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臨安市UASB厭氧反應(yīng)器基本征

  在強效的廢水處理工藝方面，各學(xué)者相繼開發(fā)了各種強效厭氧生物反應(yīng)器，如厭氧生物濾池(AF)上流式厭氧污泥床(UASB)和厭氧流化床(AFB)等。美教授Dague等人把好氧生物處理的序批式反應(yīng)器(SBR)運用于厭氧處理，開發(fā)了厭氧序批式反應(yīng)(AnaerobicSequencingBatchReactor)，簡稱為ASBR。Dague等人發(fā)現(xiàn)在ASBR中可以形成顆粒污泥，污泥沉降快且易于保留在反應(yīng)器內(nèi)，具高SRT，低HRT。雖然ASBR上類似于厭氧接觸法，但ASBR的固液分離在反應(yīng)器內(nèi)部進行，不需另設(shè)澄清池，不需真空脫設(shè)備。出水時反應(yīng)器內(nèi)部生物的分壓使沉淀污泥不易上浮，沉降性能良好。另外，ASBR中不需UASB中的復(fù)雜的三相分離器。ASBR具工藝簡單、方式靈活、生化反應(yīng)推動力大并耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點。本文將ASBR的點，條件及ASBR中各階段所需時間的確定。

1形成顆粒污泥是ASBR的基本征
  顆粒污泥中厭氧微生物鄰近程度遠(yuǎn)小于絮狀體污泥。厭氧消化成功的關(guān)鍵在于反應(yīng)器中保持多種微生物之間的平衡，別是能夠保持低氫分壓。從熱力學(xué)上考慮，產(chǎn)乙酸菌把長鏈揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化為乙酸的反應(yīng)只在氫分壓-5低于101.325×10kPa情況下才能發(fā)生，這說明利用CO2和H2的產(chǎn)甲烷菌對產(chǎn)乙酸菌關(guān)系重大。厭氧顆粒污泥中不同菌種之間鄰近的共生關(guān)系利于厭氧消化過程的順利進行，中間產(chǎn)物及H2及時被不同菌種消耗掉可以使反應(yīng)繼續(xù)進行，這是顆粒污泥在機理上的優(yōu)點。絮狀體污泥盡管也發(fā)生H2及中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，但顆粒污泥中的微生物固定在顆粒上，使中間產(chǎn)物所需傳送的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)要近于離散的絮狀污泥。Mecart和Smith發(fā)現(xiàn)顆粒污泥與分散的絮狀體污泥相比較，前者的氫分壓低對。利用速率快，Thide等人對比研究了顆粒污泥與懸浮污泥的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以乙醇為基質(zhì)時，顆粒污泥較懸浮污泥的基質(zhì)轉(zhuǎn)化率高75%，以甲酸為基質(zhì)時，在顆粒污泥中基質(zhì)轉(zhuǎn)化速率為0.275/min。這充分證明顆粒污泥中厭氧微生物鄰近度近于絮狀體污泥，可以提高污泥活性。由于在ASBR中形成了顆粒污泥，使，，能夠處理高濃度機廢水。

在接種成熟的顆粒污泥時，ASBR啟動所需時間可以大大縮短，這就克服了普通厭氧法啟動慢的缺點。
2ASBR能在常溫下處理低濃度廢水
 大多數(shù)強效厭氧反應(yīng)器主要為中溫消化。ASBR能夠在常溫時處理廢水，溫度低時基質(zhì)去除率低，但ASBR出水中微生物流失量少，使反應(yīng)器內(nèi)可保持高的生物量，這可以抵消由于低溫造成的基質(zhì)去除率低的影響。
  低濃度機廢水在總污水放量中占很大的比重，甲烷化能力低，采用常規(guī)的厭氧消化處理技術(shù)難于奏效，好氧生物處理成本昂貴，ASBR能效地處理低濃度機廢水。Ndon和Dague[3]1997年研究了ASBR處理CODCr為1000、  800、  600和400mg/L的人工合成廢水，當(dāng)溫度為35-15℃、HRT為48h和24h時，各種進水濃度CODcr去除率過了90%，在15℃低溫下進水CODcr為600和400mg/L時，ASBR對CODcr的去除率仍然過了85%。同時可以查污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

