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升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)的過程控制

文章出處：未知發(fā)表時間：2021-07-02 15:40:26

       UASB反應(yīng)器的過程控制包括啟動控制和運行控制，其中啟動控制主要包括污泥接種、進(jìn)水控制、顆粒污泥的培養(yǎng)等，運行控制包括廢水營養(yǎng)要求、懸浮固體控制、有毒物質(zhì)控制、堿度及揮發(fā)酸的控制等。

1、UASB反應(yīng)器的啟動控制
      UASB反應(yīng)器的啟動控制通常指對一個新建的UASB系統(tǒng)以未經(jīng)馴化的非顆粒污泥接種，使反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計負(fù)荷和有機(jī)物去除效率的過程。通常這一過程伴隨著顆?；耐瓿?，因此也稱為污泥的顆粒化。
     （1）污泥接種
          處理工業(yè)廢水的UASB反應(yīng)器，在啟動前必須投加接種污泥，接種污泥首先選擇處理同類廢水UASB反應(yīng)器排出的新鮮剩余污泥，反應(yīng)器啟動很迅速，如接種顆粒污泥量達(dá)2～2.2m高的污泥床區(qū)，兩周即可達(dá)到設(shè)計負(fù)荷；其次選擇厭氧絮體污泥如城市污水廠消化池污泥，接種量以整個反應(yīng)器容積計，以6～8kgVSS/m3為宜；最后選擇好氧污泥，如好氧活性污泥過程的二沉池剩余污泥或生物膜過程的二沉池沉淀污泥，接種量以8～10kgVSS/m3為宜。
         由于厭氧微生物，特別是產(chǎn)甲烷菌的增殖很慢，厭氧反應(yīng)器的啟動需要較長時間，這被認(rèn)為是高速厭氧反應(yīng)器的一個不足之處。但是一旦完成啟動，停止運行后的再次啟動可以迅速完成。當(dāng)使用現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)的厭氧顆粒污泥啟動時，它比其他任何高速厭氧反應(yīng)器的啟動要快得多。關(guān)于UASB反應(yīng)器初次啟動的要點見表1.

表1  UASB反應(yīng)器初次啟動的要點
種泥
①可供細(xì)菌附著的載體物質(zhì)微粒對細(xì)胞的聚集是有益的
②種泥的比產(chǎn)甲烷活性對啟動的影響不大。盡管濃度大于60gSS/L的稠消化污泥的產(chǎn)甲烷活性小于較稀的消化污泥，前者卻更有利于UASB的初次啟動。
③添加部分顆粒污泥或破碎的顆粒污泥也可以提高顆?；^程。
啟動操作模式
啟動中必須相當(dāng)充分地洗出接種污泥中較輕的污泥，保存較重的污泥，以推動顆粒污泥在其中形成。推薦的要點如下：
①洗出的污泥不再返回反應(yīng)器；
②當(dāng)進(jìn)液COD濃度大于5000mg/L時采用出水循環(huán)或稀釋進(jìn)液；
③逐漸增加有機(jī)負(fù)荷，有機(jī)負(fù)荷的增加應(yīng)當(dāng)在可降解COD能被去除80%后再進(jìn)行；
④保持乙酸的濃度始終低于1000mg/L；
⑤啟動時稠型污泥的接種量大約為10～15kgVSS/m3，濃度小于40gSS/L的稀消化污泥的接種量可以略小些。
廢水特征
①廢水濃度：低濃度廢水有利于顆粒化的快速形成，但濃度也應(yīng)當(dāng)足夠維持良好的細(xì)菌生長條件，最小的COD濃度應(yīng)為1000mg/L；
② 廢水性質(zhì)：過量的懸浮物阻礙顆?；男纬?；
③ 廢水成分：以溶解性碳水化合物為主要底物的廢水比以VFA為主要底物的廢水顆?；^程快。當(dāng)廢水含有蛋白質(zhì)時，應(yīng)使蛋白質(zhì)盡可能降解。
④ 金屬離子：高的離子濃度（如Ca2+、Mg2+）能引起化學(xué)沉淀（CaCO3、CaHPO4、MgNH4PO4），由此導(dǎo)致形成灰分含量高的顆粒污泥。
環(huán)境因素
① 在中溫范圍，最佳溫度為38～40℃；高溫范圍為50～60℃；
② 反應(yīng)器內(nèi)的pH值應(yīng)始終保持在6.2以上；
③ N、P、S等營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素（如Fe、Ni、Co）應(yīng)當(dāng)滿足微生物生長的需要；
④毒性化合物應(yīng)當(dāng)?shù)陀谝种茲舛然蚪o予污泥足夠的馴化時間。
 
