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%。颗粒污泥所含的有机物包括粗蛋白质、碳水化合物，两者占比20%—32.5%。颗粒污泥中的无机灰分含量因生长基质的不同而有较大的差异，研究发现，Ca、Fe、S、Si、P等均为大量元素。

甜菊糖的生产废水中较高的Fe³⁺、Ca²⁺、Cl^-含量，导致颗粒污泥灰分大幅度增加，从而导致污泥孔隙率的降低，影响基质在颗粒污泥中的扩散。资料显示；钙离子浓度在80--150mg/l时最适宜颗粒污泥形成，在钙离子600mg/l时COD去除能力最强。此外在灰分中FeS含量在30%时具有稳定细菌团粒的作用。我们最近检测的IC进水水样中，钙离子浓度高于1800mg/l。对于颗粒污泥形成不利。

颗粒污泥表面分泌有一层薄薄的粘液层，也就是我们俗称的胞外多聚物（EPC），ECP的主要成分是蛋白质和聚多糖，还有类脂质，核酸等物质，它的产生量和颗粒污泥的生长条件有关，适当增加Mg盐、C/N比都有利于增进细菌与固体表面的粘连从而加速污泥颗粒化。同样钙离子（Ca²⁺）、高盐分（Cl^-）、杀菌剂等都是颗粒污泥解絮的原因。

③、微生物相；

颗粒污泥本质上是多种微生物的聚集体，主要由厌氧消化微生物组成，颗粒污泥中参与分解复杂有机物、生成的甲烷厌氧细菌可分为三类；

第一类、水解发酵菌：对有机物进行最初的分解，生成有机酸和酒精；

第二类、产乙酸菌：对有机酸和酒精进一步分解利用；

第三类、产甲烷菌：将氢气、二氧化碳。乙酸以及其它一些简单化合物转化成为甲烷；研究表明70%的甲烷是通过乙酸转化的，颗粒

污泥中已发现的产甲烷菌中，甲烷髦毛菌和甲烷八叠球菌是唯一两种能代谢乙酸的产甲烷菌。

甲烷髦毛菌构成颗粒污泥的内核，在颗粒化过程中提供了很好的网络结构。

甜菊糖工艺废水中植物蛋白含量较高，通过研究发现，在颗粒污泥驯化中由于表面张力大，产甲烷菌占据优势地位，疏水性表面的颗粒污泥占比大，且在IC反应其中与甲烷（CH₄）、二氧化碳（CO₂）等气体强烈的粘连作用，容易被气泡携带冲出反应器（在厌氧罐顶部取样中发现大量细小颗粒污泥）。

厌沉池污泥浓度也较大。

絮状污泥颗粒化过程是单一分散厌氧微生物聚集生长成颗粒污泥的过程，这是一个复杂而且持续时间较长的过程，其影响因素很多，颗粒污泥的形成过程由多个阶段组成；

第一个阶段是细菌与基体吸引粘连过程（颗粒污泥形成的开始阶段），这是决定污泥结构的重要阶段；

第二个阶段是微生物聚集体的形成；

第三个阶段是成熟污泥的形成；

颗粒污泥的形成需要考虑多个因素，对于运行一年以来的甜菊糖工艺废水，由于废水中存在大量钙离子，氯离子，在日常运行管理中，需要强化配水池监控，对厌氧罐定期分析运行状况、污泥的状态、出水的指标变化，常规工作应该从下列几个方面着手：

1、颜色、光泽、弹性、颗粒度评判；文中已有评述。

2、沉降速度；这里分享一种沉降速度计算方法：在200ml的量筒中装满清水，测量液面高度为h,然后将少量的厌氧颗粒放在水面，记录污泥从液面沉降到筒底的平均时间为S，h/S即可得到沉降速度。

3、密度；采用量筒取100ml污泥，用台秤称其质量。通过密度=质量/体积(换算单位到kg/m³)

4、含水率；与垃圾测水分方法类似，取样品过滤、称重、烘干、计算：此外对COD、产气现象做出评判；方法如下：

1)、将厌氧污泥均分为两份放置在250ml烧杯中，取同样的配水池中的甜菊糖废水（共3份）分别加入。烧杯口用朔料手套封口，外面加橡皮筋固定，不让气体外溢。

2）、人为的经常性的晃动均匀两个烧杯，分别放置2天和4天。

3）、看溶液表面是否有气泡、污泥是否有产气、手套是否有鼓起的现象。拍照对比前后手套的情况。

4）、取加入的水样和此次的实验出水进行COD化验，对比前后数据的变化。

甜菊糖废水生物处理法的关键在于IC系统费的监管，颗粒污泥的运行状态分析、评判是重中之重，除了水温、PH、营养物质、进水量（上升流速）加强分析外，氯离子、钙离子，甲醛浓度检测，颗粒污泥特性分析也不可忽视。絮状污泥的颗粒化时间漫长，而不正确的操作，高负荷进水、有毒有害物质的累积等却可以让系统内的颗粒污泥很快漂泥，酸败、解絮、系统崩溃。