1、厭氧氨氧化顆粒污泥一、概述Anammox(Anaerobicammoniumoxidation)X藝稱為厭氧氨氧化工藝，是由荷蘭Delft技術 大學1990年提出的一種新型脫氮工藝。該工藝的原理是：在嚴格厭氧條件下，以亞硝氮為 電子受體，氨氮為電子供體，反應生成氮氣。厭氧氨氧化工藝是一項極具應用前景的工藝， 主要表現為：厭氧氨氧化是自養的微生物過程，即不需要添加任何有機物或還原性無機物作 為電子供體；厭氧氨氧化細菌倍增時間很長，污泥產率低，減少了污泥的二次處理量；厭氧 氨氧化為一產堿過程，結合氨氧化過程既可以利用氨氧化過程的產物亞硝氮作為反應物，同 時產生的堿度又可以中和氨氧化產生的酸度，節省

2、了化學試劑的用量。厭氧顆粒污泥是由產甲烷菌、產乙酸菌和水解發酵菌等形成的自凝聚體。它是由相互聚 集的、多物種的微生物構成的團體，具有生物致密、相對密度大、沉降速度快等特點，可使 反應器中保持有較高的污泥濃度和容積負荷，與傳統的活性污泥法相比，可簡化工藝流程、 降低成本等，因此它在水污染控制領域必將有更廣闊的發展前景二、厭氧顆粒污泥的形成機理、性質及微生物相2.1厭氧顆粒污泥的形成機理厭氧顆粒污泥形成的機理目前還處于研究階段，以下為幾種有代表性的假說： 2.1.1二次核學說二次核學說認為營養不足的衰弱顆粒污泥，在水利剪切力作用下，破裂成碎片，污泥碎 片可作為新內核，重新形成顆粒污泥。Groten

3、huis及其合作者分別用高低濃度基質培養顆粒 污泥，發現前者形成顆粒粒徑較大，而后者的粒徑較小，據此提出了二次核形成的模型。其 他研究者如楊虹、Beeftink等也提出過類似的二次核形成模型。二次核學說較好地說明了加 入少量顆粒污泥可加速顆粒化進程的現象。2.1.2三段理論學說Y.G.Yen等認為污泥顆粒化過程可分成三個階段：即積累階段、顆粒化階段和成熟階段。 他們認為顆粒污泥的增長速率呈指數增加，而粒徑表示的顆粒比生長速率等于細菌比生長速 率的1/3,在積累階段以后尤為如此。污泥顆粒開始階段生長非常緩慢，隨著運行的進行， 顆粒的生長加快，在運行一段時間之后，初始小顆粒平均直徑達到0.25mm

4、。在顆粒化階段 開始后，初始顆粒以最大比生長速率迅速增長，顆粒生長模式呈近似指數模式。當底物的有 效度低于0.8時，菌體并不以最大生長速率生長，它們也不全部凝聚在一起。隨著污泥顆粒 的不斷增大，比生長速率增加量不斷降低，當污泥顆粒達到一定大小時，比生長速率開始下 降，污泥顆粒中底物的缺乏和水力負荷與氣體負荷產生的剪切力的連續增加，會導致細菌衰 退。最后，污泥顆粒達到一定大小后，污泥顆粒內部在菌體衰退與顆粒解聚和菌體的生長與 凝聚之間達到一種動態平衡狀態，這種平衡隨著顆粒的生物和物理相互作用而變化。這樣， 在一定的操作條件和環境條件下，就形成了厭氧顆粒污泥。2.2厭氧顆粒污泥的性質厭氧顆粒污泥的

5、性質與培養條件有關。不同的培養條件，培養出來的各方面性質也不完 全相同。厭氧顆粒污泥的形狀大多數是具有相對規則的球形或橢球形。成熟的厭氧顆粒污泥 表面邊界清晰，直徑變化范圍為0.1145mm，最大直徑可達7mm。密度約在1.030-1.080kg/m3 之間。顏色取決于處理條件，特別是與Fe，Ni，Co等金屬的硫化物有關。厭氧顆粒污泥的 顏色通常是黑色或灰色。顆粒污泥有良好的沉降性能，Schmidt等認為其沉降速度范圍為 18-100m/h典型值在18-50m/h之間。2.3厭氧顆粒污泥的微生物相顆粒污泥主要由厭氧菌組成，如共生單胞菌屬、甲烷八疊球菌屬、甲烷絲狀菌屬等，但 同時還存在一些好氧菌

6、和兼性厭氧菌。甲烷菌在生物分類學上屬于古細菌，是絕對厭氧菌。 厭氧顆粒污泥中參與分解復雜有機物、生成甲烷的厭氧細菌可分為三類：第一類：水解發酵 菌，對有機物進行最初的分解，生成有機酸和酒精；第二類：產乙酸菌，對有機酸和酒精進 一步分解利用；第三類：產甲烷菌，將h2、co2、乙酸以及其它一些簡單轉化成為甲烷。水 解發酵菌、產乙酸菌和產甲烷細菌在顆粒污泥內生長、繁殖，各種細菌互營互生，菌絲交錯 相互結合形成復雜的菌群結構，增加了微生物組成鑒定的復雜性。三、厭氧顆粒污泥形成影響因素3.1接種污泥要培養出較好性能的厭氧顆粒污泥，選擇接種污泥及接種量的多少是至關重要的。接種 污泥按其來源可以劃分為顆粒污

