厌氧工程调试

厌氧工程调试 目的:本手册用于厌氧生物降解工艺单元的运行管理。 2、内容及对象:手册包括有以下7个内容:即: 厌氧生物反应概述,厌氧技术优势和不足,反应机理,厌氧反应器类型,厌氧反应器工艺控制条件,启动方式,运行管理,问题及解决措施, 手册适用于厌氧反应器操作人员、污水站技工、化验人员和管理人员～亦可供相关人员参考。 3、厌氧反应概述: 利用微生物生命过程中的代谢活动～将有机物分解为简单无机物～从而去除水中有机物污染的过程～称为废水的生物处理。根据代谢过程对氧的需求～微生物又分为好氧、厌氧和介于两者间的兼性微生物。厌氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程～在无需提供氧的情况下～把有机物转化为无机物和少量的细胞物质～这些无机物包括大量的生物气,即沼气,和水。 厌氧是一种低成本废水处理技术～把废水治理和能源相结合～特别适合发展中国家使用。 4、厌气处理技术的优势和不足: 优势: 4.1可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术～具有良好的社会、经济、环境效益。 4.2耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为好氧工艺1/3. 3-134.3回收能源,理论上讲1kgCOD可产生纯甲烷0.35m,燃值(3.93×10J/m)～高于 -13天然气(3.93×10J/m)。以日排10t COD工厂为例,按COD去除80%,甲烷为理论值80% 33计算～日产沼气2240m,相当于2500m天然气或3.85t煤,可发电5400Kwh. 4.4设备负荷高、占地少。 4.5剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6，1/10. 4.6对N、P等营养物需求低～好氧工艺要求C:N:P=100:5:1,厌氧工艺为C:N:P=(350-500):5:1。 4.7可直接处理高浓有机废水,不需稀释。 4.8厌氧菌可在中止供水和营养条件下～保留生物活性和沉泥性一年,适合间断和季节性运行。 4.9系统灵活,设备简单,易于制作管理～规模可大可小。 厌氧不足: 1、 出水污染浓度高于好氧～一般不能达标, 2、 对有毒性物质敏感, 3、 初次启动缓慢～最少需8-12周以上方能转入正常水平。 5、反应机理: 厌氧反应过程是对复杂物质,指高分子有机物以悬浮物和胶体形式存在于水中,生物降解的复杂的生态系统。其反应过程可分为四个阶段: 5.1水解阶段——被细菌胞外酶分解成小分子。例如:纤维素被纤维酶水解为纤维二糖和葡萄糖～淀粉被淀粉酶分解为麦牙糖和葡萄糖～蛋白质被蛋白酶水解为短肽和氨基酸等～这些小分子的水解产物能被溶解于水～并透过细胞为细胞所利用。 5.2发酵阶段——小分子的化合物在发酵菌,即酸化菌,的细胞内转化为更为简单的化合物～并分泌到细胞外。这一阶段主要产物为挥发性脂肪酸,VFA,醇类、乳酸、CO、氢、氨、硫化氢等。 2 5.3产酸阶段——上一阶段产物被进一步转化为乙酸、氢、碳酸以及新的细胞物质。 5.4产甲烷阶段——在这一阶段乙酸、氢、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新细胞物质。 a、 水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂类水解。 b、 发酵酸化阶段——包括氨基酸和糖类的厌氧氧化～以及较高级脂肪酸与醇类的 厌氧氧化。 c、 产乙酸阶段——含有从中间产物中形成乙酸和氧气～以及氢气和二氧化碳形成 乙酸。 d、 产甲烷阶段——包括从乙酸形成甲烷～以及从氧、二氧化碳形成甲烷。废水中 有硫酸盐时～还会有硫酸盐还原过程～如虚线所示。 6、厌氧反应器类型: 6.1普通厌氧反应池 6.2厌氧接触工艺 6.3升流厌氧污泥库(UASB)反应器 6.4厌氧颗粒污泥膨胀库(EGSR) 6.5厌氧滤料(AF) 6.6厌氧流化库反应器 6.7厌氧折流反应器(ABR) 6.8厌氧生物转盘 6.9厌氧混台反应器等. 7、厌氧反应的工艺控制条件: 7.1温度:按三种不同嗜温厌氧菌,嗜温5-20? 嗜温20-42? 嗜温42-75?,工程上分为低温厌氧(15-20?)、中温厌氧,30-35?,、高温厌氧,50-55?,三种。温 度对厌氧反应尤为重要～当温度低于最优下限温度时～每下降1?～效率下降11%。在上述范围～温度在1-3?的微小波动～对厌氧反应影响不明显～但温度变化过大,急速变化,～则会使污泥活力下降～度产生酸积累等问题。 