UASB anaerobās granulēto dūņu kultivēšanas praktiskā rokasgrāmata

Granulētās dūņas ir efektīvas UASB reaktora darbības pamatā. Audzēšana notiek pēc augstas-kvalitātes inokulācijas, kontrolētas temperatūras un stabila pH, zemas F/M palaišanas-, pakāpeniskas slodzes palielināšanas un hidrauliskās skrīninga principiem. Mezofilos apstākļos viegli noārdāmi notekūdeņi (pārtikas un alus pārstrāde) var veidot nobriedušas granulētas dūņas 1-2 mēnešu laikā, savukārt parastajiem rūpnieciskajiem notekūdeņiem ir nepieciešami 2-4 mēneši, lai kultivētu.

1. Reaktora pirmapstrāde

UASB ūdens sadales sistēma ir rūpīgi jāpārbauda, ​​lai nodrošinātu vienmērīgu ūdens sadali bez mirušām zonām vai aizsprostojumiem; trīs{0}}fāzu separators ir jānoregulē, lai nodrošinātu adekvātu gāzes-šķidruma-atdalīšanu; reaktora iekšpuse ir jātīra no gružiem, rūsas un atlikušajiem piesārņotājiem, lai nodrošinātu reaktora hermētiskumu un novērstu skābekļa iekļūšanu.

2. Inokulēto dūņu izvēle un pievienošana

Priekšroka tiek dota nobriedušām UASB granulētām dūņām no līdzīgiem notekūdeņu veidiem, jo ​​tās nodrošina ātrāko palaišanas{0}}ātrumu un ir optimāls inokulācijas avots. Otrkārt, ieteicamas ir dūņas no anaerobajiem bioreaktoriem komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, jo tās ir bagātas ar metanogēniem un viegli pieejamas. Upju dūņas, kanalizācijas dūņas un nesagremoti kūtsmēsli ir stingri aizliegti, jo šāda veida dūņās ir augsts smilšu saturs, tās satur daudzas toksiskas un kaitīgas vielas, kā arī augsts izšķīdušā skābekļa līmenis, kas tieši izjauks anaerobo baktēriju kopienu. Inokulācijas daudzums jākontrolē 30–50% apmērā no reaktora efektīvā tilpuma. Inokulēto dūņu VSS koncentrācijai jāsasniedz 2-4 kg/m³, un VSS/TSS attiecībai jābūt lielākai par 0,7, lai nodrošinātu dūņu aktivitāti.

3. Uztura un vides kontrole

Anaerobo mikrobu barības vielu attiecība tiek stingri kontrolēta pie C:N:P=200-300:5:1. Slāpeklis, fosfors un būtiskie mikroelementi, piemēram, Fe, Co un Ni, tiek papildināti atbilstoši notekūdeņu kvalitātei. Jauktā šķīduma sārmainība reaktorā jāuztur virs 1000 mg/L (aprēķināts kā CaCO₃), lai nodrošinātu buferspēju. Temperatūra tiek stabili kontrolēta mezofilā līmenī 35±2 grādi, ikdienas svārstībām nepārsniedzot ±0,5 grādus. Kultivēšana augstā temperatūrā ir jākontrolē 55±2 grādi, un pēkšņas temperatūras izmaiņas ir aizliegtas.

1. posms: mikrobu adaptācijas periods (10–20 dienas)

Galvenais mērķis ir ļaut inokulētajās dūņās esošajiem anaerobajiem mikroorganismiem pielāgoties notekūdeņu kvalitātei, atjaunot to darbību un izvairīties no sākotnējās paskābināšanās. Galvenais palaišanas kontroles indikators ir dūņu slodze F/M=0.05-0.1 kgCOD/kgVSS·d, akli izvairoties no tilpuma iekraušanas kontroles. Ieplūstošā ĶSP koncentrācija jākontrolē zem 1000 mg/l. Sākotnējie notekūdeņi ir jāatšķaida ar tīru ūdeni, kura hidrauliskās aiztures laiks nav mazāks par 24 stundām, izmantojot nepārtrauktas zemas -plūsmas ieplūdes metodi. Katru dienu uzraugiet pH, gaistošās taukskābes (VFA) un ĶSP noņemšanas ātrumu reaktorā, kontrolējot pH no 7,0 līdz 7,5. VFA līmenis zem 100 mg/l un ĶSP noņemšanas ātrums 40% vai lielāks tiek uzskatīts par normālu. Ja VFA pārsniedz 200 mg/l vai pH nokrītas zem 6,8, nekavējoties pārtrauciet ieplūdes plūsmu un atsāciet tikai pēc indikatoru atjaunošanās.

