工业泻湖消化器中产甲烷颗粒污泥的多显微结构解析及其自发形成机制研究

本研究首次报道了在连续运行14年的鸡肉加工厂泻湖消化器（容积～104 ?m3 ）中自发形成的产甲烷颗粒污泥。通过多尺度显微技术揭示了其与UASB反应器颗粒相似的分层结构、中心核化现象及功能稳定性，为低剪切力环境下微生物自组装机制提供了新认知，挑战了传统颗粒化理论。

　　

在废水处理领域，厌氧消化技术因其低成本和高甲烷产率被广泛应用，但高效反应器的优化始终依赖于颗粒污泥的形成机制。传统理论认为，颗粒化需要UASB反应器中强烈的上升流剪切力，而泻湖消化器因静态条件被认为难以形成颗粒。然而，阿根廷国立卢汉大学的研究团队在分析鸡肉加工厂泻湖消化器（80m×45m×2m，200m³
/h流量）时，意外发现了0.5-13mm的稳定颗粒污泥，这一发现发表于《Bioresource Technology Reports》。

研究采用扫描电镜(SEM)、共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)和能量色散X射线光谱(EDS)等技术，结合阿根廷"Las Camelias"工厂的污泥样本（保存3年仍稳定）。结果显示：颗粒呈扁平椭球状，具有同心生长层；中心含木质组织或黄铁矿晶体（含C/O/Fe/S元素），暗示其核化作用；1mm颗粒外周微生物活性最高，而大颗粒中心出现扩散限制；丝状微生物和富含多糖的胞外聚合物(EPS)维持了结构稳定性。

关键发现包括：1）形态学特征：颗粒与UASB产物相似但形状更扁平，表面多孔且含微生物聚集体；2）核化机制：中心晶体和生物碎片可能启动颗粒化，类似生物膜形成；3）功能分区：产甲烷主要发生在近外周区域；4）稳定性：导电矿物可能促进直接种间电子传递(DIET)。

该研究首次证实泻湖环境可自发形成颗粒污泥，挑战了剪切力为颗粒化必要条件的认知。中心惰性物质的核化作用、EPS的稳定功能以及DIET的潜在贡献，为低能耗废水处理系统设计提供了新思路。作者团队（Lucas S. Miranda等）特别指出，这种颗粒在静态系统中的长期稳定性（>3年）具有重要工程应用价值，未来研究可聚焦于其形成动力学与导电矿物的作用机制。