       由表1可以看出，UASB系統(tǒng)的初次啟動和顆粒污泥的形成過程一般可分為3個階段。
       ① 第一階段為啟動與污泥活性提高階段   在此階段內(nèi)，反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷一般控制在2.0kgCOD/(m3·d) 以下，運行時間約需1～1.5個月。在此運行階段內(nèi)必須注意以下幾點：a. 最初的污泥負(fù)荷應(yīng)采取0.05～0.2kgCOD/（kgVSS·d）；b. 廢水中原有的及處理過程中產(chǎn)生出來的各種揮發(fā)酸未能有效分解之前，不應(yīng)增加反應(yīng)器的負(fù)荷；c. 反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境條件應(yīng)控制在有利于厭氧微生物良好繁殖的狀態(tài)下。同時在UASB反應(yīng)器投產(chǎn)時還需注意使反應(yīng)器能有效地截留重質(zhì)污泥并允許多余的穩(wěn)定性差的污泥隨出水流出反應(yīng)器，在此階段內(nèi)，污泥對被處理水的特性逐漸適應(yīng)，其活性也相應(yīng)地不斷得到提高。
        ② 第二階段為顆粒污泥形成階段   在此階段內(nèi)，有機(jī)負(fù)荷一般控制在2.0～5.0kgCOD/(m3·d)。由于有機(jī)負(fù)荷逐漸提高，那些顆粒比較細(xì)小和沉降性能比較差的污泥將隨出水流出反應(yīng)器，而重質(zhì)污泥則留在反應(yīng)器內(nèi)。由于產(chǎn)氣及其攪拌作用，截留在反應(yīng)器內(nèi)的污泥將在重質(zhì)污泥顆粒的表面富集、絮凝并生長繁殖，做最終形成粒徑為1～5mm的顆粒。在污泥負(fù)荷為0.6kgCOD/(kgVSS·d)時，可觀察到顆粒污泥的形成。此階段一般也需要1～1.5個月。
        ③ 第三階段為污泥床形成階段  在此階段內(nèi)，反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷大于5kgCOD/(m3·d)。隨著有機(jī)負(fù)荷的不斷提高，反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度逐步提高，顆粒污泥床的高度也相應(yīng)地不斷增高，正常運行時。此階段內(nèi)的有機(jī)負(fù)荷可逐漸增加至30～50kgCOD/（m3·d）或更高。通常當(dāng)接種污泥充足且操作條件控制得當(dāng)時，形成具有一定高度的顆粒污泥床需要3～6個月。
      （2）進(jìn)水控制
        UASB啟動期間的進(jìn)水控制包括進(jìn)水方式及進(jìn)水pH值、溫度控制等。
        啟動初期的進(jìn)水方式可采用間歇進(jìn)水或連續(xù)小流量進(jìn)水，前者可采用出水回流與原水混合，然后間歇脈沖進(jìn)料，一天進(jìn)料5～8次；后者采用低于設(shè)計流量的連續(xù)進(jìn)水，根據(jù)污泥馴化情況逐漸增加進(jìn)水流量。
        啟動期間的進(jìn)水pH值應(yīng)根據(jù)出水pH值進(jìn)行控制，通?？刂频?.5～8.0范圍內(nèi)比較適宜。
        通過對回流水加熱，將進(jìn)水溫度維持在高于反應(yīng)器工作溫度8～15℃范圍，可保證微生物在規(guī)定的工作條件下進(jìn)行正常的厭氧發(fā)酵。
 