2. posms: granulu veidošanās stadija (20–40 dienas)

Šajā posmā veidosies sīkas 0,2-0,5 mm lielas dūņu daļiņas, un dūņu nostādināšanas veiktspēja pakāpeniski uzlabosies. Pēc ūdens kvalitātes rādītāju stabilizēšanās 3-5 dienas, lēnām palielināt slodzi, ar vienu pieaugumu nepārsniedzot 10%-15%, pakāpeniski palielinot dūņu slodzi līdz 0,1-0,2 kgCOD/kgVSS·d. Reaktora augšupplūsmas ātrums tiek kontrolēts 1,0-1,5 m/h. Vieglas flokulējošas dūņas tiek izvadītas ar hidraulisko sijāšanu; neliels daudzums dūņu zudumu ir normāli. Šajā posmā ir jānodrošina sākotnējā granulēto dūņu agregācija, reaktora apakšā novērojot mazas, blīvas dūņu daļiņas.

3. posms: ātrās granulēto dūņu augšanas periods (40–90 dienas)

Granulēto dūņu daļiņu izmērs palielinās līdz 0,5-2 mm, veidojot stabilu stratificētu struktūru. Iekšējais slānis sastāv no metanogēnām baktērijām, piemēram, metanogēniem pavedieniem, bet ārējais slānis sastāv no hidrolītskābi ražojošām baktērijām. Substrāts sadalās no ārpuses iekšā, un baktēriju kopiena darbojas sinerģiski un stabili. Slodze tiek nepārtraukti palielināta, pakāpeniski sasniedzot tilpuma slodzi 3,0-5,0 kg ĶSP/m³·d, vienlaikus saglabājot augšupplūsmas ātrumu 1,5-2,0 m/h. VFA reaktorā stingri jākontrolē zem 50 mg/l, un metāna saturam biogāzē jābūt virs 55%. Pēkšņa slodzes palielināšana vai hidrauliskās izmaiņas, kas var izraisīt daļiņu lūzumu, ir aizliegtas. Šajā posmā granulētās dūņas strauji vairojas un sablīvēsies, ievērojami optimizējot nostādināšanas veiktspēju.

4. posms: granulu nogatavināšanas periods (90–120 dienas)

Nobriedušas granulētas dūņas satur vairāk nekā 80% daļiņu, kuru diametrs ir 0,5{3}}3 mm. Tas ir brūngani sarkans, apaļš, stingrs uz tausti un nav lipīgs, ar nosēšanās ātrumu 10-20 m/h. Reaktors sasniedz projektēto tilpuma slodzi, sasniedzot ĶSP noņemšanas ātrumu virs 90% viegli bioloģiski noārdāmiem notekūdeņiem, vairāk nekā 85% parastajiem notekūdeņiem, stabilu VFA koncentrāciju zem 50 mg/L notekūdeņos un metāna saturu biogāzē virs 60%. Pēc nepārtrauktas un stabilas darbības vairāk nekā 15 dienas granulēto dūņu kultivēšana ir pabeigta.

