高效厌氧生物反应器调试UASB

UASB一、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）调试计划：1.UASB反应器的反应原理UASB反应器可分为三个区域，反应区和沉淀区和气、液、固三相分离区。在反应区下部，是由沉淀性能良好的污泥（颗粒污泥或絮状污泥），形成厌氧污泥床。当废水由反应器底部进入反应器后，由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成了良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的污泥床上方形成相对稀薄的污泥悬浮层。悬浮液进入分离区后，气体首先进入集气室被分离，含有悬浮液的废水进入分离区的沉降室，由于气体已被分离，在沉降室扰动很小，污泥在此沉降，由斜面返回反应区。2.UASB反应器运行的三个重要前提：反应器内形成沉淀性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。由于产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用。合理的三相分离器使沉淀性能良好污泥能保留在反应区内。3.UASB反应器启动运行的四个阶段：3.1第一阶段：UASB启动运行初始阶段：选用接种污泥：选用污水厂污泥消化池的消化污泥接种（具有一定的产甲烷活性）。接种污泥的方法：接种污泥量、接种污泥的浓度方法：将含固80%的接种污泥加水搅拌后，均匀倒入到UASB反应池。接种污泥量：接种污泥量为UASB反应器的有效容积的30%到50%，最少15%，一般为30%。接种污泥的填充量不超过UASB反应器的有效容积的60%。本系统接种污泥量为80m3。接种污泥的浓度：初启动时，稀型污泥的接种量为20到30kgVSS/m3,浓度小于40kgVSS/m3的稠型硝化污泥接种量可以略小些。亦有建议以6-8kgVSS/m3为宜，因为消化污泥一般为絮状体，不宜接种太多，太对了对颗粒污泥不但没有好出，反而不利，种泥即污泥种的意思，种泥太多事没有必要的，颗粒污泥并非是种泥本身形成的，而是以种泥为种子，在提供充足的营养基质下由新繁殖的微生物形成，种泥多了，反而会与初生得颗粒污泥争夺养分，不利于颗粒污泥的形成。接种污泥时的水质配制低浓度的废水有利于颗粒污泥的形成，但浓度也应当足够维持良好的细菌生长条件，因此，初始配水最低CODcr浓度为2000mg/L，然后逐步提高有机负荷直到可降解的CODcr去除率达到80%为止。当进水CODcr浓度高时，可采用稀释水进水,调节到适宜的CODcr浓度值。3.2第二阶段（初始运行阶段）（估计30天）初始阶段是指反应器负荷低于2kgCODcr/m3·d的运行阶段，此阶段反应器的负荷由0.1kgCODcr/m3·d开始，逐步分多次提升到2kgCOD/m3·d。开始采用间歇进水，污泥负荷宜控制在0.05-0.2kgCODcr/(KgVss·d),当接种污泥逐渐适应废水后，污泥逐渐具有除去有机物的能力，当CODcr去除率达到80%，或出水有机酸浓度低于200-300mg/L,可以提升进水负荷大约为0.5kgCODcr/m3·d，此时进水有间歇进水改为连续进水。提升CODcr浓度标准为:当可生物降解的CODcr去除率达到80%后方可提高，直到达2kgCOD/m3·d为初始阶段。在这段运行中，有少量的非常细小的分散污泥带出，其主要原因是水的上流速度和逐渐产生的少量沼气初始运行阶段，每日测定进,出水流量、pH、CODcr、ALK、VFA、SS等项目，经测定结果判断，若出水VFA＜3mmol/l，VFA/ALK=0.3以下，表示UASB系统运行正常。3.3第三阶段：颗粒污泥出现期（预计25天）结束初期启动后，污泥已适应废水性质并具有一定除去有机物的能力，这时应及时提升污泥负荷为0.25kgCODcr/kgVSS·d或进水容积负荷2.0kgCODcr/m3·d，使微生物获得足够的营养。