7.2 PH:厌氧水解酸化工艺～对PH要求范围较松～即产酸菌的PH应控制4-7?范围内,完全厌氧反应则应严格控制PH～即产甲烷反应控制范围6.5-8.0,最佳范围为6.8-7.2,PH低于6.3或高于7.8,甲烷化速降低。 7.3氧化还原电位:水解阶段氧化还原电位为-100，+100mv～产甲烷阶段的最优氧化还原电位为-150，-400mv。因此,应控制进水带入的氧的含量～不能因以对厌氧反应器造成不利影响。 7.4营养物:厌氧反应池营养物比例为C:N:P=(350-500):5:1。 7.5有毒有害物:抑制和影响厌氧反应的有害物有三种: 7.5.1无机物:有氨、无机硫化物、盐类、重金属等～特别硫酸盐和硫化物抑制作用最为严重, 7.5.2有机化合物:非极性有机化合物～含挥发性脂肪酸(VFA)、非极性酚化合物、单宁类化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五类。 7.5.3生物异型化合物,含氯化烃、甲醛、氰化物、洗涤剂、抗菌素等。 7.6工艺技术参数: 7.6.1水力停留时间:HRT 7.6.2有机负荷 7.6.3污泥负荷 8、厌氧反应器启动: 8.1接种污泥:有颗粒污泥时,接种污泥数量大小10-15%.当没有现成的污泥时,应用最多的是污水处理厂污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有利于颗粒污泥形成。没有消化污泥和颗粒污泥时～化粪池污泥、新鲜牛粪、猪粪及其它家畜粪便都可利用作菌种～～也可用腐败污泥和鱼塘底泥作接种污泥～但启动周期较长。 3污泥接种浓度至少不低10Kg〃VSS/m反应器容积～但接种污泥填充量不大于反应器容积60%。污泥接种中应防止无机污泥、砂以及不可消化的其它物进入厌氧反应器内。 8.2接种污泥启动:启动分以下三个阶段进行: 31、起始阶段——反应池负荷从0.5-1.0kgCOD/md或污泥负荷 0.05-0.1kgCOD/kgVSS〃d开始。进入厌氧池消化降解废水的混合液浓度不大于COD5000mg/L～并按要求控制进水～最低的COD负荷为1000mg/L。进液浓度不符合应进行稀释。 进液时不要刻意严格控制所有工艺参数～但应特别注意乙酸浓度～应保持在1000mg/L以下。进液采用间断冲击形式～即每3，4小时一次～每次5-10min～之后逐步减断间隔时间至1小时～每次进液时间逐步增长20，30min。起始阶段～进水间隔时间过长时～则应每隔1小时开动泵对污泥搅拌一次～每次3，5min。 32、启动第二阶段——当反应器容积负荷上升到2-5kgCOD/md时～这一阶段洗出污泥量增大～颗粒污泥开始产生。一般讲～从第一段到第二段要40d时间～此时容积负荷大约为 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 负荷的50%。 3、启动的第三阶段——从容积负荷50%上升到100%～采用逐步增加进料数量和缩短进料间断时间来实现。衡量能否获进料量和缩短进料时间的化验指标定控制发挥性脂肪酸VFA不大于500mg/L～当VFA超过500-1000mg/L～厌氧反应器呈现酸化状态～超 过1000mg/L则表明已经酸化～需立即采取措施停止进料～进行菌种驯化。一般来讲第二段到第三段也需30-40d时间。 8.3启动的要点 1、启动一定要逐步进行～留有充裕的时间～并不能期望很短时间进入加料运行达到厌氧降解的目标。因为启动实际上是使细菌从休眠状态恢复～即活化的过程。启动中细菌选择、驯化、增殖过程都在进行～原厌氧污泥中浓度较低的甲烷菌的增长速度相对于产酸菌要慢的多。因此～这时负荷一般不能高～时间不能短～每次进料要少～间隔时间要长。 2、混合进液浓度一定要控制在较低水平～一般COD浓度为1000-5000mg/L～当超过5000mg/L～应进行出水循环和加水稀释至要求。 3、若混合液中亚硫酸盐浓度大于200mg/L时～则亦应稀释至100mg/L以下才能进液。 34、负荷增加操作方式:启动初期容积负荷可从0.2-0.5kgCOD/m〃d开始～当生物降解能力达到80%以上时～再逐步加大。若最低负荷进料～厌氧过程仍不正常COD不能消化～则进料间断时间应延长24h或2-3d～检查消化降解的主要指标测量VFA浓度～启动阶段VFA应保持在3mmoL/L以下。 35、当容积负荷走到2.0kgCOD/md后～每次进料负荷可增大～但最大不超过20%～只有当进料增大～而VFA浓度且维持不变～或仍维持在，3mmoL/L水平时～进料量才能不断增大进液间隔才能不断减少。 