3影響ASBR的因素
3.1進水時間(tf)與反應(yīng)時間(tr)之比
ASBR藝過程是一個非穩(wěn)定過程，反應(yīng)器中機物濃度是時間的函數(shù)。進水結(jié)束時達*值，這說明充水時間影響著ASBR的工藝的處理效果。AS-BR工藝分為進水、反應(yīng)、沉淀和水4個階段。沉淀和水時間在同一反應(yīng)中一般固定且時間短，而進水時間與反應(yīng)時間是工藝的主要參數(shù)，其比值影響ASBR藝的處理效率。過去曾人認(rèn)為快速進水可使相應(yīng)的反應(yīng)時間加長，且可提高反應(yīng)速率。但是當(dāng)基質(zhì)濃度過半飽和常數(shù)時，反應(yīng)速率成零級反應(yīng)，且在ASBR中不能以CODcr去除率作為*指標(biāo)?？焖龠M水由于產(chǎn)酸菌產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFA)速率高于產(chǎn)甲烷菌消耗機酸的速率，使反應(yīng)器中大量積累VFA，當(dāng)負(fù)荷大于某一值時，甲烷化能力急劇下降。進水時間長，盡管反應(yīng)速度慢，但中間產(chǎn)物VFA的及時消耗利于ASBR順利進行。在低負(fù)荷時tf/tr值對反應(yīng)影響較小，高負(fù)荷情況下tf/tr造成的影響大。處理毒害廢水時應(yīng)適當(dāng)控制tf/tr值。
3.2堿度
ASBR時要求混合液具一定的pH緩沖能力，啟動初期顆粒污泥沒形成時，對pH值為敏感，一旦pH值低于7.0產(chǎn)不活躍。把pH值調(diào)為7.0-7.5時，產(chǎn)明顯增加，說明進水堿度對形成的顆粒污泥很關(guān)鍵，別在低溫時，混合液粘滯性大，使生物泡附著于污泥上不容易釋放，當(dāng)附著的生物泡越集越多時，容易造成污泥上浮使污泥大量流失。出現(xiàn)這種情況時不應(yīng)增加污泥負(fù)荷，而應(yīng)加人適當(dāng)堿度使生物泡釋放出來，使沉降性能變好。操作穩(wěn)定時，適于增大負(fù)荷，此時顆粒污泥生長加快，當(dāng)顆粒污泥形成并穩(wěn)定一段時間后，操作適當(dāng)時不易解體。此時堿度可比啟動階段所降低，但要保持足夠的堿度，處理以碳水化合物為主的廢水時，進水堿度與CODcr之比應(yīng)大于3。
3.3溫度
ASBR能在5～65℃范圍內(nèi)處理多種廢水，為在低溫和常溫下廉價處理廢水提供了可能性。但恒溫對ASBR保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性重要，不同種群產(chǎn)甲烷菌對生長的溫度范圍均嚴(yán)格要求，從而需要保持恒溫。不論何種原因?qū)е聹囟鹊亩唐谕蛔?，均會對厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)生明顯的影響，高溫發(fā)酵時*為敏感。
4ASBR各階段所需時間的確定
ASBR時每周期包括4個階段，依次為進水、反應(yīng)、沉淀和水階段。各個階段的停留時間由操作條件和所需出水水質(zhì)來決定。一個周期所需*短時間tmin是進水時間扒反應(yīng)時間tr、沉淀時間ts和出水時間td的和，即
tmin=tf+tr+ts+td(1)
臨安市UASB厭氧反應(yīng)器基本征