反应器的有机负荷由2kgCOD/m3·d到3.0kgCOD/m3·d的运行阶段此阶段的反应负荷由2kgCOD/m3·d开始，每次0.1kgCOD/m3·d有机负荷提升，也可以每次负荷增加20%，每次操作所需时间长短不同，有时可长达两周，有时仅几天，经过多次重复操作可达到设计指标。但提升有机负荷的标准与监测项目判断运行正常的方法同初始运行阶段。在这段运行中，由于提升水量大，COD浓度高，产气量和上流速度的增加引起污泥膨胀，污泥量带出量多，大多为细小非分散的污泥或部分絮状污泥。这种污泥的带出，有利于颗粒化污泥的形成。3.4第四阶段：颗粒污泥培养期（30天）本阶段的任务是要实现反应器内德污泥全部颗粒化或使反应器达到设计负荷，为了加速污泥的增值，应尽快把污泥负荷提高至0.4-0.5kgCODcr/kgVSS·d，使微生物获得充足养料，促进其快速增长。这一阶段是指反应器的有机负荷达到设计指标3.0kgCOD/m3·d，以后的稳定运行阶段。在这段的运行中，PH值、温度、有机负荷、VFA、ALK等各项操作参数严格控制，逐步形成颗粒污泥。注：1、自初始阶段开始，每日监测项目一次，进、出水PH值、COD、SS、VFA、ALK、流量。2、根据监测结果进行分析、判断、及时调整进水量、浓度、保持稳定运行。4.UASB反应器调试运行控制工艺参数4.1反应温度（常温）：20±2℃，指反应器内反应液的温度，高出细菌的生长温度的上限，将导致细菌死亡。当温度下降并低于温度范围的下限时，从整体上讲，细菌不会死亡，而只是逐渐停止或减弱代谢活动，菌种处于休眠状态。4.2COD，pH值：正常情况下进水总流量调节并保持在50-105m3/h（流量可通过调节进两组厌氧池的总阀门调节完成），进水COD控制在小于2000mg/l，pH值范围为6.8~7.8，最佳PH值范围为6.8~7.2。pH值范围是指UASB反应器内反应区的pH，而不是进液的pH。因为废水进入反应器内，生物化学过程和稀释作用可以迅速改变进液的pH值。对pH值改变最大的影响因素是酸的形成，特别是乙酸的形成。因此含有大量溶解性碳水化合物（如糖、淀粉）等废水进入反应器后pH将迅速降低。而乙酸化的废水进入反应器后pH将上升。对于含大量蛋白质或氨基酸的废水，由于氨的形成，pH会略有上升。对不同的废水可选择不同的进液pH值。4.3出水VFA的浓度与组成因为VFA的去除程度可以直接反映出反应器运行的状况，在正常情况下，底物由酸化菌转化为VFA，VFA可被甲烷菌转化甲烷，因此甲烷菌活跃时，出水VFA浓度较低，当出水VFA浓度低于3mmol/l（或200mg乙酸/L）时，反应器运行状态最为良好。4.4营养物与微量元素主要营养物氮、磷、钾和硫等以及其他的生长必须的微量元素。例如（Fe、Ni、Co）应当满足微生物生长的需要。一般N和P的要求大约为COD：N：P=（350~500）：5：1，但由于发酵产酸菌的生长速率大大高于甲烷菌，因此较为精确的估算应当是COD：N：P：S=（50/Y）：5：1，其中Y为细胞产率，对于发酵产酸菌Y=0.15；对于产甲烷菌Y=0.03,此外,甲烷菌细胞组成中有较高浓度的铁、镍和钴。4.5毒物：毒性化合物应当低于抑制浓度或应给于污泥足够的驯化时间。如：氨氮、无机硫化物、盐类、重金属、非极性有机化合物（挥发性脂肪酸）等，在运行中都要根据监测结果进行判断，及时调整处理。5.UASB初次启动过程的注意事项：5.1对初期启动UASB目标要明确。对UASB（第一阶段）启动初期，不要追求反应器的处理效率和出水质量。初期的目标是使反应器逐渐进入“工作”状态。是使菌种由休眠状态恢复、活化的过程。在这一过程中，当菌种从休眠状态中恢复到营养细胞的状态后，它们还要经历对废水性质的适应。在整个驯化增殖过程中，而原种污泥中可能浓度较低甲烷菌增长速度相对于产酸菌要慢得多。因此在颗粒污泥出现前的这一段相当长。这一段不可能快，也不能有较大的负荷。5.2当废水CODcr浓度低于2000mg/L时，一般不需要稀释，可直接进液。当废水CODcr浓度高于2000mg/L时，可采用进水稀释，增大进水量，促使处理设施水流分布均匀。