存在问题 原 因 解决方法 1营养物不足～微量元素不 1增加营养物和微量元素, 足, 1、污泥生长过慢 2减少酸化度, 2进液酸化度过高, 3增加种泥。 3种泥不足。 1增加种污或提高污泥产 1反应器污泥量不够, 量, 2污泥产甲烷活性不足, 2、反应器过负荷 2减少污泥负荷, 3每次进泥量过大间断时间 3减少每次进泥量加大进 短。 泥间隔。 1温度不够, 1提高温度, 2产酸菌生长过快, 2控制产酸菌生长条件, 3、污泥活性不够 3营养或微量元素不足, 3增加营养物和微量元素, 2+2+4无机物C引起沉淀。 4减少进泥中C含量。 aa 1增加污泥负荷～增加内部 1气体集于污泥中～污泥上水循环, 浮, 2稳定工艺条件增加废水 4、污泥流失 2产酸菌使污泥分层, 酸化程度, 3污泥脂肪和蛋白过大。 3采取预处理去除脂肪蛋 白。 1负荷过大, 1稳定负荷, 5、污泥扩散颗粒2过度机械搅拌, 2改水力搅拌, 污泥破裂 3有毒物质存在。 3废水清除毒素。 4预酸化突然增加 4应用更稳定酸化条件 1. 污泥颗粒化的意义 厌氧反应器内颗粒污泥形成的过程称之为颗粒污泥化～颗粒污泥化是大多数UASB反应器启动的目标和启动成功的标志。污泥的颗粒化可以使UASB反应器允许有更高的 3有机物容积负荷和水力负荷。一般絮状污泥的UASB负荷在10kgCOD/(m d)以下～而颗 3粒污泥UASB反应器负荷甚至可高达30，50kgCOD/(m d)。 据Hulshoff Pol～颗粒污泥化还具有如下优点。 1) 细菌形成颗粒状的聚集体是一个微生态系统～其中不同类型的种群组成了 共生或互生体系～有利于形成细菌生长的生理生化条件并有利于有机物的降解。 2) 颗粒的形成有利于其中的细菌对营养的吸收。 3) 颗粒使发酵菌的中间产物的扩散距离大大缩短～对复杂有机物的降解是很 重要的。 4) 在废水突然变化时,例如pH值、毒性物的浓度等,～颗粒污泥能维持一个 相对稳定的微环境～使代谢过程继续进行。 2. UASB反应器的初次启动 初次启动是对一个新建的UASB系统以未驯化的非颗粒污泥接种～使反应器达到设计负荷和有机物去除效率的过程～通过这一过程伴随着颗粒化的完成。厌氧微生物～特别是甲烷菌增值很慢～厌氧反应器的启动需要较长的时间～这被认为是高速厌氧反 应器的一个不足之处。但一旦启动完成～在停止运行后的再次启动可以迅速完成。关 于厌氧污泥的颗粒化和UASB的初次启动有很多深入的研究～表1是Hulshoff Pol和 Lettinga对第一次启动的若干要点 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 。 表1 UASB反应器初次启动的若干认识 1. 可供细菌附着的载体物质微粒对刺激和发动细胞 的聚集是有益的 2. 种泥的产甲烷活性对启动的影响不大～尽管质量种泥 浓度大于60gTss/L的稠消化污泥的产甲烷活性小于较 稀的消化污泥～前者却有利于UASB的初次启动 3. 添加部分颗粒污泥或破碎的颗粒污泥～也可提高 颗粒化过程 在启动中必须相当充分地洗出接种污泥中较轻的污泥～保 存较重的污泥～以推动颗粒污泥在其中的形成～要点如下 1. 洗出污泥不再返回反应器 2. 当进液COD质量浓度大于5000mg/L时采用出水循启动过程环或稀释进液 的 3. 逐步增加有机负荷～有机负荷的增加应当在降解操作模式 COD能被去除80,后再进行 4. 保持乙酸质量浓度始终低于1000mg/L 5. 启动时稠型污泥的接种量为大约10， 3315kgVSS/m,质量浓度小于40 kgVSS/m的稀消化污泥 接种量可以小一些 1. 废水浓度 低浓度有利于颗粒化的快速形成～但浓 度也应当足够维持良好的细菌生长条件～最小的COD 质量浓度应为1000 mg/L 2. 污染物性质 过量的悬浮物阻碍颗粒化的形成 3. 废水成分 溶解性碳水化合物为主要底物的废水废水特征 比VFA为主的废水颗粒化过程快～当废水含有蛋白质 时～应使蛋白质尽可能降解 2+2+4. 高的离子浓度,例如Ca、Mg,能引起化学沉淀 ,CaCO、MgNHPO,～由此导致形成灰分含量高的颗粒344 污泥 1. 在中温范围～最佳温度为38，40?,高温范围为 50，60? 2. 反应器内的pH值应始终保持在6.2以上 环境因素 3. N、P、S等营养物质和微量元素,例如Fe、Ni、 Co,应当满足微生物的需要 4. 毒性化合物应当低于抑制浓度或应给予污泥足够 的驯化时间 1) 接种 接种的过程是相当简单的～由于水中的溶解氧会很快被种泥中的兼性厌氧菌消耗 并形成严格的厌氧条件～所以启动时不需要严格的厌氧条件。 