2、UASB反應(yīng)器的運行控制
        處理效果良好的UASB反應(yīng)器內(nèi)通?？尚纬纱罅康念w粒污泥，顆粒污泥內(nèi)活性生物量占70%～80%，外觀為球形或橢球形，呈灰黑或褐黑色，表面包裹肉眼可見的灰白色生物膜。其相關(guān)指標(biāo)為：相對密度1.01～1.05，粒徑0.5～3mm(最大可達(dá)5mm)，沉降速度5～10mm/s，污泥指數(shù)SVI值為10～20mL/gMLSS。VSS/SS值為70%～80%，碳、氫、氮含量分別為40%～50%、7%和10%左右。
影響顆粒污泥形成或UASB反應(yīng)器效能的因素主要有進(jìn)水水質(zhì)、接種污泥性質(zhì)、工藝條件等。
       （1）進(jìn)水底物的控制
        運行中一般控制厭氧反應(yīng)器中C:N:P為（200～300）：5：1；且研究表明，采用未經(jīng)酸化的廢水培養(yǎng)顆粒污泥時，其過程要比由揮發(fā)酸為主要基質(zhì)的廢水更快；UASB反應(yīng)器啟動時，進(jìn)水COD的濃度宜控制在4000～5000mg/L。
      （2）進(jìn)水中SS的控制
         UASB反應(yīng)器與其他厭氧生物處理工藝的明顯不同是對進(jìn)水SS的嚴(yán)格控制。若進(jìn)水中SS濃度過高，一則不利于污泥與進(jìn)水中有機(jī)底物的充分接觸而影響產(chǎn)氣；二則容易造成反應(yīng)器的堵塞。研究表明，進(jìn)水中SS濃度小于2000mg/L時，可成功地培養(yǎng)顆粒污泥。對于低濃度廢水，SS/COD值為0.5時，不影響UASB反應(yīng)器的處理效果；對于高濃度有機(jī)廢水，SS/COD須控制在0.5以下。
       （3）有毒有害物質(zhì)的控制
        對厭氧微生物有毒有害的物質(zhì)包括氨氮、硫酸鹽、重金屬、堿土金屬、二氯甲烷、氰化物、酚類、硝酸鹽和氯氣等，其中氨氮濃度在50～1500mg/L時，對厭氧微生物有刺激作用；氨氮濃度的1500～3000mg/L時，將產(chǎn)生明顯的抑制作用，一般宜將其控制在1000mg/L以下。
        廢水中硫酸鹽含量較高時，一則硫酸鹽還原菌會與產(chǎn)甲烷菌競爭氮原子而抑制產(chǎn)甲烷過程；二則是硫酸根還原產(chǎn)生的未離解態(tài)硫化氫對微生物毒性很大。研究表明，COD/SO42-比值小于10時，硫化物濃度超過100mg/L便可產(chǎn)生抑制作用。一般情況下，UASB反應(yīng)器中硫酸鹽離子濃度不宜大于5000mg/L，運行中COD/SO42-應(yīng)大于10。
       （4）堿度和揮發(fā)酸濃度的控制
         UASB反應(yīng)器內(nèi)堿度的正常范圍一般為1000～5000mg/L，堿度不夠，則會因緩沖能力不夠而使消化液的pH值降低；監(jiān)督過高，又會導(dǎo)致pH值過高。
        在UASB反應(yīng)器中，由于緩沖物質(zhì)的存在，僅根據(jù)pH值難以判斷揮發(fā)酸的累積情況，而揮發(fā)酸的過量累積將直接影響產(chǎn)甲烷菌的活性和產(chǎn)氣量，一般來講，VFA的濃度需小于200mg/L。