7、泥和非顆粒污泥，共同點是種污泥內必須含有可降解目標廢 水中有機物的微生物。所需的接種量目前還沒有明確的界定，一般認為接種量為UASB反應 器有效容積的10%-30%為佳。Veigant等的研究表明，以消化過的污泥、牛糞等為接種物均 可生成顆粒污泥。國內的研究也表明用陰溝污泥、厭氧消化過的豬糞、雞糞、初沉池污泥等 為接種物都可形成顆粒污泥。吳唯民等還成功地在中溫下用好氧活性污泥作接種物，培養出 了性能良好的顆粒污泥。但研究表明采用顆粒污泥為種泥，可加快顆粒化進程，縮短反應器 的啟動時間。接種量以5-15 gVSS/L為宜，較大的接種量可縮短啟動的時間。對不同類型的 廢水和接種物，適宜接種量可能有

8、所差別。此外，微量元素及其它營養成分（如N、S、P、Fe、Mg2+、Fe2+、Ca2+等）、胞外多聚 物（EPS）溫度、PH值都對厭氧顆粒污泥的形成起到一定的影響作用。3.2水力負荷與污泥負荷的影響流動水的剪切作用對于顆粒污泥的形狀、質量傳遞、多聚糖產量、新陳代謝等多方面有 重要的影響。顆粒污泥的形成是在水力篩選的作用下形成的；當水力負荷提高到一定值時， 可沖走大部分的絮狀污泥，使密度較大的污泥積累在反應器底部，形成顆粒污泥。一旦形成 顆粒污泥，在目前的厭氧反應器水力負荷條件下都能保留住顆粒污泥，但過快的水力流速 （6m/h）會影響反應器內顆粒污泥結構的穩定，造成顆粒污泥解體，使出水中懸浮物含

9、量 增加。研究發現，UASB中適宜的高污泥負荷有利于厭氧顆粒污泥的快速形成，當污泥負荷 達到0.290.51kg/ （kgd）時，顆粒污泥開始大量形成，這一污泥負荷范圍最有利于顆粒 污泥的形成，當污泥負荷0.29kg/ （kgd）時，顆粒污泥形成很慢。污泥負荷影響顆粒污 泥的VSS/TSS，較高的污泥負荷給微生物提供充足的營養，促進其生長繁殖，可使污泥顆粒 內含有較多的微生物菌體，增大VSS/TSSo3.3進水水質及有機物濃度目前，人們已經成功地利用很多廢水培養出厭氧顆粒污泥，如釀造廢水、食品工業廢水、 造紙工業廢水和生活污水等。Fukuzaki等對淀粉、蔗糖、乙醇、丁酸鹽和丙酸鹽等不同基質

10、進行研究發現，所形成的顆粒污泥均表現出很高的沉降速率，由此在反應器內可保持了很高 的生物量。500天運行后最大COD去除速率（gCODL-1d-1）分別達到7.6（淀粉）、10.5（蔗糖）、 32.1 （乙醇）、42.6（丁酸鹽一丙酸鹽）。在不同基質下長期生長改變了細菌的種類和營養組成以 及顆粒污泥的特性。以淀粉或蔗糖為基質生長的顆粒比以乙醇或脂肪酸為基質生長的顆粒粒 徑大，而且具有更高的EPS。以脂肪酸為基質培養的顆粒含有相當多的無機鹽（灰分含量： 56%-63%），但EPS含量低，并表現出比其它三種顆粒更為密集的超微結構（亞顯微結構）。在 微酸環境中以乙醇為基質培養的顆粒污泥顯示最小的密度

11、、最高的vss和最低的灰分含量。 某些有機物如乙酸，也對厭氧顆粒污泥的形成起著一定的作用。當乙酸濃度較高時，甲烷八 疊球菌比增殖速率明顯高于甲烷絲菌，成為優勢甲烷菌;而濃度較低時，甲烷絲菌則成為優 勢甲烷菌，易造成污泥膨脹。培養顆粒污泥的進水COD濃度一般以1000-5000mg/L為宜， 高的進液濃度有利于底物向構成顆粒污泥的細菌細胞內傳遞，因而有利于顆粒污泥的形成和 生長。但濃度不能過高，過高時細菌生長過快，形成的污泥結構松散、沉降性能差；過低會 延長培養時間，甚至難以形成厭氧顆粒污泥。3.4溫度廢水中的厭氧處理主要依靠微生物的生命活動來達到處理的目的，不同微生物的生長需 要不同的溫度范圍

12、。溫度稍有幾度的差別，就可在兩類主要種群之間造成不平衡。因此，溫 度對顆粒污泥的培養很重要。顆粒污泥在低溫（1525C）、中溫（3040C）和高溫（5060C） 都有過成功的經驗。一般的，高溫較中溫的培養時間短，但由于高溫下NH3與某些化合物 混合毒性會增加，因而導致其應用上受一定的限制；中溫一般控制在35C左右，在其它條 件適當的情況下，經13個月可成功的培養出顆粒污泥；低溫下培養顆粒污泥的研究較少， 但有文獻報道在使用顆粒污泥低溫馴化后處理底濃度制藥廢水的實驗中，COD的去處率達 90%，取得了較好的效果2.因而低溫培養顆粒污泥將是今后的研究的重點之一。四、展望厭氧顆粒污泥技術在處理廢水中具有應用范圍廣、能耗低、負荷高、剩余污泥量少等優 點，尤其對高濃度有機廢水的處理效果更加顯著。但是厭氧顆粒污泥也存在著培養時間長、 溫度要求較高、脫氮除磷效果差等缺點，目前好多研究集中在對其培養時間、溫度等方面的 研究，并取得了顯著的成果。除此之外，我們以后的主要研究還應該集中在以下幾個方面：目前厭氧顆粒污泥技術主要應用于高濃度有機廢水的處理，我們應通過對厭氧顆粒污泥 形成的主要因素的進一步研究，確定不同條件下形成的厭氧顆粒污泥的特性，尋找出一種對 低濃度有機生活污水和