颗粒化过程是单一分散的厌氧微生物聚集生长成颗粒污泥的过程，是一个复杂而且持续时间较长的过程，影响因素很多。颗粒污泥的形成过程由多个阶段组成:a.与基质(可以是，也可以是**、无机材料)的吸引粘连过程;b.微生物聚集体的形成;c.成熟污泥的形成。
与基体的吸引粘连过程，是颗粒污泥形成的开始阶段，也是决定污泥结构的重要阶段。一般来说，与基质之间的排斥力阻碍着两者的接近，但离子强度的改变，ca2+、 mg2+的电荷中和作用以及 ecp 的作用可以降低排斥位能，促进向基体接近。与基质接近后，通过的附属物如甲烷髦毛菌的菌丝，或通过多聚物的黏结，将黏结到基上。随着粘连到基质上的数目的增多，形成多种微生物群系互营发生的聚集体，即具有初步代谢作用的微污泥体。微生物聚集体在适宜的条件下，各种微生物竞相繁殖，较终开成沉降性能良好、产甲烷活性高的颗粒污泥。
目前大多数学说着眼于颗粒化**阶段，对第二、三阶段的研究工作则不多见。针对基体的不同，研究者提出了不同的颗粒污泥形成机制。macleod 等根据所观察到的颗粒污泥的层次分布情况，认为甲烷髦毛菌相互聚集在一起形成具有框架结构的内核，从而使产乙酸菌以及氢营养菌附着其上，最后是发酵性(产酸菌及其他氢营养菌)在外围生长，由此形成颗粒污泥。吴唯民等人在脂肪酸降解颗粒污泥的形成过程中发现，甲酸甲烷杆菌先粘连在马氏甲烷八叠球菌上形成聚集体，而甲酸甲烷杆菌、甲烷髦毛菌、丁酸降解菌构成互营内酸-丁酸降解聚集体，最后两类聚集体通过甲酸甲烷杆菌的连接形成颗粒污泥。
二次核学说认为营养不足的衰弱颗粒污泥，在水流剪切力作用下，破裂成碎片，污泥石片可作为新内核，重新形成颗粒污泥。grotenhuis及其合作者分别用高低浓度基质培养颗米污泥，发现前者形成颗粒粒径较大，而后者的粒径较小，据此提出了二次核形成的模型。其地研究者如杨虹、beeftink 等也提出过类似的二次核形成模型。二次核学说较好地说明了加
人少量颗粒污泥可加速颗粒化进程的现象，已为大多数研究者接受。
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