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臨安市UASB厭氧反應器基本征

  在強效的廢水處理工藝方面，各學者相繼開發(fā)了各種強效厭氧生物反應器，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器(SBR)運用于厭氧處理，開發(fā)了厭氧序批式反應(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的固液分離在反應器內(nèi)部進行，不需另設澄清池，不需真空脫設備。出水時反應器內(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中的復雜的三相分離器。ASBR具工藝簡單、方式靈活、生化反應推動力大并耐沖擊負荷等優(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小于絮狀體污泥。厭氧消化成功的關鍵在于反應器中保持多種微生物之間的平衡，別是能夠保持低氫分壓。從熱力學上考慮，產(chǎn)乙酸菌把長鏈揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化為乙酸的反應只在氫分壓-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)乙酸菌關系重大。厭氧顆粒污泥中不同菌種之間鄰近的共生關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遠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)更多技術文檔。

3影響ASBR的因素
3.1進水時間(tf)與反應時間(tr)之比
ASBR藝過程是一個非穩(wěn)定過程，反應器中機物濃度是時間的函數(shù)。進水結束時達*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、沉淀和水4個階段。沉淀和水時間在同一反應中一般固定且時間短，而進水時間與反應時間是工藝的主要參數(shù)，其比值影響ASBR藝的處理效率。過去曾人認為快速進水可使相應的反應時間加長，且可提高反應速率。但是當基質(zhì)濃度過半飽和常數(shù)時，反應速率成零級反應，且在ASBR中不能以CODcr去除率作為*指標?？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，使反應器中大量積累VFA，當負荷大于某一值時，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。在低負荷時tf/tr值對反應影響較小，高負荷情況下tf/tr造成的影響大。處理毒害廢水時應適當控制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)這種情況時不應增加污泥負荷，而應加人適當堿度使生物泡釋放出來，使沉降性能變好。操作穩(wěn)定時，適于增大負荷，此時顆粒污泥生長加快，當顆粒污泥形成并穩(wěn)定一段時間后，操作適當時不易解體。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、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。進水體積由設計的HRT機負荷及預定的沉淀征確定。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反應時間
反應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。反應器中混合液體積從進水開始不斷增加，直到進水結束達*值門預定反應器總效體積人進水時反應器中基質(zhì)濃度不斷增加，而反應階段反應器中基質(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反應器在時間上為推流式反應器，在空間上為完混合式反應器。從另一個角度出發(fā)，可以認為進水階段為完混合反應，反應階段為推流式反應。
采用莫諾德動力學方程來描述反應器中基質(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。由于在厭氧反應器ASBR中污泥產(chǎn)率很低，同時反應器中保持高污泥濃度，從而可以認為在進水階段和反應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=(反應器中基質(zhì)量)t/(反應器中混合液總體積)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時的反應器中總體積，L;
△t---計算時取得時間間隔;
Vmin--進水開始時反應器中混合液體積，L。在△t足夠小時，t+△t時的基質(zhì)濃度可認為與時間為t時基質(zhì)濃度幾乎相等把St代人(7)式可預測在進水結束時的基質(zhì)濃度Sf，結合式(3)可取出反應所需時間如下tr=Ks/KX[ln(Sf/Se+(Sf-Se)/Ks(8)式中：Se---設計的出水基質(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結語

ASBR同其它厭氧反應器比較如下點：
①ASBR能形成顆粒污泥，同UASB和AF相比，在反應器底部不需要復雜且昂貴的配水系統(tǒng)，也不需要復雜的三組分離器。
②ASBR在動力學上突出的*性，F(xiàn)/M值高低交替變化，既了反應階段的高去除率，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%的接種污泥加水攪拌后，均勻倒入到UASB反應池。

接種污泥量：接種污泥量為UASB反應器的效容積的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，但濃度也應當足夠維持良好的細菌生長條件，因此，初始配水低CODcr濃度為2000mg/L，然后逐步提高機負荷直到可降解的CODcr去除率達到80%為止。

當進水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)

初始階段是指反應器負荷低于2kgCODcr/m3˙d的階段，此階段反應器的負荷由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，污泥負荷宜控制在0.05-0.2kgCODcr/(KgVss˙d),當接種污泥逐漸適應廢水后，污泥逐漸具除去機物的能力，當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)準為:當可生物降解的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(預計25天)

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

反應器的機負荷由2kgCOD/m3˙ d到3.0kgCOD/m3˙d的階段

此階段的反應負荷由2kgCOD/m3˙d開始，每次0.1kgCOD/m3˙d機負荷提升，也可以每次負荷增加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)過多次重復操作可達到設計指標。

但提升機負荷的規(guī)準與監(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，大多為細小非分散的污泥或部分絮狀污泥。這種污泥的帶出，利于顆?；勰嗟男纬?/span>

操作過程：

1）在預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，將各厭氧反應器的流量調(diào)節(jié)到規(guī)定范圍；起用泵前一定要詳細檢查該泵的運轉(zhuǎn)紀錄，確認該泵異常后方可啟用。

2）密切注意厭氧反應器上部出水情況，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）密切關注厭氧反應器出水的COD、PH值、VFA、溫度等指標，防止反應器工藝指標變化過大；

4）經(jīng)常厭氧反應器部水面的情況，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)化驗結果判斷厭氧反應器的狀況