工艺技术说说：颗粒污泥及其形成条件

查看全部 · 发表于 2021-4-28 20:56:07

【颗粒污泥的样子】

在贺延龄教授《废水的厌氧生物处理技术》一书中，有专门一个章节介绍颗粒污泥的理论，对颗粒污泥的概念、特征、形成的影响因素以及颗粒污泥的动力学行为进行了阐述，更多的是从文献的角度来介绍业界对颗粒污泥的研究成果。由于不同的废水可能产生不同的颗粒污泥，所以颗粒污泥品质很难有明确的定义和标准。调试人员更多的是从实际经验和一些化验指标来评估颗粒污泥的质量。

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1、外观

颗粒污泥为球形或椭圆形，颗粒大小均匀、粒径在2-3mm、表面光滑、乌黑发亮，用手抓一把颗粒污泥使劲儿攥时有一定的弹劲儿，且颗粒不易破碎，这属于很好的颗粒污泥。

颗粒大小不太均匀，颗粒太大、表面不够光滑、有脱皮或“长毛”等现象，颗粒硬度小，IC反应器的取泥口取泥时打到手上没有明显的颗粒感，这属于一般的颗粒污泥。

破碎的颗粒污泥较多、颗粒碎片和絮状泥占大多数的污泥，属于很差的颗粒污泥。其中的有效颗粒较少，接种后启动时要注意控制水力负荷和污泥负荷，保持反应器的运行稳定。

表面发白、暗白色或灰色的颗粒污泥可能放置的时间较长，其活性和重新恢复活性的速度，明显不如反应器直接排出的颗粒污泥活性高，在启动时，投加量也应更多，启动时间会更长。

另外，受限于不同废水水质不同，颗粒污泥会有不同的形状，如处理高含硫废水的颗粒污泥会比较黄，有黄色斑点，如铁锈一般，这可能与颗粒污泥中硫酸根还原菌占比较高有关。在处理黄原胶废水IC反应器中，培育出了白色的颗粒污泥，当污泥接种至造纸废水中后，出现了严重的脱皮现象，颗粒污泥从外到内逐层脱皮，并随废水流出反应器，而新形成颗粒污泥为黑色，并且保持了较好的处理效率。

2、沉降速度

颗粒污泥的沉降效果可以用SVI和沉降速度来表示。因颗粒污泥都有比较高的SVI值，所以采用沉降速度更有代表性。好的颗粒污泥有良好的沉降速度，取1L的量筒，加清水至刻度线，将颗粒污泥少量加入，计算从1L刻度线沉到底部的时间，从而计算颗粒污泥的沉降速度，一般在20-80m/h的速度都能满足要求。沉降速度与颗粒大小、比重等有一定关系，中空的大颗粒沉降速度较慢，属于老化颗粒污泥，接种后最容易产生破裂，粒径小于1mm的颗粒沉降速度也比较慢，但是活性较高，接种后应该保持相对较低的上升流速，待颗粒污泥沉降速度提高后，再逐步增加水力负荷和容积负荷。

对于含钙较高的废水，由于颗粒无机化较严重，颗粒的比重较大，沉降性能非常好。作为接种污泥时，需要注意有硬核大颗粒的数量，硬核大颗粒数量越多，污泥的无机化程度越高，活性则越低。

3、活性

通常，需要通过试验来确定颗粒污泥的产甲烷活性。目前，国内的运行项目中，运行较好的IC反应器，颗粒污泥产甲烷活性可达1kgCOD/kgVSS.d，当运行在0.6-0.8 kgCOD/kgVSS.d时，有很好的颗粒污泥增殖速度。对于从外购接种污泥的角度来评价颗粒污泥的活性，可按照VSS/TSS来确定污泥活性，比值越高活性越强，比值越低无机化程度越高，污泥活性越差。一般情况下，接种颗粒污泥调试时，控制在产甲烷活性的50%进行启动，可以保证很好的启动效果和增殖速度。

【形成颗粒污泥的条件】

从实际工程经验来评估，颗粒污泥的优劣重点和上述三个方面有关，培育出好的颗粒污泥与水质、反应器和良好的控制条件有密切的关系。而同种废水、同样的反应器则直接受控制条件的影响，在我调试的反应器中，同时建造的两座反应器，产出的颗粒污泥粒径相差2mm以上，一个如小米粒大小，另一个反应器则可产出如黄豆大小的颗粒污泥。所以，控制条件对颗粒污泥的形成至关重要，国内也不乏用UASB培育出颗粒污泥的案例。从控制角度来说，重点需要主要以下方面。

