顆粒污泥綜述
【淵源】
1996年，瀋陽華潤雪花啤酒有限公司從荷蘭引進帕克的IC反應器，開啟了國內採用高效厭氧反應器處理高濃度有機廢水的先河，從此高效厭氧技術在國內逐漸發展起來。除了帕克公司IC反應器一枝獨秀以外，國內厭氧技術的發展，多以EGSB厭氧反應器為代表，並逐漸取代了UASB，成為高濃度有機廢水的主流反應器。受限於對厭氧技術的理解，以及調試經驗的不足，國內EGSB厭氧反應器普遍存在顆粒污泥生長緩慢或者逐漸減少的情況。至2000年以後，國內開始仿製IC反應器，並在檸檬酸廢水行業取得成功，培育出了自己的顆粒污泥。2005年，山東一家環保公司通過對檸檬酸廢水厭氧反應器的不斷改進以及運行調試經驗的積累，形成了一套成熟的IC反應器技術。在2年的時間內完成了山東三大檸檬酸廠（也是世界三大檸檬酸廠）的十多座IC反應器改造，其運行效果不差與國外技術，而投資成本只有國外技術的三分之一。也是從這個時期，山東省成了國內顆粒污泥的重要種泥產地，顆粒污泥產量也成了檸檬酸廠環保車間的一項重要生產考覈指標。如今IC反應器在國內越來越多，而山東依然是顆粒污泥供應大省。
2006年時，我第一次接觸顆粒污泥和IC反應器。那時候顆粒污泥在國內依然是稀缺資源，依然記得當時東北的油罐車、新疆的油罐車從我們的IC反應器拉顆粒污泥的情形，不僅感嘆，如水一樣重的東西竟然可以賣到300元/噸，而更令我想不到的是現在竟然漲到了1000元/噸以上的價格，而外售顆粒污泥也竟成了有些環保公司的一項主營業務。
【你的樣子】
在賀延齡教授《廢水的厭氧生物處理技術》一書中，有專門一個章節介紹顆粒污泥的理論，對顆粒污泥的概念、特徵、形成的影響因素以及顆粒污泥的動力學行為進行了闡述，更多的是從文獻的角度來介紹業界對顆粒污泥的研究成果。由於不同的廢水可能產生不同的顆粒污泥，所以顆粒污泥品質很難有明確的定義和標準。調試人員更多的是從實際經驗和一些化驗指標來評估顆粒污泥的質量。
1、 外觀
顆粒污泥為球形或橢圓形，顆粒大小均勻、粒徑在2-3mm、表面光滑、烏黑髮亮，用手抓一把顆粒污泥使勁兒攥時有一定的彈勁兒，且顆粒不易破碎，這屬於很好的顆粒污泥。
顆粒大小不太均勻，顆粒太大、表面不夠光滑、有脫皮或「長毛」等現象，顆粒硬度小，IC反應器的取泥口取泥時打到手上沒有明顯的顆粒感，這屬於一般的顆粒污泥。
破碎的顆粒污泥較多、顆粒碎片和絮狀泥佔大多數的污泥，屬於很差的顆粒污泥。其中的有效顆粒較少，接種後啟動時要注意控制水力負荷和污泥負荷，保持反應器的運行穩定。
表面發白、暗白色或灰色的顆粒污泥可能放置的時間較長，其活性和重新恢復活性的速度，明顯不如反應器直接排出的顆粒污泥活性高，在啟動時，投加量也應更多，啟動時間會更長。
另外，受限於不同廢水水質不同，顆粒污泥會有不同的形狀，如處理高含硫廢水的顆粒污泥會比較黃，有黃色斑點，如鐵鏽一般，這可能與顆粒污泥中硫酸根還原菌佔比較高有關。在處理黃原膠廢水IC反應器中，培育出了白色的顆粒污泥，當污泥接種至造紙廢水中後，出現了嚴重的脫皮現象，顆粒污泥從外到內逐層脫皮，並隨廢水流出反應器，而新形成顆粒污泥為黑色，並且保持了較好的處理效率。
2、 沉降速度
