颗粒污泥培养方法及影响颗粒污泥性能的因素

张玉娥 白媖 张庆芳

摘要：微生物通过自凝聚作用相互聚合形成的一种微生物聚集体叫颗粒污泥，在UASB工艺中起净化污水作用的污泥颗粒，它的生物活性良好、沉淀性能优良。目前，颗粒污泥工艺已经是污水处理领域的推荐技术之一，在某些特种废水的处理中得到一定的应用。本文主要介绍了厌氧、好氧颗粒污泥的培养方法及影响其性能的因素。

关键词：厌氧颗粒污泥;好氧颗粒污泥;培养

Abstract： Microorganism through self-coagulation mutual polymerization of a microbial aggregate called granular sludge， in the UASB process plays a role in the purification of sewage sludge particles， its biological activity is good， excellent precipitation performance. At present， granular sludge process has been one of the recommended technologies in the field of sewage treatment， and has been applied in some special wastewater treatment. This paper mainly introduces the cultivation methods of anaerobic and aerobic granular sludge and the factors affecting its performance.

Key words： anaerobic granular sludge， aerobic granular sludge， culture

顆粒污泥技术是新型的污水生物处理技术，具有污泥量大、沉降速度快、微生物种类丰富、抗有机负荷冲击能力强等特点。能很好的去除有毒、重金属污染物，现在，这项技术逐渐得到了广泛的关注和研究。颗粒污泥主要分为厌氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥。

1.厌氧颗粒污泥

厌氧颗粒污泥是厌氧微生物依靠自我固定化而不依赖惰性载体形成的一种结构紧密的污泥聚集体，是一个拥有自我平衡能力的微生物系统，其主要组成元素为C、H、N，所占总重比例分别为40%-50%，7%，10%，微量元素为P， S， Ni， Fe， Zn， Co， Ca等，其中Fe和Ca的含量最大。

厌氧颗粒污泥的形成机理是粒化过程，分为积累阶段、颗粒化阶段、成熟阶段;它的形成有四个阶段[1]：（1）细菌向惰性物质或其他菌体表面移动;（2）通过理化作用，细菌以可逆的形式吸附在一起或吸附在惰性物质上;（3）微生物附属物（如ECP）让细菌不可逆地粘附在一起或粘附在惰性物质上;（4） 细菌倍增、颗粒污泥增大。

1.1厌氧颗粒污泥的培养方法

厌氧颗粒污泥培养的主要步骤包括污泥驯化阶段和污泥颗粒化阶段。

污泥驯化：首先将污泥菌种投加到厌氧反应器中，连续注入丙烯酸废水，控制进水COD浓度在1500～2000mg/L，pH值在6.5～7.5， 温度在32～37℃，进水上升流速小于等于0.3m/h，有机负荷小于等于1.0kgCOD/（m3·d），并投加氮、磷等营养元素，保证达到厌氧微生物的需求。为确保厌氧反应器内的污泥浓度，使出水悬浮物浓度降低，出水的污泥需要进行回流，因为微生物在适应水质的过程中会有死亡，同时还会有部分活微生物被水带出。随着出水COD去除率逐渐提高，出水悬浮物浓度也会随之降低，当出水COD去除率达到60%以上时表明污泥驯化阶段完成，就可以进入污泥颗粒化阶段。

污泥颗粒化阶段：在保证出水COD去除率大于60%、最终进水COD浓度小于等于5000mg/L、有机负荷小于等于5kgCOD/（m3·d）时，逐步提高进水COD浓度和有机负荷两个参数。在污泥颗粒粒径的增大的同时，逐步提高上升流速;在进水中投加阳离子聚丙烯酰胺 （PAM）并补充微量元素Ca2+、Mg2+、Fe2+，控制进水pH值在6.5～7.5，温度在 32～37℃，COD/碱度的比值在2～4之间，并投加氮、磷等营养元素，加速颗粒污泥的增长。当颗粒污泥的颗粒比增长速率急剧下降，出水COD去除率稳定大于70%时即进入颗粒污泥的成熟阶段，表明厌氧颗粒污泥培养完成。

1.2厌氧颗粒污泥的沉降性能及影响因素

厌氧颗粒污泥的性能：厌氧颗粒污泥的外形一般呈球形或椭球型，测量发现颗粒污泥的直径一般在0.14-5.00 mm，最大直径可达7.0 mm。培养出来的颗粒污泥，肉眼能观察到的颜色大多数为黑色，也有发现在反应器内呈白色和黄色的[2-5]。明显地，颗粒污泥的沉降速度比絮状污泥快得多，沉降速度一般在50m*h-1 （良好）左右，沉降速度大于100 m*h-1表明该颗粒污泥沉降性能很好，沉降速度小于18 m*h-1的颗粒污泥，表明其沉降性能较差。一般情况下，培养成熟的颗粒污泥，要确保它的SS.VSS-值大于70%[6]。

影响因素：在培养颗粒污泥时，培养液中COD：N：P=110～200：5：1，要在适宜的温度下进行培养。对于PH，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，最适pH值的范围是6.8-7.2;

