Exploration on the Influence Factors of Sludge Granulation

Liu Yun         Zhang Li
(Xinjiang Urban & Rural Planning General Institute of Design & Research，Urumuqi，830002)

Abstract：The paper summarized the influence factors of sludge granulation and pointed out the new trends.

Keyword：granulation sludge； influence factors；trend

1. 前言

　　近几十年，我国的污水处理事业已有了很大的发展，在全国各大城市陆续建立了众多的污水处理厂，这对于城市污水治理起到了很大的作用。这些污水处理厂以活性污泥法为代表的污水生化处理占据着主要地位。
　　 在当前的污水处理领域中，活性污泥法是应用最为广泛的技术之一，活性污泥法系统中最终的处理效率（即BOD和SS的去除效率）是由二沉池的固液分离效率来体现。由于进入二沉池的混合液浓度很高，经二沉池分离后的污泥含水率高、体积大。同时污水处理工艺中一个比较重要的问题就是处理大量含水率很高的剩余污泥，这就是通常所说的污泥脱水问题，为了减少污泥体积和得到易于进一步脱水处理的泥饼，我们必须对剩余污泥进行有效的脱水措施。在生物法处理系统中一般用于处理污泥的费用占污水处理总费用的30~40%，甚至可达50%以上。
　　 活性污泥是活性污泥处理系统的主体作用物质，在外观上多呈黄褐色或近于褐色的絮绒颗粒状。活性污泥的固体组分非常复杂，一般可简单地分为有机成分和无机成分。有机成分又被称为挥发性固体，无机成分称为非挥发性固体或灰分。污泥絮体大小和颗粒粒径分布是影响污泥脱水的两个非常重要的因素。
　　 正是基于以上原因，提出了颗粒污泥的概念，目前人们已初步掌握了培养颗粒污泥的基本条件，但其形成的机制目前尚不清楚。笔者就近几年来的研究进展，综述了对影响污泥颗粒化的因素的探讨，希望为污泥颗粒化的深入研究提供一个参考。

2.  影响因素

2.1  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^[1]。可见，适当比例的碳源对促成颗粒污泥形成是必要的。
2.2  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˚C）、中温（30~40˚C）和高温（50~60˚C）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˚C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^[2]。因而低温培养颗粒污泥将是今后的研究的重点之一。
2.3  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。
2.4  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。有学者研究表明，在颗粒污泥培养初期，控制出水碱度在1000mg/L（以CaCO₃计）以上能成功培养出颗粒污泥。在颗粒污泥成熟后，对进水的碱度要求并不高^[2]。这对降低处理成本具有积极意义。
2.5  微量元素及惰性颗粒
　　微量元素对微生物良好的生长也有重要作用。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。
　　此外，惰性颗粒作为菌体附着的核，对颗粒化起着积极的作用。另外，有研究表明，投加活性炭可大大缩短污泥颗粒化的时间；在投加活性炭后颗粒污泥的粒径大，并使反应器运行更加稳定^[3]。
2.6  SO₄^2-
　　关于SO₄^2-对颗粒污泥的形成目前尚在讨论中。据Sam-Soon的胞外多聚物假说，局部氢的高分压是诱导微生物产生胞外多聚物从而与细菌表面之间的相互作用，通过带电基团的静电吸引及物理接触等架桥作用，构成一种包含多种组分的生物絮体，从而形成颗粒污泥的必要条件，而有硫酸盐存在时，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^[5]。但有些国内外外学者发现处理含高硫酸盐废水时，会有非常薄的丝状体产生，它可作为产甲烷丝菌附着的原始核，从此开始颗粒的形成；硫酸盐还原产生的硫化物与一些金属离子结合形成不溶性颗粒，可能成为颗粒污泥生长的二次核^[4][5]。
2.7  接种污泥及接种量
　　一般来说，对接种污泥无特殊要求，但接种污泥的不同对形成颗粒污泥的快慢有直接影响。因此，保证污泥的沉降性能好、厌氧微生物种类丰富、活性高，对加快颗粒污泥的形成是十分有利的。
　　对接种污泥的量，有学者研究认为，厌氧污泥接种量为11.5kgVSS/m³（按反应区容积计算）左右时，对于迅速培养出厌氧颗粒污泥是合适的^[8]。这与国外学者推荐的浓度范围10-20kgVSS/m³是相吻合的^[6]。
2.8  启动方式
　　采用低浓度进水，结合逐步提高水力负荷的启动方式有利于污泥颗粒化。这是因为低浓度进水可以有效避免抑制性生化物质的过度积累，同时较高的水力负荷可加强水力筛分作用^[7]。 
2.9  水力负荷
　　水力负荷太低，会导致大量分散污泥过度生长，从而影响污泥的沉降性能，甚至会导致污泥膨胀^[8]；但水力负荷过大，会对颗粒污泥造成剪切并会剥落未聚集细胞体的胞外多糖粘滞层而阻碍粘附聚集。因此，在启动初期，应采用较小的水力负荷（0.05-0.1m³/m² •h）使絮体污泥能够相互粘结，向集团化生长，有利于形成颗粒污泥的初生体。当出现一定量的污泥后，提高水力负荷至0.25 m³/m²•h以上，可以冲走部分絮体污泥，使密度较大的颗粒污泥沉降到反应器底部，形成颗粒污泥层。为了尽快实现污泥颗粒化，把水力负荷提高到0.6m³/m²•h时，可以冲走大部分的絮体污泥。但是，提高水力负荷不能过快，否则大量絮体污泥的过早淘汰会导致污泥负荷过高，影响反应器的稳定运行。

3.结语

随着污泥颗粒化的不断深入研究，人们了解并掌握了很多颗粒污泥形成的条件，同时，也发现了很多亟待解决的问题：厌氧颗粒污泥形成的机理，低温培养颗粒污泥的技术，引起颗粒污泥的形状的差异的原因等等，有关厌氧颗粒污泥有待进一步的探索和研究。

特别鸣谢：在本文的撰写过程中，得到了新疆城乡规划设计研究总院何佛元教授级高工的悉心指导，在此特表谢意！

参考文献

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[3] Sam-Soon，P. A. L. N.,  etal. 上流式厌氧污泥床反应器中的球团形成  见：第五届国际厌氧消化会议集，广州    1988：40-44
[4] G.Lettinga等， 液体上升流速和水力停留时间对UASB反应器处理高含量硫酸盐废水颗粒污泥形成的影响   赵玉风译自Bioresource Technology,1993,43  国外厌氧消化，1993， 2：42-49
[5] 康风先，  硫酸盐还原甲烷化两相厌氧法过程和机理的研究   无锡轻工学院博士学位论文， 1994
[6] 刘志杰， 陆正禹等，  处理啤酒废水的生产性UASB反应器常温下培养颗粒污泥的过程及工艺条件   中国沼气  1994，12（4）
[7]  Lettinga G, Homa S W etal. Wat.Sci.Tech. 1983; 15(8/9):177-196
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[9] Hulshoff Pol L W,Heijinedamp K, Lettinga G. Granular Anaerobic Sludge. The Netherlands. 1988:153-161