顆粒污泥的沉降效果可以用SVI和沉降速度來表示。因顆粒污泥都有比較高的SVI值，所以採用沉降速度更有代表性。好的顆粒污泥有良好的沉降速度，取1L的量筒，加清水至刻度線，將顆粒污泥少量加入，計算從1L刻度線沉到底部的時間，從而計算顆粒污泥的沉降速度，一般在20-80m/h的速度都能滿足要求。沉降速度與顆粒大小、比重等有一定關係，中空的大顆粒沉降速度較慢，屬於老化顆粒污泥，接種後最容易產生破裂，粒徑小於1mm的顆粒沉降速度也比較慢，但是活性較高，接種後應該保持相對較低的上升流速，待顆粒污泥沉降速度提高後，再逐步增加水力負荷和容積負荷。
對於含鈣較高的廢水，由於顆粒無機化較嚴重，顆粒的比重較大，沉降性能非常好。作為接種污泥時，需要注意有硬核大顆粒的數量，硬核大顆粒數量越多，污泥的無機化程度越高，活性則越低。
3、 活性
通常，需要通過試驗來確定顆粒污泥的產甲烷活性。目前，國內的運行項目中，運行較好的IC反應器，顆粒污泥產甲烷活性可達1kgCOD/kgVSS.d，當運行在0.6-0.8 kgCOD/kgVSS.d時，有很好的顆粒污泥增殖速度。對於從外購接種污泥的角度來評價顆粒污泥的活性，可按照VSS/TSS來確定污泥活性，比值越高活性越強，比值越低無機化程度越高，污泥活性越差。一般情況下，接種顆粒污泥調試時，控制在產甲烷活性的50%進行啟動，可以保證很好的啟動效果和增殖速度。
【形成顆粒污泥的條件】
從實際工程經驗來評估，顆粒污泥的優劣重點和上述三個方面有關，培育出好的顆粒污泥與水質、反應器和良好的控制條件有密切的關係。而同種廢水、同樣的反應器則直接受控制條件的影響，在我調試的反應器中，同時建造的兩座反應器，產出的顆粒污泥粒徑相差2mm以上，一個如小米粒大小，另一個反應器則可產出如黃豆大小的顆粒污泥。所以，控制條件對顆粒污泥的形成至關重要，國內也不乏用UASB培育出顆粒污泥的案例。從控制角度來說，重點需要主要以下方面。
1、反應器的影響
顆粒污泥的形成有多種推斷，但是萊廷格先生的一句話應該更明確的說明瞭顆粒形成的潛在原因：「緩慢生長的細菌和極度耐飢餓微生物（產甲烷、乙酸菌等）產生微生物聚集體，它們甚至在彼此追求中實現聚集狀態，並因此形成平衡生態體系而受益」。從這段話我們可以總結出顆粒污泥形成的原因必定是微生物互利共生作用的結果，每一個污泥顆粒都是一個或者許多個微小的「生態羣落」，不同類型的微生物之間通過「相互吸引」「相互追求來」來形成聚集體-顆粒。這也說明瞭，為什麼會在UASB中發現顆粒污泥，為什麼IC反應器比UASB更容易培養出顆粒污泥，因為反應器的結構下形成生長條件促進了微生物之間相互聚集的凝聚力，「讓沉降性能差的污泥組分被選擇性的洗出，且/或選擇性的保留適當的核心用於顆粒化」（摘自萊廷格先生自傳對顆粒污泥的描述）。
在IC反應器中，因為較大的內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則優勝劣汰的被留下來，並越長越好。正常的IC反應器的上升流速可達10m/h以上，沉降性能差的污泥根本難以保留在反應器中，留下的都是沉降性能好的顆粒。
在反應器的運行中，保留足夠大的上升流速，是形成顆粒污泥的一個必要條件。另外，布水的形式和均勻度等等都對顆粒污泥的形成有至關重要的作用。
2、容積負荷
