文湖南省株洲市第二中學(xué)曾航

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UASB反應(yīng)器工程運(yùn)行參數(shù)控制研究

文湖南省株洲市第二中學(xué)曾航

米粉是生活中常用的食材之一，生產(chǎn)米粉的主材大米淀粉通常采用濕法工藝生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，每處理1000kg大米要排出綜合廢水8.2m3~8.5m3，廢水的一般組成為總糖0. 3%~0. 7%，粗蛋白2.1%，固形物5%~10%，粗纖維2%~3%，脂肪酸0 .1% ~0.3%。

利用重力場對(duì)不同密度物質(zhì)作用的差異，有人發(fā)明了三相分離器，使活性污泥停留時(shí)間與廢水停留時(shí)間分離，形成了上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器的雛型。

由于運(yùn)行費(fèi)用低，UASB反應(yīng)器仍是目前廣泛應(yīng)用的生物處理高濃度有機(jī)廢水的方法，但影響生物馴化和生長的因素較多，特別是接種了好氧消化污泥的反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間長、運(yùn)行不穩(wěn)定。

本文結(jié)合實(shí)際工程分析總結(jié)了反應(yīng)器的啟動(dòng)規(guī)律，以期為該類廢水的處理提供借鑒。

一、水質(zhì)與水量

某米粉廠年產(chǎn)淀粉達(dá)13萬噸，廢水綜合指標(biāo)均大大超出環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，水質(zhì)特性見表1。

表1　廢水的性質(zhì)

二、廢水處理工藝

厭氧工藝處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)，雖然處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低，但單純利用厭氧工藝不易實(shí)現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)排放。因此，根據(jù)同行業(yè)廢水處理現(xiàn)狀和處理技術(shù)的成熟度，我建議選擇UASB 與SBR（序批式活性污泥法）相結(jié)合的處理工藝。如圖1所示，本淀粉處理工藝中設(shè)UASB兩座，有效容積為1085m3。

圖1　處理工藝流程

三、UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)

UASB反應(yīng)器的接種污泥取自城市污水處理廠中的絮狀消化污泥。

1.污泥馴化期

污泥投加完畢后，加入稀釋后的淀粉廢水浸泡，淀粉生產(chǎn)廢水呈酸性，處理過程中會(huì)抑制甲烷菌，因此啟動(dòng)前需將pH值調(diào)整在6~7.2之間為宜，以污泥負(fù)荷0.06kgCOD/kgVSS.d啟動(dòng)，并采用1∶0.5回流，進(jìn)水方式為連續(xù)進(jìn)水。當(dāng)出水溶解性COD去除率達(dá)80%時(shí)，逐漸增加進(jìn)水量直至污泥負(fù)荷達(dá)到0.25 kg-COD/kgVSS.d。

2.提高負(fù)荷期

通過逐步增加進(jìn)水量提高容積負(fù)荷。容積負(fù)荷提高的條件是，COD去除率超過80%，且出水VFA低于300mg/L。采取增加回流保證上升流速在0.5m/h條件下，一是可以提高進(jìn)水pH值，二是可以防止溝流現(xiàn)象，改善混合效果，反應(yīng)器的選擇壓增加較快，致使部分沉降性能差的絮狀污泥及質(zhì)輕片狀顆粒污泥被沖出反應(yīng)器。

3.穩(wěn)定運(yùn)行期

反應(yīng)器內(nèi)0.6mm~1.4mm的顆粒污泥占70%，抗沖擊能力大大增強(qiáng)，產(chǎn)氣量和出水指標(biāo)比較穩(wěn)定，此時(shí)反應(yīng)器出水COD僅為200mg/l~450mg/l，COD去除率達(dá)90%以上。

四、反應(yīng)器啟動(dòng)過程中的影響因素及控制

1.污泥接種量

中溫型UASB反應(yīng)器的污泥接種量一般是10kgVSS/m3~15kgVSS/m3，接種污泥量過低會(huì)造成初始污泥負(fù)荷過高，降低運(yùn)行的穩(wěn)定性，一旦控制不當(dāng)便會(huì)造成反應(yīng)器的酸化。較多的接種菌液雖然可縮短啟動(dòng)所需的時(shí)間，但過多的接種污泥量會(huì)增加污泥費(fèi)用，種泥的VSS/SS也不宜過高，否則易造成菌種大量流失。

2.pH值

UASB反應(yīng)器內(nèi)最佳的pH值范圍為6.8~7.2，本次工程試驗(yàn)進(jìn)水pH值對(duì)COD去除率的影響結(jié)果如圖2所示，說明在1∶0.5回流的情況下，進(jìn)水pH值大于6.4最佳。

工程上多采用投加生石灰的方法調(diào)節(jié)pH值，但此方法容易造成顆粒污泥鈣化，長期運(yùn)行可能會(huì)堵塞布水管，使得UASB反應(yīng)器無法正常運(yùn)行，且會(huì)增加投資及運(yùn)行費(fèi)用。

本工程試驗(yàn)采用出水回流的方法，用出水堿度調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的pH值，雖然進(jìn)水pH值有波動(dòng)，但并未影響反應(yīng)器的正常運(yùn)行。

圖2

3.進(jìn)水濃度

在實(shí)驗(yàn)室條件下，普遍認(rèn)為當(dāng)進(jìn)水COD濃度在1000mg/l~5000mg/l之間易實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的快速啟動(dòng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在保證不超過負(fù)荷及混合效果良好的情況下，進(jìn)水濃度可達(dá)到8000mg/l~10000mg/l。

同時(shí)還應(yīng)注意盡量避免由于進(jìn)水形成的波動(dòng)而造成細(xì)菌生長環(huán)境的改變。進(jìn)水濃度過低時(shí)，易造成營養(yǎng)不足；過高時(shí)容易導(dǎo)致反應(yīng)器的酸化，影響反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。

本工程試驗(yàn)采用好氧出水回流的方法稀釋淀粉廢水，使反應(yīng)器的進(jìn)水濃度維持在3000mg/l~4000mg/l之間，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)性UASB的快速啟動(dòng)及污泥的顆?；?。

4.有機(jī)負(fù)荷與水力負(fù)荷

為改善污泥顆粒的沉降性和抗沖擊能力，控制反應(yīng)器中的水力負(fù)荷及污泥負(fù)荷是最有效的手段，因?yàn)檫@樣能在有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷和顆粒污泥的粒徑之間達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

在此次生產(chǎn)性試驗(yàn)中，始終保持一定量的好氧出水回流來增加水力剪切力，且在顆粒污泥成熟期，保證反應(yīng)器上升流速在0.5m/h以上，改善了污泥的形態(tài)及菌類組成，加快了污泥顆粒化速度。

五、結(jié)論

通過以上運(yùn)行結(jié)果的分析得出如下結(jié)論。

1.顆粒污泥成熟后，UASB反應(yīng)器可在6kgCOD/m3.d~10kgCOD/m3.d容積負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行；出水COD僅為200 mg/L ~450mg/L，其COD去除率高達(dá)90%以上。

2.可通過反應(yīng)器出水回流調(diào)節(jié)pH值至適宜的范圍內(nèi)，節(jié)省了因投加生石灰調(diào)節(jié)pH值帶來的投資和運(yùn)行費(fèi)用。

3.控制反應(yīng)器中的水力負(fù)荷及污泥負(fù)荷是控制污泥顆粒化的有效手段。