4.1進水時間
進水時間由進水體積和進水速度決定，同時須考慮毒害物質(zhì)的抑制影響進水速度視進水水質(zhì)而定。進水體積由設(shè)計的HRT機負(fù)荷及預(yù)定的沉淀征確定。進水時間由下式求出：
tf=Vf/Qf(2)式中：Vf--進水體積，L;Qf--進水速度，L/h。
4.2反應(yīng)時間
反應(yīng)所需時間由廢水水質(zhì)和濃度、污染物的降解速率、所需出水水質(zhì)、生物固體濃度和水溫等因素決定。反應(yīng)器中混合液體積從進水開始不斷增加，直到進水結(jié)束達*值門預(yù)定反應(yīng)器總效體積人進水時反應(yīng)器中基質(zhì)濃度不斷增加，而反應(yīng)階段反應(yīng)器中基質(zhì)濃度不斷減少，這表明ASBR是間歇進行的非穩(wěn)態(tài)厭氧生物處理過程人SBR反應(yīng)器在時間上為推流式反應(yīng)器，在空間上為完混合式反應(yīng)器。從另一個角度出發(fā)，可以認(rèn)為進水階段為完混合反應(yīng)，反應(yīng)階段為推流式反應(yīng)。
采用莫諾德動力學(xué)方程來描述反應(yīng)器中基質(zhì)濃度的變化情況時，基質(zhì)去除率是按一級反應(yīng)進行的：
dS/dt=-KXS/Ks+S(3)
式中：S--基質(zhì)濃度，mg/L;X--污泥濃度，mg/L;K--*比基質(zhì)利用速率，l/d;Ks--半飽和常數(shù)，mg/L。由于在厭氧反應(yīng)器ASBR中污泥產(chǎn)率很低，同時反應(yīng)器中保持高污泥濃度，從而可以認(rèn)為在進水階段和反應(yīng)階段污泥量的變化可忽略不計，進水階段完混合時的物料平衡為下式：S/dt=Q/[(Vmin+Vf)](S0-S)-KXS/Ks+S(4)
式中：Vf為某時打共進水體積，為時間的函數(shù)。
聯(lián)合(4)式和(5)式可得出進水結(jié)束時的基質(zhì)濃度，通常采用迭代法可解出，開始進水時間為t時的基質(zhì)濃度由下式給出：
S=(反應(yīng)器中基質(zhì)量)t/(反應(yīng)器中混合液總體積)t(6)
在時間為t+△t時基質(zhì)濃度為：式中：
St---時間為t時的基質(zhì)濃度，mg/L;
Vt----時間為t時的反應(yīng)器中總體積，L;
△t---計算時取得時間間隔;
Vmin--進水開始時反應(yīng)器中混合液體積，L。在△t足夠小時，t+△t時的基質(zhì)濃度可認(rèn)為與時間為t時基質(zhì)濃度幾乎相等把St代人(7)式可預(yù)測在進水結(jié)束時的基質(zhì)濃度Sf，結(jié)合式(3)可取出反應(yīng)所需時間如下tr=Ks/KX[ln(Sf/Se+(Sf-Se)/Ks(8)式中：Se---設(shè)計的出水基質(zhì)濃度，mg/L。
4.3沉淀時間
沉淀階段停止攪拌，為理想的靜止沉淀。沉淀所需時間是污泥沉淀速度出所需水體積Vd及反應(yīng)器橫截面積(A)的函數(shù)，即ts=Vd/vA(9)但沉淀時間不宜過長，通常為10一30min。沉淀時間過長時繼續(xù)產(chǎn)出的生物使已沉降的污泥重新懸浮起來?；旌弦簯腋」腆w濃度MLSS，進料量與污泥量之比(F/M)是影響污泥沉淀速率及出水濃度的重要因素。
4.4節(jié)水時間
水所需時間由所放水的體積及出水流量Qd決定，通常為了保持反應(yīng)器中混合液恒定體積，水體積等于該周期進水體積，水時間可由下式得出：d=Vd/Qd(10)

5結(jié)語

ASBR同其它厭氧反應(yīng)器比較如下點：
①ASBR能形成顆粒污泥，同UASB和AF相比，在反應(yīng)器底部不需要復(fù)雜且昂貴的配水系統(tǒng)，也不需要復(fù)雜的三組分離器。
②ASBR在動力學(xué)上突出的*性，F(xiàn)/M值高低交替變化，既了反應(yīng)階段的高去除率，又了沉淀階段的良好沉淀效果。
③ASBR能夠在較大的溫度范圍內(nèi)(5～65℃)，可在低溫和常溫下處理各種高濃度、低濃度和種機廢水。

一階段：UASB啟動初始階段：

選用接種污泥：

選用污水污泥消化池的消化污泥接種(具一定的產(chǎn)甲烷活性)。

接種污泥的方法：接種污泥量、接種污泥的濃度

方法：將含固80%的接種污泥加水?dāng)嚢韬?，均勻倒入到UASB反應(yīng)池。

接種污泥量：接種污泥量為UASB反應(yīng)器的效容積的30%到50%，少15%，一般為30%。接種污泥的填充量不過UASB反應(yīng)器的效容積的60%。本系統(tǒng)接種污泥量為80m3。

接種污泥的濃度：

初啟動時，稀型污泥的接種量為20到30kg VSS/m3, 濃度小于40 kg VSS/m3的稠型硝化污泥接種量可以略小些。

亦建議以6-8kgVSS/m3為宜，因為消化污泥一般為絮狀體，不宜接種太多，太對了對顆粒污泥不但沒好出，反而不利，種泥即污泥種的意思，種泥太多事沒必要的，顆粒污泥并非是種泥本身形成的，而是以種泥為種子，在提供充足的營養(yǎng)基質(zhì)下由新繁殖的微生物形成，種泥多了，反而會與初生得顆粒污泥爭奪養(yǎng)分，不利于顆粒污泥的形成 。