容積負荷從另一個方面表示了顆粒污泥的生存空間，實踐表明在10-15kgCOD/m3.d容積負荷條件下，顆粒污泥能快速增值，當反應器容積負荷超過20kgCOD/m3.d時，顆粒污泥增值變的比較緩慢，顆粒污泥牀已經達到反應器一半高度的位置，這時候適當的排出顆粒污泥，會更容易形成顆粒的迅速增殖。
3、 污泥負荷
國內很少有文獻描述污泥負荷對顆粒污泥的形成影響。從本人實際的調試經驗總結得出，在0.6-0.8kgCOD/kgVSS.d的污泥負荷條件下，是形成優質顆粒污泥非常關鍵的參數，其甚至可以抵消很多不利因素，保證顆粒污泥的增殖和抗衝擊性。
當污泥負荷接近1kgCOD/kgVSS.d時，顆粒污泥硬度變差，顆粒表面開始長出「白毛」，並開始逐層脫落，反應器內絮狀泥增殖速度提高，絮狀泥佔的比重增加。產生這種現象的主要原因是污泥負荷過高，影響了顆粒污泥產酸菌產甲烷菌的平衡，產酸菌快速增值，而產甲烷菌的增殖速度遠低於產酸菌，從而影響了顆粒的結構，造成大量產酸菌聚集。在出現該問題的反應器中，不做任何調整，只降低污泥負荷半個月後，反應器便可見明顯的顆粒化加強，一個月以後顆粒污泥成為主導形態。在檸檬酸廢水、造紙廢水的調試中，均遇到過類似的問題。
4、 水力負荷
毫無疑問，水力負荷是形成顆粒的一個非常重要的外在因素，從反應器的進水量來看，保持3-5m/h的上升流速是非常必要的，能達到2m/h也能保證顆粒污泥的形成。水力負荷與顆粒的強度有一定的關係，在保證污泥負荷不是很高的前提下，高的水力負荷條件下顆粒污泥的強度較高。
5、進水濃度
進水COD濃度會影響顆粒污泥的粒徑。較高的進水COD濃度下，有機物的滲透能力較強，產生的顆粒污泥較大，隨著運行的持續，大顆粒、中空的顆粒數量也會越來越多，與顆粒較大後水質波動造成內部菌種因飢餓死亡有關。顆粒污泥可以適應COD=800~10000mg/L的進水濃度，並且保持較高的去除率。
6、預酸化度
預酸化度表示了廢水發生水解反應的進展，預酸化度越高說明產酸進行的約深入，廢水更容易降解和產生更多的沼氣。而越高的預酸化度預示著更低的顆粒污泥產量，因為預酸化程度越高，產酸菌在反應器內的繁殖速度越慢，而產酸菌是顆粒污泥實現快速增值的一個非常關鍵指標，其產泥係數遠高於產甲烷菌。受限於產酸菌的增殖緩慢，與產甲烷菌之間結合成生態菌落的數量和速度也降低。
7、絮狀泥含量
絮狀泥會佔據顆粒污泥生長的空間，良好的反應器中，絮狀泥很少，而大多數反應器很難做到這一點，這與運行人員對絮狀泥流出的認識有關。當反應器絮狀泥流出量較大時，運行人員往往會通過降低水力負荷保留絮狀泥來位置運行的容積負荷，而降低水力負荷不利於顆粒化的形成和絮狀泥的洗出。
8、運行的穩定性
不管何種反應器，運行條件的穩定都是保持微生物增殖的必要條件，保持同樣的運行條件並維持足夠長的一段時間，對顆粒污泥的生長至關重要，頻繁變動運行條件的水廠，顆粒污泥的整體產量比較低，而保持穩定條件運行的水廠顆粒污泥在經過一段時間的適應後，會快速形成顆粒化。而控制條件如溫度、有毒有害物質、硫酸鹽、亞硫酸鹽、pH等則是影響顆粒污泥生存、生長的基礎條件。
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