处。

颗粒污泥是一种在污水处理中发现的微生物自凝聚现象的特殊生物膜。

按照微生物生长需氧与否，将其分为厌氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥，理论上两者可互相转化。

颗粒污泥质量浓度大，具有很好的沉降性能（减小沉淀池体积），内部存在很大的基质浓度梯度（提供有利于微生物的环境），在厌氧处理过程中，废水中的有机物经大量微生物的共同作用，被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等。

在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响，相互制约，形成了复杂的生态系统。

什么是颗粒污泥?如何形成?在1971年荷兰瓦格宁根(Wageningen)农业大学G.lettinga发明厌氧污泥床的三相分离器基础上，1974年荷兰CSM公司发现由活性污泥固定机制形成的微生物颗粒状的聚集体结构，即称为颗粒污泥(granular sludge)。

由于颗粒污泥的出现，促进UASB、EGSB及IC 厌氧反应器的开发与应用。

颗粒污泥的形成使厌氧反应器内可以在很高的产生量和较高的上流速度下保留高密度的厌氧污泥，它具有极好的沉淀性能，能防止污泥流失，使污泥床可维持很高的污泥浓度。

颗粒污泥是由不同类型微生物种群组成的共生体，有利于微生物生长和有利于有机物的降解。

颗粒污泥的内部主要集聚着产甲烷菌，而颗粒表层集聚着水解发酵菌和产酸菌，它们也为产甲烷菌提供一个保护层和缓冲层，有利于产甲烷菌的生长和不受外界干扰。

由于颗粒污泥使各种厌氧菌聚集在一起，细菌之间距离很近，提高了中间氢的转移效率，能快速有效地完成有机物转化为CH₄和CO₂等的全过程。

因此，颗粒污泥具有很高的产甲烷能力和去除废水有机物的能力。

颗粒污泥的形成需要污泥床启动与运行一定时间，它必须将絮体状污泥和分散的细小污泥，从反应器“洗出”,也就是使污泥形态发生变化，变成密实的、边缘圆滑的、呈圆形或椭圆形的颗粒。

粒径一般为0.5～6.0mm。

厌氧反应器的启动过程主要任务是实现反应器内污泥颗粒化。

颗粒污泥形成分三个阶段，第一阶段是启动初期，主要进行污泥驯化，使之适应处理废水有机物能力；第二阶段，是要使絮体状污泥向颗粒污泥转化，因此要及时提高负荷率，使微生物获得足够营养，使产气和上流速度增加，引起污泥床膨胀，大量絮状污泥被“洗出”,留下的污泥开始产生颗粒状污泥；第三阶段是颗粒污泥培养期，实现污泥全部颗粒化和使反应器达到最高的容积负荷率，在此，应尽快把COD负荷率提高至0.4～0.5kgCOD/(kgVSS·d)左右，使微生物得到足够养料，加速增殖，促进颗粒污泥加速形成，直至反应器不再有絮状污泥存在。

污水处理中的厌氧颗粒污泥技术及应用污水处理是现代社会必不可少的一项环境管理工作。

而在污水处理中，厌氧颗粒污泥技术被广泛应用且取得了良好的效果。

本文将探讨厌氧颗粒污泥技术的原理、特点以及应用案例。

一、厌氧颗粒污泥技术的原理厌氧颗粒污泥技术是一种利用厌氧微生物作用处理废水的方法。

厌氧微生物是一类能够在无氧条件下生长和代谢的微生物，它们通过吸附有机废物，进行降解和转化，从而达到污水处理的效果。

在厌氧颗粒污泥中，这些微生物以颗粒状的形式存在，有机物质被同化、分解和转化，从而实现有机物的去除。

二、厌氧颗粒污泥技术的特点厌氧颗粒污泥技术相比于传统的处理方法具有以下特点：1. 高效去除有机物质：厌氧颗粒污泥中的微生物具有较高的活性和降解能力，能够迅速去除水中的有机物质。

