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升流式厭氧污泥床反應器(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、有毒物質控制、堿度及揮發(fā)酸的控制等。

1、UASB反應器的啟動控制
      UASB反應器的啟動控制通常指對一個新建的UASB系統(tǒng)以未經馴化的非顆粒污泥接種，使反應器達到設計負荷和有機物去除效率的過程。通常這一過程伴隨著顆?；耐瓿?，因此也稱為污泥的顆?；?br />      （1）污泥接種
          處理工業(yè)廢水的UASB反應器，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反應器排出的新鮮剩余污泥，反應器啟動很迅速，如接種顆粒污泥量達2～2.2m高的污泥床區(qū)，兩周即可達到設計負荷；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，特別是產甲烷菌的增殖很慢，厭氧反應器的啟動需要較長時間，這被認為是高速厭氧反應器的一個不足之處。但是一旦完成啟動，停止運行后的再次啟動可以迅速完成。當使用現有廢水處理系統(tǒng)的厭氧顆粒污泥啟動時，它比其他任何高速厭氧反應器的啟動要快得多。關于UASB反應器初次啟動的要點見表1.

表1  UASB反應器初次啟動的要點
種泥
①可供細菌附著的載體物質微粒對細胞的聚集是有益的
②種泥的比產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粒化過程。
啟動操作模式
啟動中必須相當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器；
②當進液COD濃度大于5000mg/L時采用出水循環(huán)或稀釋進液；
③逐漸增加有機負荷，有機負荷的增加應當在可降解COD能被去除80%后再進行；
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?；目焖傩纬?，但濃度也應當足夠維持良好的細菌生長條件，最小的COD濃度應為1000mg/L；
② 廢水性質：過量的懸浮物阻礙顆粒化的形成；
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。當廢水含有蛋白質時，應使蛋白質盡可能降解。
④ 金屬離子：高的離子濃度（如Ca2+、Mg2+）能引起化學沉淀（CaCO3、CaHPO4、MgNH4PO4），由此導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 反應器內的pH值應始終保持在6.2以上；
③ N、P、S等營養(yǎng)物質和微量元素（如Fe、Ni、Co）應當滿足微生物生長的需要；
④毒性化合物應當低于抑制濃度或給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，反應器的有機負荷一般控制在2.0kgCOD/(m3·d) 以下，運行時間約需1～1.5個月。在此運行階段內必須注意以下幾點：a. 最初的污泥負荷應采取0.05～0.2kgCOD/（kgVSS·d）；b. 廢水中原有的及處理過程中產生出來的各種揮發(fā)酸未能有效分解之前，不應增加反應器的負荷；c. 反應器內的環(huán)境條件應控制在有利于厭氧微生物良好繁殖的狀態(tài)下。同時在UASB反應器投產時還需注意使反應器能有效地截留重質污泥并允許多余的穩(wěn)定性差的污泥隨出水流出反應器，在此階段內，污泥對被處理水的特性逐漸適應，其活性也相應地不斷得到提高。
        ② 第二階段為顆粒污泥形成階段   在此階段內，有機負荷一般控制在2.0～5.0kgCOD/(m3·d)。由于有機負荷逐漸提高，那些顆粒比較細小和沉降性能比較差的污泥將隨出水流出反應器，而重質污泥則留在反應器內。由于產氣及其攪拌作用，截留在反應器內的污泥將在重質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，反應器的有機負荷大于5kgCOD/(m3·d)。隨著有機負荷的不斷提高，反應器內的污泥濃度逐步提高，顆粒污泥床的高度也相應地不斷增高，正常運行時。此階段內的有機負荷可逐漸增加至30～50kgCOD/（m3·d）或更高。通常當接種污泥充足且操作條件控制得當時，形成具有一定高度的顆粒污泥床需要3～6個月。
      （2）進水控制
        UASB啟動期間的進水控制包括進水方式及進水pH值、溫度控制等。
        啟動初期的進水方式可采用間歇進水或連續(xù)小流量進水，前者可采用出水回流與原水混合，然后間歇脈沖進料，一天進料5～8次；后者采用低于設計流量的連續(xù)進水，根據污泥馴化情況逐漸增加進水流量。
        啟動期間的進水pH值應根據出水pH值進行控制，通?？刂频?.5～8.0范圍內比較適宜。
        通過對回流水加熱，將進水溫度維持在高于反應器工作溫度8～15℃范圍，可保證微生物在規(guī)定的工作條件下進行正常的厭氧發(fā)酵。
 
2、UASB反應器的運行控制
        處理效果良好的UASB反應器內通?？尚纬纱罅康念w粒污泥，顆粒污泥內活性生物量占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。其相關指標為：相對密度1.01～1.05，粒徑0.5～3mm(最大可達5mm)，沉降速度5～10mm/s，污泥指數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反應器效能的因素主要有進水水質、接種污泥性質、工藝條件等。
       （1）進水底物的控制
        運行中一般控制厭氧反應器中C:N:P為（200～300）：5：1；且研究表明，采用未經酸化的廢水培養(yǎng)顆粒污泥時，其過程要比由揮發(fā)酸為主要基質的廢水更快；UASB反應器啟動時，進水COD的濃度宜控制在4000～5000mg/L。
      （2）進水中SS的控制
         UASB反應器與其他厭氧生物處理工藝的明顯不同是對進水SS的嚴格控制。若進水中SS濃度過高，一則不利于污泥與進水中有機底物的充分接觸而影響產氣；二則容易造成反應器的堵塞。研究表明，進水中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反應器的處理效果；對于高濃度有機廢水，SS/COD須控制在0.5以下。
       （3）有毒有害物質的控制
        對厭氧微生物有毒有害的物質包括氨氮、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甲烷菌競爭氮原子而抑制產甲烷過程；二則是硫酸根還原產生的未離解態(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便可產生抑制作用。一般情況下，UASB反應器中硫酸鹽離子濃度不宜大于5000mg/L，運行中COD/SO42-應大于10。
       （4）堿度和揮發(fā)酸濃度的控制
         UASB反應器內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，又會導致pH值過高。
        在UASB反應器中，由于緩沖物質的存在，僅根據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甲烷菌的活性和產氣量，一般來講，VFA的濃度需小于200mg/L。