当没有现成的颗粒污泥时～应用最多的种泥是污水处理厂消化池的消化污泥。稠 的消化污泥对于颗粒化的形成有利～从而可加快初次启动的速度。除了消化污泥之外～ 可用作接种的物料很多～例如牛粪和各类粪肥～下水道污泥等。一些污水沟沉淀物和富微生物的河泥也可以被用于接种～但不应当有太多砂子。污泥的接种质量浓度至少 3不低于10kgVSS/m反应器容积。接种污泥的填充量应不超过反应器容积的60,。 “载体物质”对启动初期细胞聚集体系形成是有益的～但加入任何形式的填料是不需要的。这里的“载体物质”仅指细胞本身的菌胶团物质～因此这种载体物质会自 2+然存在于各种种泥中。Hulshoff Pol在其博士论文中讨论了少量Ca对初次启动的作 2+用～认为它对颗粒化的发展是有促进作用的～原因是Ca的沉淀会形成这种载体内核。 2+但Ca的添加也不是必须的。一旦颗粒污泥形成～部分破裂的颗粒污泥碎片会成为新生的颗粒污泥的载体。 当用非颗粒污泥接种时～则应当注意反应器的操作。如前所述～为避免絮状污泥在反应器里大量生长从而妨碍颗粒污泥的形成～必须将絮状污泥和分散的细小污泥由反应器“洗出”～这是反应器完成颗粒化的先决条件。但是洗出应当是缓慢的逐步进行的过程～过度的洗出会使反应器内污泥量减少太多而导致启动失败。表2为不同温度下操作6m高的生产性UASB反应器所得到的污泥停留时间范围。 表2 不同温度下操作6m高的生产性UASB反应器所得到的污泥停留时间范围 最大污泥负荷 温度/? 最小SRT/d 最高SRT/d /[kgCOD/(kgVSS〃d)] 10 0.21 100 300 15 0.47 43.5 131 25 1.98 10.5 32 30 2.80 7.4 22 33 3.58 5.8 17 37 3.74 5.5 17 40 3.66 5.6 17 2) 启动的阶段 一般把UASB的初次启动和颗粒化过程分为三个阶段～分别为启动与提高污泥活性阶段、形成颗粒污泥阶段、逐渐形成颗粒污泥床阶段。 ?阶段1 3启动的初始阶段。这一阶段是指反应器负荷低于2kgCOD/(m d)的阶段。这一阶段 3反应器由0.5，1.5 kgCOD/(m d)或污泥负荷0.05，0.1 kgCOD/(kgVSS d)开始。这一阶段洗出的污泥仅限于种泥中非常细小的分散污泥～洗出的原因主要是水的上流速度和逐渐产生的少量沼气。 ?阶段2 3反应器负荷上升至2，5 kgCOD/(m d)的启动阶段。在这一阶段污泥的洗出量增大～其中大多为絮状的污泥。洗出的原因是产气和上流速度的增加引起的污泥床的膨胀。大量污泥洗出的结果是在留下的污泥中开始产生颗粒状污泥。一般在从开始启动到40d左右～可以在反应器底部观察到颗粒污泥。在这一阶段污泥负荷的增加较快～这是因为污泥对废水的驯化过程基本完成～污泥的活性增加。这一阶段末期～污泥的洗出由于颗粒污泥的形成而减少～颗粒污泥的良好沉淀性能使其保留在反应器内。这一阶段里～反应器内的污泥浓度由于絮状污泥的洗出降低到最低的程度。而实际上～在反应器里对较重的颗粒污泥和分散的、絮状的污泥进行了选择。 ?阶段3 3这一阶段指反应器负荷超过5 kgCOD/(m d)。在这一阶段里～絮状污泥变得迅速减少～而颗粒污泥加速形成～直到反应器内不再有絮状污泥存在。在这一阶段反应器 负荷可以增加到很高～当反应器大部分被颗粒污泥充满时～其最大负荷可以超过50 3kgCOD/(m d)。 3) 启动前应了解的废水特征 废水特征对厌氧反应器的操作有重要影响。因此必须对废水特征有明确了解。工业废水的种类时非常多的。即使同一类工业废水～其性质也会因其工艺的不同区别很大。因此对一种废水在启动前～首先了解废水特征。 ?首先要知道废水的有机物浓度 过低浓度的废水可能并不适合于传统的UASB的应用。Lettinga等人曾认为低于100mgCOD/L的废水不宜于使用UASB～或者说在此浓度下UASB的使用不能充分表现其优越性。近年来由于EGSB反应器的发展和UASB上流速度的有效提高～因此又提出了低于100mgCOD/L的废水不宜于使用UASB的说法。而在较高的浓度下废水则可能需要稀释回流。 ?废水的厌氧可降解性 由废水的可降解性可以预测出UASB反应器出水的质量或COD的去除效率。 ?废水的pH值缓冲能力 碱度是衡量缓冲能力的一个参数～对碱度特别小的废水～可以加入NaCO提高其23碱度～具体看前面所述。另一个实用的检查废水缓冲能力的方法是向废水中加入相当于COD浓度40,的乙酸,COD浓度计,～假如废水pH值仍然维持6.5以上～则其缓冲能力是没有问题的。