接種污泥時的水質(zhì)

配制低濃度的廢水利于顆粒污泥的形成，但濃度也應(yīng)當(dāng)足夠維持良好的細(xì)菌生長條件，因此，初始配水低CODcr濃度為2000mg/L，然后逐步提高機負(fù)荷直到可降解的CODcr去除率達到80%為止。

當(dāng)進水CODcr濃時，可采用稀釋水進水,調(diào)節(jié)到適宜的CODcr濃度值。

二階段(初始階段)(估計30天)

初始階段是指反應(yīng)器負(fù)荷低于2kgCODcr/m3˙d的階段，此階段反應(yīng)器的負(fù)荷由0.1kgCODcr/m3˙ d開始，逐步分多次提升到2kgCOD/m3˙d。

開始采用間歇進水，污泥負(fù)荷宜控制在0.05-0.2kgCODcr/(KgVss˙d),當(dāng)接種污泥逐漸適應(yīng)廢水后，污泥逐漸具除去機物的能力，當(dāng)CODcr去除率達到80%，或出水機酸濃度低于200-300mg/L,可以提升進水負(fù)荷大約為0.5kgCODcr/m3˙ d，此時進水間歇進水改為連續(xù)進水。

提升CODcr濃度規(guī)準(zhǔn)為:當(dāng)可生物降解的CODcr去除率達到80%后方可提高，直到達2kgCOD/m3˙d為初始階段。

在這段中，少量的非常細(xì)小的分散污泥帶出，其主要原因是水的上流速度和逐漸產(chǎn)生的少量沼。

初始階段，每日測定進,出水流量、pH、CODcr、ALK、VFA、SS等項目，經(jīng)測定結(jié)果判斷，若出水VFA<3mmol/l，VFA/ALK=0.3以下，表示UASB系統(tǒng)正常。

三階段：顆粒污泥出現(xiàn)期(預(yù)計25天)

結(jié)束初期啟動后，污泥已適應(yīng)廢水性質(zhì)并具一定除去機物的能力，這時應(yīng)及時提升污泥負(fù)荷為0.25kgCODcr/kgVSS˙d或進水容積負(fù)荷2.0 kgCODcr/m3˙d，使微生物獲得足夠的營養(yǎng)。

反應(yīng)器的機負(fù)荷由2kgCOD/m3˙ d到3.0kgCOD/m3˙d的階段

此階段的反應(yīng)負(fù)荷由2kgCOD/m3˙d開始，每次0.1kgCOD/m3˙d機負(fù)荷提升，也可以每次負(fù)荷增加20%，每次操作所需時間長短不同，時可長達兩周，時僅幾天，經(jīng)過多次重復(fù)操作可達到設(shè)計指標(biāo)。

但提升機負(fù)荷的規(guī)準(zhǔn)與監(jiān)測項目判斷正常的方法同初始階段。

在這段中，由于提升水量大，COD濃，產(chǎn)量和上流速度的增加引起污泥膨脹，污泥量帶出量多，大多為細(xì)小非分散的污泥或部分絮狀污泥。這種污泥的帶出，利于顆粒化污泥的形成

操作過程：

1）在預(yù)處理的廢水滿足厭氧處理所需的進水條件后，啟動厭氧泵向UASB反應(yīng)器進水。啟動厭氧泵之前檢查需檢查泵是否正常，開啟泵后，檢查流量計顯示，判斷廢水是否正常輸出。調(diào)節(jié)泵的出口閥門，將各厭氧反應(yīng)器的流量調(diào)節(jié)到規(guī)定范圍；起用泵前一定要詳細(xì)檢查該泵的運轉(zhuǎn)紀(jì)錄，確認(rèn)該泵異常后方可啟用。

2）密切注意厭氧反應(yīng)器上部出水情況，要注意跑泥現(xiàn)象，防止出水帶泥過多，一般小于20%，定期清理溢流堰口的堵塞物，但需注意防止跌落溺水。

3）密切關(guān)注厭氧反應(yīng)器出水的COD、PH值、VFA、溫度等指標(biāo)，防止反應(yīng)器工藝指標(biāo)變化過大；

4）經(jīng)常厭氧反應(yīng)器部水面的情況，防止大量體溢出； 5）經(jīng)常觀察水封中的水位，將水封水位控制在一定高度；

6）中沉池出水的SS盡可能小于5%，并定期將中沉池內(nèi)的厭氧污泥回流至UASB內(nèi)；

根據(jù)需要，每班進行取樣送檢，并根據(jù)化驗結(jié)果判斷厭氧反應(yīng)器的狀況