另外要求进水水质中碱度通常应在1000mg/L（以CaCO3计）左右;微量元素对微生物良好的生长有重要作用，其中Fe，Co，Ni，Zn等对提高污泥活性，促进颗粒污泥形成是有益的;硫酸盐存在时，由于硫酸盐还原菌对氢的快速利用，使反应器无法建立高的氢分压，从而不利于形成颗粒污泥;最后要确保污泥的沉降性能好、厌氧微生物种类丰富、活性高，对加快颗粒污泥的形成是相当有利的，推荐的浓度范围是10-20kgVSS/m3[7，8]。

2 好氧颗粒污泥

好氧颗粒污泥（AGS）是微生物在好氧环境下通过自我固定的过程形成的结构紧凑、外形规则的密集生物聚合体，它具有相对结实的微观结构、优良的沉淀性能、较高浓度的污泥载留、混合多样的微生物种群。好氧颗粒污泥可以进行较好的泥水分离，有较高的生物反应器单位体积处理能力，可以承受较高浓度的冲击负荷，能减少对二沉池的体积要求，同时去除有机物和营养物质，对高浓度有毒废水有独特适应和处理能力。好氧颗粒污泥的粒化是一个逐渐的演化过程：接种污泥 — 结构紧凑的聚合体 — 颗粒状的污泥 — 成熟的颗粒污泥[9]。

好氧颗粒污泥培养时大多采用絮状污泥，也有学者[10]直接全部接种厌氧颗粒污泥进行好氧颗粒污泥的培养，但向絮状污泥中加入部分厌氧颗粒污泥的培养研究较少[11]。

2.1 SBR反应器培养颗粒污泥的具体步骤：

（1）取经预处理后的生活污水处理厂活性污泥作为接种污泥，用高径比小于6的常规SBR反应柱作为反应器，用模拟废水对活性污泥进行培养驯化3～5d，在污泥SVI为95～100mL/g时，视为培养驯化结束;

（2）将进水CODCr浓度从150mg/L逐步提高至800mg/L、进水氨氮浓度从30mg/L逐步提高至60mg/L、沉降时间从15min逐步缩短至3min，逐步增大好氧颗粒污泥粒径，完成污泥颗粒化;

（3）在污泥颗粒化完成后，控制反应柱的运行参数，进水CODCr浓度保持在100mg/L以上、进水氨氮浓度保持在5mg/L以上、总磷浓度保持在3mg/L以上、曝气量保持在2L/min以上、沉淀时间控制在3～5min，保持好氧颗粒污泥稳定运行，不出现好氧颗粒污泥大规模解体现象，则表明好氧颗粒污泥培养完成[12-14]。

2.2好氧颗粒污泥性能的影响因素：COD负荷的变化影响活性污泥的积累。高负荷下的好氧颗粒污泥的沉降性能较好，颗粒密实、含水率低，低负荷下的则密度小、含水率高，沉降性能差，后期还会出现污泥膨胀的现象;当溶解氧（DO）浓度过低，会抑制污泥颗粒的进一步增大;较高的水力剪切力有利于形成结构紧凑的颗粒污泥;较短的沉降时间有利于颗粒污泥的形成;系统维持一定的污泥龄（MCRT）对颗粒污泥的形成和稳定性具有非常关键的作用;水力停留时间（HRT）过长，微生物会失去选择作用，絮体在反应器中堆积，难以形成颗粒污泥，而时间过短，形成颗粒太小，颗粒增长缓慢;在每个周期内一定时段内的营养匮乏期时有利于颗粒的形成和稳定;阳离子的存在对活性污泥的性能有正面效应;周期性“冲击式”加料有利于结构紧凑厚实的颗粒污泥的形成;反应器具有较大高度/直径比值（H/D）的柱状反应器有利于颗粒污泥的形成[15]。

随着污泥颗粒化研究的不断深入，我们了解并掌握了很多颗粒污泥培养和形成的条件，但同时也有更多的问题等待着我们进一步去探索和研究，在污水生物处理方面，继续加强对颗粒污泥的探索是必不可少的。

参考文献：

[1]高晓峰，厌氧颗粒污泥形成因素研究[A]，黑龙江环境通报，1674-263X （2018） 01-0050-03

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[4]袁雨珍，肖利平，刘传平等，pH对餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的影响[J]，生态环境学报，2017. 04： 687-692.

[5]王良杰，不同添加剂对培养厌氧颗粒污泥促进作用的试验研究[D].徐州：中国矿业大学，2017.

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[9]苏海佳、王陆玺，好氧颗粒污泥技术及研究进展[A]，化工进展，1000–6613（2016）06–1914–09

[10]胡林林，王建龙，文湘华，等. SBR中厌氧颗粒污泥向好氧颗粒污泥的转化[J].环境科学，2004 .25（4）：74-77.

[11]HULL. WANGJ L. WEN X H.et al. The formation and characteristics of aerobie granules in sequencing batch reactor（SBR） by seeding anaerobic granulesLJ.ProcessBiochemistry，2005.40（1）：5-11.

[12]常笑丽、何士龙，好氧颗粒污泥快速培养的方法研究[A]，水污染防治，2015：27-31

[13]王曉艳、买文宁，好氧颗粒污泥的培养及其对污染物去除特性研究[A]，环境污染与防治，2019.09.012

[14]在SBR反应柱中培养好氧颗粒污泥的方法，中国污水处理工程网

[15]刘清、暴瑞玲，好氧颗粒污泥培养影响因素研究[A]，当代化工，1671-0460（2020）05-0973-04

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