假如pH值在加乙酸后低于6.5～则说明废水的缓冲能力不是非常强～在操作中应小心控制～后一种情况下～在废水处理中产生的NH也能提高其缓冲能3 力。 ?废水中维持细菌生长必需的营养 厌氧菌需要的营养较少～粗略地讲～N和P的需求大约为COD:N:P?,350，500,:5:1。但由于发酵产酸菌的生长速率大大高于产甲烷菌～因此～较为精确的估算应当是CODBD:N:P:S约为,50/Y,:5:1:1。其中Y为细胞产率～对于发酵产酸菌～Y,0.15,对于甲烷菌～Y,0.03。典型地～对完全未酸化的废水～取Y,0.15,对于一个完全酸化的废水～取Y,0.03。此外～甲烷菌细胞组成中有较高浓度的铁、镍和钴。在以冷凝液为主的废水中～有时在例如玉米、土豆加工废水中～这些元素可能非常少～在此情况下应当加入这些微量元素～有时也增加锌和钼。 ?废水中悬浮物的含量 废水中悬浮物的含量如果太高～则可能不大适宜于UASB处理。当废水悬浮物质量浓度超过3000mg/L～并且它们不能生物降解而且能滞留在反应器内～就会引起较大麻烦。但如果这些悬浮物能够生物降解～或者它们不在反应器内滞留～则不会引起任何问题。悬浮物能否在反应器内滞留取决于悬浮物和污泥的颗粒大小与密度～当反应器形成颗粒污泥～在悬浮物不容易停留在反应器内。对于可以降解的悬浮物～应当知道它降解的速率以便计算悬浮物在反应器里的保留量。 ?了解废水中是否含有有毒化合物和在厌氧过程中转化为有毒化合物 一般情况下～应当了解总氮,凯氏氮,和氨氮、硫酸盐和亚硫酸盐的浓度～并要了解在废水产生的工厂里是否使用了杀菌剂、消毒剂等。 4) 初次启动的一些要点 UASB的反应器启动的过程实质上是对菌种的驯化、选择、增殖的过程。因此在启动阶段应有一定的目标和遵循某些基本规则。 初次启动是一个需要熟练技艺和 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 的过程～尽管许多人已成功完成过各类UASB的启动～但不同规模、不同设计和处理不同废水的UASB的启动模式和启动花费的时间有时 相当不同～因此从根本上了解启动的一些要点比一个启动模式更有用。下面将叙述一下一般承认的要点和注意事项。 ?对启动初期的目标应明确 在UASB的启动初期～特别是第一阶段～不能够片面追求反应器的处理效率、产气率的改进和出水的质量等。因为初期的目标是反应器逐渐进入“工作”状态～从微生物角度看～它实质上是使菌种由休眠状态恢复及活化的过程～在这一过程中～理所当然有一个停滞期存在。当菌种从休眠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。在整个颗粒化过程中～选择、驯化、增殖过程都在进行～而原种泥中可能浓度较低的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阶段可能相对较长～这一阶段里不可能有较大的反应器负荷。 ?进液的浓度 废水质量浓度低于5000mgCOD/L时～一般不需要稀释可直接进液～除非废水中含高浓度的有毒物质。当废水浓度过高时～最好将废水稀释到大约5000mgCOD/L。在没有低浓度的其它稀释水时～可以简单地采用反应器出水的循环。但出水循环在启动阶段也应谨慎从事～因为启动阶段的出水有时仍会有相当浓度的未降解的COD～以这种出水不能有效稀释进水有时反而会引起过负荷。在这种情况下如果负荷的因素更重要时～则不必采用出水的循环。当采用出水循环时～可以参照表3给出的要点。 表3 UASB出水循环的应用要点 当废水COD质量浓度低于5000mg/L时～不需要出水循环,但当亚硫 酸盐质量浓度大于200mg/L～则应采用循环使进液亚硫酸盐质量浓度低于100 mg/L 当废水COD质量浓度在5000，20000mg/L时～ 采用出水循环启动～ 使进液浓度在5000mg/L左右 废水COD质量浓度超过20000mg/L时～在启动阶段可以采用其它稀释 水。高浓度废水常常含有高的盐浓度～这使得甲烷产率增加很慢。因 此～以其它含盐少的或清水稀释有利于菌的增殖～最后直接稀释到 5000mg/L。如果不能稀释至5000 mg/L～则至少稀释到20000 mg/L～并同时采用出水循环 当增加负荷时～必须记住出水COD浓度会有短暂的增加阶段～此时采 用循环时可以通过计算得出反应器的真正负荷或进液浓度。真正进入 反应器的混合水浓度为:(c+fc)/( 1+f)～其中f为循环比,cinoffin 为原水进液浓度,c为出水浓度 off 注:这些原则一般也适用于启动后的正常操作。 ?负荷增加的操作方法 3启动的最初负荷可以从0.5，1 kgCOD/(m d)开始～当可生物降解的COD去除率达到80,后再逐步增大负荷。 