1、反应器的影响

颗粒污泥的形成有多种推断，但是莱廷格先生的一句话应该更明确的说明了颗粒形成的潜在原因：“缓慢生长的细菌和极度耐饥饿微生物（产甲烷、乙酸菌等）产生微生物聚集体，它们甚至在彼此追求中实现聚集状态，并因此形成平衡生态体系而受益”。从这段话我们可以总结出颗粒污泥形成的原因必定是微生物互利共生作用的结果，每一个污泥颗粒都是一个或者许多个微小的“生态群落”，不同类型的微生物之间通过“相互吸引”“相互追求来”来形成聚集体-颗粒。这也说明了，为什么会在UASB中发现颗粒污泥，为什么IC反应器比UASB更容易培养出颗粒污泥，因为反应器的结构下形成生长条件促进了微生物之间相互聚集的凝聚力，“让沉降性能差的污泥组分被选择性的洗出，且/或选择性的保留适当的核心用于颗粒化”（摘自莱廷格先生自传对颗粒污泥的描述）。

在IC反应器中，因为较大的内循量使得上升流速很大，沉降性能差的污泥被大量洗出，而沉降性能好的污泥则优胜劣汰的被留下来，并越长越好。正常的IC反应器的上升流速可达10m/h以上，沉降性能差的污泥根本难以保留在反应器中，留下的都是沉降性能好的颗粒。

在反应器的运行中，保留足够大的上升流速，是形成颗粒污泥的一个必要条件。另外，布水的形式和均匀度等等都对颗粒污泥的形成有至关重要的作用。

2、容积负荷

容积负荷从另一个方面表示了颗粒污泥的生存空间，实践表明在10-15kgCOD/m3.d容积负荷条件下，颗粒污泥能快速增值，当反应器容积负荷超过20kgCOD/m3.d时，颗粒污泥增值变的比较缓慢，颗粒污泥床已经达到反应器一半高度的位置，这时候适当的排出颗粒污泥，会更容易形成颗粒的迅速增殖。

3、污泥负荷

国内很少有文献描述污泥负荷对颗粒污泥的形成影响。从本人实际的调试经验总结得出，在0.6-0.8kgCOD/kgVSS.d的污泥负荷条件下，是形成优质颗粒污泥非常关键的参数，其甚至可以抵消很多不利因素，保证颗粒污泥的增殖和抗冲击性。

当污泥负荷接近1kgCOD/kgVSS.d时，颗粒污泥硬度变差，颗粒表面开始长出“白毛”，并开始逐层脱落，反应器内絮状泥增殖速度提高，絮状泥占的比重增加。产生这种现象的主要原因是污泥负荷过高，影响了颗粒污泥产酸菌产甲烷菌的平衡，产酸菌快速增值，而产甲烷菌的增殖速度远低于产酸菌，从而影响了颗粒的结构，造成大量产酸菌聚集。在出现该问题的反应器中，不做任何调整，只降低污泥负荷半个月后，反应器便可见明显的颗粒化加强，一个月以后颗粒污泥成为主导形态。在柠檬酸废水、造纸废水的调试中，均遇到过类似的问题。

4、水力负荷

毫无疑问，水力负荷是形成颗粒的一个非常重要的外在因素，从反应器的进水量来看，保持3-5m/h的上升流速是非常必要的，能达到2m/h也能保证颗粒污泥的形成。水力负荷与颗粒的强度有一定的关系，在保证污泥负荷不是很高的前提下，高的水力负荷条件下颗粒污泥的强度较高。

5、进水浓度

进水COD浓度会影响颗粒污泥的粒径。较高的进水COD浓度下，有机物的渗透能力较强，产生的颗粒污泥较大，随着运行的持续，大颗粒、中空的颗粒数量也会越来越多，与颗粒较大后水质波动造成内部菌种因饥饿死亡有关。颗粒污泥可以适应COD=800~10000mg/L的进水浓度，并且保持较高的去除率。

6、预酸化度

预酸化度表示了废水发生水解反应的进展，预酸化度越高说明产酸进行的约深入，废水更容易降解和产生更多的沼气。而越高的预酸化度预示着更低的颗粒污泥产量，因为预酸化程度越高，产酸菌在反应器内的繁殖速度越慢，而产酸菌是颗粒污泥实现快速增值的一个非常关键指标，其产泥系数远高于产甲烷菌。受限于产酸菌的增殖缓慢，与产甲烷菌之间结合成生态菌落的数量和速度也降低。

7、絮状泥含量

絮状泥会占据颗粒污泥生长的空间，良好的反应器中，絮状泥很少，而大多数反应器很难做到这一点，这与运行人员对絮状泥流出的认识有关。当反应器絮状泥流出量较大时，运行人员往往会通过降低水力负荷保留絮状泥来位置运行的容积负荷，而降低水力负荷不利于颗粒化的形成和絮状泥的洗出。

8、运行的稳定性

不管何种反应器，运行条件的稳定都是保持微生物增殖的必要条件，保持同样的运行条件并维持足够长的一段时间，对颗粒污泥的生长至关重要，频繁变动运行条件的水厂，颗粒污泥的整体产量比较低，而保持稳定条件运行的水厂颗粒污泥在经过一段时间的适应后，会快速形成颗粒化。而控制条件如温度、有毒有害物质、硫酸盐、亚硫酸盐、pH等则是影响颗粒污泥生存、生长的基础条件。

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