5.3负荷增加的操作方法：启动最初负荷可从0.1~2.0kgCOD/m3·d开始，当降解的CODcr去除率达到80%后，再逐步增大负荷。负荷不应增加太快，只要略高于容积负荷0.1kgCOD/m3·d即可。水力保留时间大于24小时。连续运行。直到有气体产生。5天后检查产气是否达到略高于0.1m3/m3·d。如果5天后反应器产气量仍未达到这一数值，可以停止进水，3天后再恢复进液，直到产气量增加达到0.1m3/m3·d。检查出水VFA，VFA过高，则表示反应器负荷相当于当时的菌种活力偏高。出水VFA若高于8mmol/l，则停止进水，直到反应器内VFA低于3mmol/l后，再继续以原浓度、原负荷进水，如果出水VFA低于3mmol/l，说明反应器运行良好。5.4增加负荷量：增加负荷量可以通过增大进水量，或者降低进水稀释比的方法，负荷每次可提升20~30%，可以重复进行。每次操作所需时间长短不同，有时长达两周，有时仅需几天，要根据监测数据判断，直到达到设计负荷为止。5.5水力停留时间：水力停留时间对于厌氧工艺的影响是通过上升流速来表现的。一方面高的液体流速增加污水系统内进水区的扰动，因此增加了生物污泥与进水有机物之间的接触，有利于提高去除率。在采用传统的UASB系统的情况下，上升流速的平均值一般不超过0.5m/h。这是为保证颗粒污泥形成的重要条件之一。5.6运行中始终保持VFA/ALK=0.3以下。否则挥发性脂肪酸积累运行失败。6.厌氧生物处理的影响因素一类是基础因素，包括微生物量(污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。6.1温度——厌氧废水处理分为低温、中温和高温三类。迄今大多数厌氧废水处理系统在中温范围运行，在此范围温度每升高10℃，厌氧反应速度约增加一倍。其最佳处理温度在30-38℃间。在上述范围内，温度的微小波动（如1-3℃）对厌氧工艺不会有明显影响，但如果温度下降幅度过大（超过5℃），则由于污泥活力的降低，反应器的负荷也应当降低以防止由于过负荷引起反应器酸积累等问题，即我们常说的“酸化”，否则沼气产量会明显下降，甚至停止产生，与此同时挥发酸积累，出水pH下降，COD值升高。注：以上所谓温度指厌氧反应器内温度6.2pH厌氧处理的这一pH范围是指反应器内反应区的pH，而不是进液的pH，因为废水进入反应器内，生物化学过程和稀释作用可以迅速改变进液的pH值。反应器出液的pH一般等于或接近于反应器内的pH。对pH值改变最大的影响因素是酸的形成，特别是乙酸的形成。因此含有大量溶解性碳水化合物（例如糖、淀粉）等废水进入反应器后pH将迅速降低，而己酸化的废水进入反应器后pH将上升。对于含大量蛋白质或氨基酸的废水，由于氨的形成，pH会略上升。反应器出液的pH一般会等于或接近于反应器内的pH。pH值是废水厌氧处理最重要的影响因素之一，厌氧处理中，水解菌与产酸菌对pH有较大范围的适应性，大多数这类细菌可以在pH为5.0-8.5范围生长良好，一些产酸菌在pH小于5.0时仍可生长。但通常对pH敏感的甲烷菌适宜的生长pH为6.8-7.2，这也是通常情况下厌氧处理所应控制的pH范围。进水pH条件失常首先表现在使产甲烷作用受到抑制（表现为沼气产生量降低，出水COD值升高），即使在产酸过程中形成的有机酸不能被正常代谢降解，从而使整个消化过程各个阶段的协调平衡丧失。如果pH持续下降到5以下不仅对产甲烷菌形成毒害，对产酸菌的活动也产生抑制，进而可以使整个厌氧消化过程停滞，而对此过程的恢复将需要大量的时间和人力物力。pH值在短时间内升高过8，一般只要恢复中性，产甲烷菌就能很快恢复活性，整个厌氧处理系统也能恢复正常。6.3有机负荷和水力停留时间有机负荷的变化可体现为进水流量的变化和进水CODcr值的变化。厌氧处理系统的正常运转取决于产酸和产甲烷速率的相对平衡，有机负荷过高，则产酸率有可能大于产甲烷的用酸率，从而造成挥发酸的积累使pH迅速下降，阻碍产甲烷阶段的正常进行，严重时可导致“酸化”。而且如果有机负荷的提高是由进水量