3为保险起见～反应器开始负荷不应太高～只要容积符合略高于0.2 kgCOD/(m d)即可～水力时间大于24h。反应器开始操作～在最低的负荷下连续运转直到有气体产生～ 335d后～检查产气是否达到略高于0.1m/(m d)。如果5d后反应器的产气量仍未达到这一数值～可以停止进液3d后再恢复进液～直到产气量增加。如果产气量已达到 330.1m/(m d)～则下一步是检查出水的VFA 浓度了。出水VFA 浓度是非常重要的参数～出水VFA浓度过高～意味着甲烷菌活力还不够高或环境因素使甲烷菌活力下降而导致VFA利用不充分。启动阶段～当环境因素例如pH值、温度等正常时～出水VFA过高则表明反应器负荷相对于当时的菌种活力偏高。出水VFA若高于8mmol/L～则应当停止进 液～直到反应器内VFA低于3mmol/L后～再继续以原浓度、原负荷进液。如果出水VFA低于3mmol/L～说明反应器运行状态良好～反应器可以以原负荷继续运行。这一阶段需要运行很长时间而不改变负荷～运行时间可能有1个月之久。由于上流速度和产气量很小～基本上没有污泥洗出。出水VFA需至少每两天测一次～直到连续进液多日～出水VFA始终保持在3mmol/L以下后～再采用增加负荷的措施。 增加负荷可以通过增大进液量或者降低进液稀释比的方法进行。负荷每次可增加30,。如果废水经过很大程度的稀释～则可以把稀释比降低30,～仍维持HRT不变～则负荷也就增加了30,。负荷的增加必须使出水VFA比原先略有上升～当出水VFA高于8mmol/L～此时不停止进液但要观察反应器内pH值的变化防止“酸化”的发生。增大负荷后的短时间内～产气量也有可能降低～这是应为细小的甲烷菌微粒被洗出。几天后产气量会重新上升～出水VFA浓度也会下降。但是如果出水VFA增大到15 mmol/L～则必须把负荷降至原来的水平～并保证反应器内pH值不低于6.5～万一pH值下降至6.5以下～有必要加入碱调节pH值。待一切恢复正常后～可以把负荷提高的幅度降至20,。 3以上负荷增加的步骤可以重复进行直到负荷达到2.0 kgCOD/(m d)～也就是说～负荷增大的步骤可能重复8，10次。每次操作所需要时间可能长短不一～有时可能长达两周～有时仅有几天。 3当负荷达2.0 kgCOD/(m d)以上时～每次负荷可增加20,～增加负荷的时机,出 3水VFA浓度小于3mmol/L,及方式如前所述。负荷达到5.0 kgCOD/(m d)后～除了依照前面所述的方法操作外～也应当每周再检查一次反应器中污泥的活性和污泥沿反应器 3高度的浓度变化。颗粒化很可能在负荷达到5.0 kgCOD/(m d)前后很快形成～其中反应器的负荷可以较快地增加。表4给出了一些促进颗粒化形成的操作要点。 3表4 当负荷上升至2.0 kgCOD/(m d)后促进颗粒化形成的启动操作要点 出水VFA一旦低于3 mmol/L即增加反应器负荷 使细小分散的污泥洗出～不使这些洗出的污泥返回反应器 使反应器保持最佳的细菌生长条件。一般地～pH,6.8，7.5,温度 30，38?,中温范围,或53，58?,高温范围,,保证微生物生长 所需要的营养与微量元素 为防止过负荷～在每次增加负荷时应总是小于50, 启动6周后～以显微镜和放大镜作污泥的镜检～在400，1000放大倍数下应当看到污泥中的丝状物 当HRT达到大约5d后～开始降低稀释用水的量,在HRT小于20时～对于COD质量浓度小于15g/L的废水～稀释不再是必需的,如果废水COD质量浓度大于15g/L～则需要出水循环 3. UASB反应器的二次启动 UASB反应器的二次启动是相对于初次启动说的。所谓初次启动是指用颗粒污泥以外的其它污泥作为种泥启动一个UASB反应器的过程。而二次启动是指使用颗粒污泥作为种泥对UASB反应器的启动。颗粒污泥是UASB启动的理想的种泥～使用颗粒污泥的二次启动大大缩短了启动时间～即使对于性质不同的废水～颗粒污泥也能很快适应。 使用颗粒污泥接种允许有较大的接种量～较大的接种量可缩短启动的时间。启动时间的长短很大程度上取决于颗粒污泥的来源～即颗粒污泥在原反应器中的培养条件,温度、pH值等,以及原来处理的废水种类。新启动的反应器在选择种泥时～应尽量地选用与所处理水种类相近的废水种类～废水种类与性质越接近～所需驯化的时间越 少。同时应尽量采用同一温度范围的种泥～例如采用高温种泥不利于中温反应器的启动～而中温的种泥启动高温反应器也较慢。 二次启动采用较大的接种量～颗粒污泥的活性比其它种泥高得多～二次启动的初 3始反应器负荷可以较高～有关报道推荐初始的反应器负荷可为3 kgCOD/(m d)。