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顆粒污泥即我們常說的厭氧污泥，它的形成實際上是微生物固定化的一種形式，其外觀為具相對規則的球形或橢圓形黑色顆粒。光學顯微鏡下觀察，顆粒污泥呈多孔結構，表面一層透明膠狀物，其上附著甲烷菌。顆粒污泥靠近外表面部分的細胞密度較大，內部結構松散，粒徑大的顆粒污泥內部往往一個空腔。大而空的顆粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成為新生顆粒污泥的內核，一些大的顆粒污泥還會因內部產生的氣體不易釋放出去而容易上浮，以至被水流帶走，只要量不大，這也為一種正常現象。

厭氧反應器內顆粒污泥形成的過程稱之為顆粒污泥化，顆粒污泥化是大多數UASB反應器啟動的目標和成功的標志。污泥的顆粒化可以使UASB反應器允許更高的機物容積負荷和水力負荷。

厭氧反應器內的顆粒污泥其實是一個的微生物水處理系統。這些微生物在厭氧環境中將難降解的機物轉化為甲烷、二氧化碳等氣體與水系統分離并實現菌體增殖，通過這種方式污水得到凈化。這里面涉及到兩類關系為密切的厭氧菌：產酸菌和產甲烷菌。產酸菌將機物轉化為揮發性機酸，而產甲烷菌利用這些機酸把他們轉化為甲烷、二氧化碳等氣體，這時污水得到凈化。在這個過程中，對于凈化污水來說，起關鍵的是甲烷菌，而甲烷菌對于環境的變化是相當敏感的，一旦溫度、pH、毒物質侵入、負荷等因素變化，均易引發其活力的下降，導致揮發酸積累，揮發酸積累的直接后果是系統pH下降，如此循環，厭氧反應器開始“酸化”。