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采用向工业水中投加甲醇方式进行UASB反应器厌氧污泥的培养

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  本文介绍了采用向工业水中投加甲醇方式进行UASB厌氧污泥接种、培养过程中的现象、特征,并对培养过程中出现的一些异常现象及处理进行介绍。

  上流式厌氧污泥床(UASB)最早是由1971年荷兰瓦格宁根(Wageningen)农业大学拉丁格(Lettinga)教授发明的。作为一种高效厌氧生物反应器,在世界范围内被大量应用并且运转非常成功。具有水力停留时间短、剩余污泥量少、运行稳定、耐负荷冲击等优点。

  1.1 器材

  UASB反应器1个,Ф13000×8800mm;

  内循环泵2台(1开1备),150m3/h;

  进水调配池1个(1#中间水池),4m×4m×5.5m;

  提升水泵2台(1开1备),100m3/h;

  出水池1个(低浓度调节池),17.8m×8m×5.5m;

  盐酸加药箱1个,Ф1800×2000mm;

  沼气柜1个,Ф6180×6217mm;

  污泥浓缩池1个,5m×5m×4.5m;

  还包括管道、阀门、仪表等。

  1.2 营养物质

  甲醇、尿素、磷酸二铵

  2 结果与讨论

  2.1 接种污泥

  向UASB注水1000m3,投加污泥54吨,以C:N:P=200:4.5:1比例投加纯甲醇200kg,尿素9kg,磷酸二铵4kg,起始温度10℃,PH为7.2。循环泵启动连续运行。

  2.2 污泥培养

  2.2.1 低负荷运行阶段(投加200kg甲醇,容积负荷小于0.2 kg/(m3?d))

  UASB反应器在0.2 kg/m3负荷下运行了55天,COD处理能力差,温度缓慢增长,从10℃增长至22℃,PH在6.9-7.7之间波动,多数时间在7.0左右波动,COD从1020 mg/l下降至417 mg/l,反应器厌氧微生物初步具备一定的处理能力。

  2.2.2 低负荷运行阶段(投加500kg甲醇,容积负荷为0.5 kg/(m3?d))

  此负荷阶段持续29天,PH在6.88-7.64,温度从22℃升至27℃,碱度逐渐增大,从400 mg/l增至550 mg/l,VFA小于300 mg/l,溶解氧均小于0.16 mg/l,平均在0.12 mg/l。COD最高达到937mg/l,最低COD降至80mg/l。

  2.2.3 低负荷运行阶段(投加1000kg甲醇,1 kg/(m3?d))

  此负荷运行阶段持续10天,PH在6.95-7.44,温度从27℃升至28℃,VFA最低为4.2mg/l,最高为463.2mg/l,平均小于300mg/l,碱度增至630mg/l,溶解氧均小于0.12 mg/l,平均在0.11 mg/l。

  此阶段共加甲醇5次,每次1000kg,每天处理COD能力达到800mg/l。

  在此阶段现状:UASB表面水发黑发臭,伴随微量气泡产生。在循环泵运行情况下,从UASB下面取样口取样,样品浑浊发黑发臭。水样沉淀后,水样分三层,上下层为污泥层,絮状,中间层为清水层。上层厚道几乎等于下层厚道。

  2.2.4 增负荷运行阶段(1.5 kg/(m3?d)-6.0 kg/(m3?d))

  此阶段持续了30天,每天COD处理能力逐渐升高,最高可达到3000mg/l,PH在7.00-7.47之间,温度由28℃增至33℃,ALK增至896.4mg/l,溶解氧在0.11 mg/l左右,VFA均低于180 mg/l。

  此阶段现状:UASB表面水质发黑发臭,伴随大量气泡产生,发出“嗤嗤”的声音。在循环泵停运情况下,水面变清,微黄。从UASB下面取样口取样,水样浑浊发黑,沉淀后污泥下沉,絮状,上面逐渐出现澄清水质。

  2.2.5污泥培养结论

  UASB厌氧污泥经过4个月的培养,COD负荷从小于0.2 kg/(m3?d)增长至6.0 kg/(m3?d),温度在33℃左右,PH在7.2左右,均在最适运行状态,UASB水面产生大量气泡,取样浑浊发黑,充满着污泥。做静止沉降试验,前30min沉降速度很快,30min后仍有沉降,但很慢。经过50min沉降,污泥占取样体积的40%。

  3污泥培养过程中的异常现象分析及处理

  污泥培养过程中的异常现象很多,下面现象及处理是本次污泥培养过程中出现的情况。

  3.1 VFA高的原因及处理

  在培养过程中,有时会出现VFA大于1000mg/l,COD过高,一般有以下2个原因:

  1)追加的污泥中可能含有大量有机物;

  2)投加的营养物质过多,造成当前状态下的微生物不能及时消耗。

  在本次污泥培养过程中,追加污泥后,会出现COD突然上升,VFA升高,解决办法是暂时停加营养物质,并根据VFA变化适当置换水;如果出现分析不及时,营养添加过多造成VFA升高,可以根据VFA升高情况调整。VFA太高,则停加营养物质并置换水;如果VFA增幅不大,进行停加营养物质观察处理。

  3.2 污泥上浮的原因及处理

  在培养过程中,常出现污泥上浮现象,主要有以下几个原因:

  1)追加的污泥中本身含有很多没有活性的污泥;

  2)产气量增加。

  对于第一原因,只能对上浮的污泥进行洗出;产气量增加导致污泥上浮,这是必然的现象,但产气量的增加只会导致小部分淘汰的污泥上浮,必须调整循环时间,避免因循环时间过长、上流速度过快造成更多的污泥上浮。

  3.3 UASB表面水质变乳白的原因及处理

  在污泥培养过程中,有时会出现UASB表面水质变乳白色现象,并伴随产气量明显减少,从UASB下部取样口取样,水样沉淀30min后,样品中污泥集体上浮的现象,主要是因为挥发性脂肪酸偏高和温度低所致。

  发生此现象后,现场立即添加营养,并增加伴热提高温度。

  有研究表明[2],持续的低温造成了反应器内挥发酸的积累,使出水呈乳白色。

  3.4 污泥生长过慢的原因及处理

  在本次培养过程中,污泥生长过慢主要有以下几个原因:

  1)第一次投加污泥量过少,后面追加污泥也不及时;

  2)UASB运行温度过低;

  3)管理人员更换造成部分时间处于停止不前状态。

  具体解决办法就是尽快追加污泥,提高温度,加强管理。

  4 结论

  对于没有废水来源情况下的厌氧污泥培养,如果采用向工业水中投加甲醇方式进行,本次试验有以下结论:

  1)UASB启动初期,COD处理能力极差,甚至不见下降,略有上升的波动;

  2)UASB反应器温度低,厌氧污泥增至较慢;

  3)随着COD容积负荷的增加,ALK逐渐增大;

  4)污泥培养过程中,PH、VFA、碱度、温度、营养物质、操作管理以及分析化验都是影响污泥培养的因素,需要加强每个因素的管理,才能使得培养过程更加顺利。