二次启动进液浓度在开始时一般与初次启动相当～但可以相对迅速地增大进液浓度。负荷和浓度增加的模式与初次启动类似～但相对容易。产气、出水VFA等仍是重要的控制参数～COD去除率、pH值等也是重要的监测指标。 二次启动在原则上如上所述～但启动中可能遇到某些以外的问题或现象～这些问题如果处理得当～会有利于新的颗粒污泥的形成和加快启动过程。表5是关于UASB反应器的二次启动过程可能出现的问题及解决办法。 表5 UASB反应器的二次启动过程可能出现的问题及解决办法 问题与现象 原因 解决办法 营养与微量元素不足 增加进液营养与微量元 进液预酸化程度过高 素浓度 1. 污泥生 污泥负荷过低 减少预酸化程度 长过于缓慢 颗粒污泥洗出,4～5条, 增加反应器负荷 颗粒污泥的分裂,6条, 反应器中污泥量不足 降低负荷,提高污泥量增 加种泥量或促进污泥生 2. 反应器 污泥产甲烷活性不足 产,适当减少污泥洗出 过负荷 减少污泥负荷～增加污泥 活性,3条, 营养或微量元素缺乏 添加营养或微量元素 产酸菌生长过于旺盛 增加废水预酸化程度降 有机悬浮物在反应器中低反应器负荷 积累 降低悬浮物的浓度 3. 污泥产 反应器中温度降低 增加温度 甲烷活性不 废水中存在有毒物质或 足 形成抑制活性的环境条 2+件,6条, 浓度,在减少进液中Ca 2+无机物例如Ca等引起UASB前采用沉淀池 沉淀 气体聚集于空的颗粒增大污泥负荷～采用内部 中～在低温、低负荷、水循环以增大水对颗粒 低进液浓度下易形成大的剪切力～使颗粒尺寸减 而空的颗粒污泥 小 由于颗粒形成分层结 4. 颗粒污 构～产酸菌在颗粒污泥应用更稳定的工艺条件～泥洗出 外大量覆盖使产气聚集增加废水预酸化的程度 在颗粒内 颗粒污泥因废水中含大采用预酸化,沉淀或化学 量蛋白质和脂肪而有上絮凝,去除蛋白质与脂肪 浮趋势 5. 絮状污由于进液中的悬浮的产从进液中去除悬浮物～减 泥或表面松酸菌的作用颗粒污泥聚少预酸化程度 散“起毛”的集在一起 颗粒污泥形在颗粒表面或以悬浮状增加预酸化程度～加强废成并洗出 态大量地生长产酸菌 水与污泥混合的强度 表面“起毛”的颗粒形增加预酸化程度～降低污 成～产酸菌大量附着于泥负荷 颗粒表面 负荷或进液浓度的突然采用更稳定的工艺 变化 应用更稳定的预酸化条 预酸化程度突然增加～件 使产酸菌呈“饥饿”状 态 废水脱毒预处理,延长驯 6. 颗粒污 有毒物质存在于废水中 化时间,稀释进液 泥破裂分散 降低负荷和上流速度～以 过强的机械力作用 降低水流的剪切力 采用出水循环增大选择 由于选择压力过小而形压力～使絮状污泥洗出 成絮状污泥 4. UASB反应器启动后的运行 UASB反应器的运行是在高负荷下的生物化学过程～这一过程由厌氧微生物的生命 过程完成。因此反应器的运行从根本上讲必须满足微生物对环境条件的需求～这些环 境条件应尽量接近微生物的最佳生长条件～同时也应力求避免大的波动。具体的环境条件和有关废水特征的影响因素可参考前面所述。 在实际运行中～进出液的COD浓度、进液流量～进水与出水的pH值、反应器内的pH值～产气量及其组成～出水VFA浓度及其组成～反应器内的温度都是被监测的指标。 1) 出水的VFA浓度与组成 出水的VFA浓度在反应器内的控制中被认为是最重要的参数～这是因为VFA的除去程度可以直接反映出反应器运行状况～同时也应为VFA浓度的分析较为快速和灵敏地反映出反应器行为的微小变化。在正常情况下～底物由酸化菌转化为VFA～VFA可以被甲烷菌转化为甲烷。因此甲烷菌活跃时～出水VFA浓度较低。当出水VFA质量浓度低于200mg乙酸/L时～反应器的运行状态最为良好。任何不利于甲烷菌生长的因素都会导致产生VFA浓度的上升～这是因为甲烷菌活性降低使VFA积累所致。温度的突然降低或过高、毒性物质浓度的增加、pH值的波动、负荷的突然加大等都会由出水VFA的升高反映出来。进水状态稳定时～出水pH值的下降也能反映出VFA的升高～但是pH值的变化要比VFA的变化迟缓～有时VFA可升高数倍而pH值尚没有明显改变。因此从监测出水VFA浓度可快速反映出反应器运行的状况～并因此有利于操作过程的及时调节。过负荷常是出水VFA升高的原因。因此当出水VFA的升高而环境因素,温度、进水pH值、出水水质等,没有变化时～出水VFA的升高可由降低反应器负荷来调节～过负荷可能由进水COD浓度或进水量的升高引起～也会由反应器内污泥过多流失引起。 出水VFA浓度的上升直接影响废水处理的效果～过高的出水VFA浓度表明反应器内大量的VFA积累～因此是反应器pH值下降或导致 “酸化”的前期讯号。一般认为～当VFA的质量浓度超过800mg/L时～反应器即面临酸化危险～应立即降低负荷或暂停 进液～并检查环境因素有无改变。