与传统的好氧处理方法相比，厌氧颗粒污泥技术能够达到更高的有机物去除率。

2. 耐受冲击负荷：厌氧颗粒污泥具有较高的抗冲击负荷能力，能够在氧气供应不足或有机负荷突然增加的情况下仍能正常工作。

这在实际污水处理过程中十分重要，能够保证处理系统的稳定性和可靠性。

3. 产生少量污泥：相比于好氧处理方法，厌氧颗粒污泥技术产生的污泥量较少。

这有助于减少后续处理的成本和污染物排放。

4. 能源回收：在厌氧条件下，有机物质被微生物降解产生甲烷等可燃气体。

这些可燃气体可以用于发电或作为燃料，从而实现能源的回收利用。

三、厌氧颗粒污泥技术的应用案例厌氧颗粒污泥技术已经在许多城市和企业的污水处理厂得到了广泛应用。

以下是一些典型的应用案例。

1. 某市污水处理厂：该污水处理厂在进行工艺改造后采用了厌氧颗粒污泥技术。

通过引入内循环型厌氧颗粒污泥反应器，提高了有机物的去除效率和沉淀能力，降低了处理过程中的化学需氧量（COD）和总氮（TN）排放浓度。

2. 某纺织厂废水处理：某纺织厂的废水中含有大量的染料和有机物，传统的处理方法效果不理想。

经过技术人员的研究和改良，厌氧颗粒污泥技术成功应用于该厂的废水处理过程中，能够高效去除染料和有机物质，使废水达到排放标准。

生物难降解有机物的厌氧颗粒污泥形成的研究【摘要】针对以uasb为代表的无载体厌氧反应器处理含难生物降解有机物废水时的启动问题，综述了影响厌氧颗粒污泥形成的因素。

此外，为了高效、快速地降解废水中的难生物降解有机物，可以考虑针对不同的难生物降解有机物，投加经过驯化、筛选的优势菌。

【关键词】厌氧反应器；污泥颗粒；影响因素；启动；优势菌与好氧生物处理相比，厌氧生物处理由于具有处理成本低、处理有机负荷大和可处理许多在好氧条件下难生物降解的有机物等特点，因此国内外许多研究人员都采用厌氧生物处理或厌氧生物处理与好氧生物处理相结合的工艺来处理难生物降解有机物。

为了提高厌氧生物反应器中的生物量，厌氧生物反应器中的生物多以颗粒污泥存在，此类无载体厌氧生物反应器的形式包括uasb、egsb和ic等。

对于处理含难生物降解有机物废水的以uasb为代表的上述无载体厌氧反应器而言，其在实际应用时存在两个主要问题：（1）反应器初次启动过程缓慢，短的需要2～3个月，长的达半年甚至一年之久；（2）对难生物降解有机物的处理效率低，处理时间长。

因此，上述无载体厌氧反应器能否高效运行的关键在于能否培养出具有良好沉降性能、能高效处理难生物降解有机物的厌氧颗粒污泥。

一、厌氧颗粒污泥形成的主要技术条件1. 废水性质一般处理含糖类废水易于形成颗粒污泥，而脂类废水和蛋白质废水及有毒难降解废水则较难培养出颗粒污泥，或不能培养出颗粒污泥。

要求废水的c:n:p约为200:5:1，否则要适当加以补充。

投加补充适量的镍、钴、钼和锌等微量元素有利于提高污泥产甲烷活性，因为这些元素是产甲烷辅酶重要的组成部分。

2、污泥负荷率影响污泥颗粒化进程最主要的运行控制条件是可降解有机物(cod)污泥负荷率，当污泥负荷率达0.3 kgcod/(kgvssd)以上时便能开始形成颗粒污泥。

这为微生物的繁殖提供充足的食料(碳源和能源)，是微生物增长的物质基础。

当污泥负荷率达到0.6kgcod/(kgvssd)时，颗粒化速度加快，所以当颗粒污泥出现后，应迅速将cod污泥负荷率提高到0.6 kgcod/(kgvssd)左右水平，这有利于颗粒化进行。