在正常运行中～应保持出水VFA浓度在400mg/L以下～而以200mg/L以下为最佳。 出水VFA的组成也是反应器运行中监测的指标之一。正常运行中～VFA浓度较低～出水VFA以乙酸为主～占VFA总量90,以上～只有少量丙酸与丁酸。当乙酸不能很好被甲烷菌利用时～底物会转化为较多的丙酸与丁酸。因此出水VFA的组成也能反映反应器的运行状况。 2) pH值 在UASB反应器运行过程中～反应器内的pH值应保持在6.5，7.8范围之内～并且应尽量减少波动。PH值在6.5以下～甲烷菌即已受到抑制～pH值低于6.0时～甲烷菌已严重抑制～反应器内产酸菌呈现优势生长～此时反应器已严重酸化～恢复十分困难。 VFA浓度增高是pH值下降的主要原因～虽然pH值的检测非常方便～但它的变化比VFA浓度的变化要滞后许多。当甲烷菌活性降低～或因过负荷导致VFA开始积累时～由于废水的缓冲能力～pH值尚没有明显变化～从pH值的监测上尚反映不出潜在的问题。当VFA积累至一定程度时～pH值才会有明显变化。因此测定VFA是控制反应器pH值降低的有效措施。 当pH值降低较多时～应立即采取措施～减少或停止进液是常采用的应急措施。在pH值和VFA浓度恢复正常后～反应器在较低的负荷下运行。进行pH的降低可能是反应器内pH值下降的原因～因此如果反应器内pH值降低～应立即检查进液pH值有无改变。 3) 产气量与组成 产气量也是非常重要的监测指标。首先～产气量能够迅速反映出反应器运行状态,其次～产气量可以从进水反应器的COD总量、COD的去除率等数据估算出来～实际产气量应当与估算接近并维持稳定。当产气量突然减少～而反应器负荷没有变化时～说明运行不正常导致甲烷菌活性降低。pH值的变化～温度的降低～有毒物质等均可能是产气突然下降的原因。在稳定的UASB反应器中～当废水组成变化时～产气量也会发生迅速的变化。产气的组成也能反映出反应器的运行状态。当正常运行时～甲烷在产气中约占60,，80,～这一比例与废水成分有关。当运行中产气甲烷比例明显下降～可能是甲烷菌活力下降造成。当反应器内产酸菌优势生长～VFA积累导致pH值降低以及影响甲烷菌生长的其它环境因素都会导致产气中甲烷比例下降。 4) 污泥的洗出 另外一个监测的指标是运行过程中污泥的洗出。在反应器的启动阶段相当多的污泥从反应器中洗出～这是正常的。在启动后的运行中～也会有一定量的污泥从反应器中洗出。但是污泥在运行阶段被洗出的量应当有其限度～这一限度即洗出的污泥量不应大于同期产生的污泥量～否则反应器内污泥量大量流失～反应器将不能维持较高的负荷。因此在运行中应通过测出水悬浮物的量来估计污泥洗出量。污泥的洗出原因与限制污泥大量流失的办法可参见表5。 5) 反应器运行的其它监测指标 在相对稳定的操作条件下,温度、进液pH值、进液的COD浓度与组成～进液流率等相对稳定,～通过以上参数的监测即可确认反应器是否稳定运行。在实际操作中～为了了解反应器调运行效率和分析问题出现的原因～则往往可能测试更多的参数。这些参数的测定有些是必须经常进行的～有些根据需要偶尔进行。现分述如下。 ?对于进液和出液要测定以下参数: a. COD浓度,BOD浓度或可生物降解的COD浓度, b. VFA浓度与组成, c. 温度, d. pH值和碳酸氢盐碱度, e. 流量, f. TSS和VSS浓度～悬浮物的沉降性能, g. 废水中的氮、磷等营养物质, 2-2-2-h. SO、SO、S的浓度, 43 i. 有毒物质和抑制物质的存在。 由进液和出液的测定～可以做以下计算: a. BOD与COD的浓度比, b. 反应器的COD或BOD负荷, c. 各种参数的波动, d. COD和BOD的去除率, e. TSS的去除率, 2-2f. SO和SO的去除率, 43 g. 有机氮转化为氨氮的转化率。 ?关于产气量和组成可以测定以下参数: 3a. 产气量,m/h,, b. 产气组成～包括CH含量、CO含量、HS含量、H含量、N含量等。 42222 以上测量可以计算出COD转化为CH4的转化率。 ?为了监测反应器内污泥床的变化～可测定以下参数: a. 污泥浓度沿反应器高度的分布曲线, b. 随上流速度的变化污泥床的膨胀率, c. 污泥的产甲烷活性, d. 污泥颗粒的形状、大小、强度、沉降性能等, 2-e. 污泥的灰分与VSS百分比～如有必要测定污泥中以S、CaHPO、MgNHPO444 等形式存在的沉淀物, f. 污泥中N、P和S含量。 由污泥测量中可以计算出: a. 反应器中的污泥总量, b. 反应器具有的大负荷潜力～安全的运行负荷应保证始终低于其最大负荷潜 力, c. 反应器剩余污泥产量。