Temperatūrai jābūt nemainīgai mezofilajā diapazonā 35±2 grādi, ikdienas svārstībām nepārsniedzot ±0,5 grādus. Pārmērīgas temperatūras svārstības tieši kavēs metanogēno baktēriju darbību. Reaktora pH vērtībai jābūt stabilai 7,0-7,5, un ieplūstošajam pH jābūt nedaudz zemākam, paļaujoties uz sārmainības buferi reaktorā. pH līmenis zem 6,8 vai virs 8,0 ir aizliegts. Gaistošās taukskābes (VFA) ir galvenais agrīnās brīdināšanas indikators; normālas darbības laikā tiem jābūt zem 50 mg/l. Nekavējoties jāiedarbina trauksme, ja tie pārsniedz 100 mg/l, un slodze jāsamazina, ja tie pārsniedz 200 mg/l. Uz augšu plūsmas ātrumam jābūt 1,0-1,5 m/h palaišanas fāzē un 1,5-3,0 m/h brieduma fāzē. Ātrums zem 1,0 m/h izraisīs dūņu slāņa sablīvēšanos, novēršot granulāciju. Slodzes palielināšanai jāievēro maza, biežas palielināšanas princips, katram pieaugumam nepārsniedzot 10%-15%. Nākamais palielinājums jāveic tikai pēc tam, kad rādītāji ir stabilizējušies 3-5 dienas. Galvenā uzmanība jāpievērš jauktā šķidruma sārmainības kontrolei reaktorā, nevis ieplūstošā sārmainībai, nodrošinot pietiekamu sārmainību. VFA attiecībai pret sārmainību jābūt zem 0,1.

Pirmkārt, mikroorganismi izdala ārpusšūnu polimērus, liekot šūnām pielipt vienai pie otras un veidojot sīkus flokus. Pēc tam ar pavedienu baktērijām, piemēram, metanogēnajām baktērijām kā kodolu, floki pakāpeniski agregējas, veidojot granulētus prototipus. Izmantojot hidraulisko sijāšanu, irdenas flokulējošas dūņas tiek likvidētas, saglabājot blīvas granulas. Visbeidzot, veidojas stabila stratificēta struktūra ar metanogēno baktēriju iekšējo slāni un ārējo skābi veidojošo baktēriju slāni. Granulas nepārtraukti sablīvē un aug, kļūstot par nobriedušām granulētām dūņām.

Paskābināšanu un pH zem 6,5 reaktorā galvenokārt izraisa pārāk strauja slodzes palielināšanās un nepietiekama sārmainība. Risinājums ir nekavējoties apturēt ieplūdi, izvairīties no liela daudzuma nātrija bikarbonāta pievienošanas un precīzi papildināt sārmu atbilstoši sārmainības deficītam. Kad VFA nokrītas zem 50 mg/l un pH atjaunojas, restartējiet reaktoru ar mazāku slodzi. Grūtības granulētu dūņu veidošanā bieži vien ir saistītas ar nepietiekamu augšupvērsto plūsmas ātrumu un pārmērīgi augstu SS ieplūdē. Augšupvērstās plūsmas ātrums jāpalielina līdz 1,0 m/h, un jāpastiprina notekūdeņu pirmapstrāde, lai noņemtu suspendētās cietās vielas. Granulu plīsumus un zudumus galvenokārt izraisa toksisku vielu inhibīcija, VFA uzkrāšanās un pH svārstības. Notekūdeņu toksicitāte ir jāizpēta un iepriekš jāapstrādā, un darbības parametri jāstabilizē, nevis vienkārši jāsamazina hidrauliskās plūsmas ātrums. Lēna palaišana{10}}un zems ĶSP noņemšanas ātrums bieži ir saistīts ar sliktu inokulāta dūņu aktivitāti un barības vielu nelīdzsvarotību. Ir jāpievieno augstas kvalitātes inokulāta dūņas, jāpielāgo C:N:P attiecība un jāpievieno mikroelementi.

1. Pamatprincips: vienmēr izmantojiet dūņu slodzi (F/M) kā galveno kontroles indikatoru, nevis vienkārši tilpuma slodzi; nodrošināt stabilu temperatūru, pH un sārmainību visā procesā, izvairoties no pēkšņām parametru izmaiņām; noteikt prioritāti lēnai un pakāpeniskai slodzes palielināšanai un nepārtraukti veikt hidraulisko skrīningu; pacietīgi gaidiet dabisko baktēriju pēctecību, bez piespiedu iejaukšanās.

2. Nobriedušu pieņemšanas kritēriji: granulētu dūņu procentuālais daudzums ir lielāks vai vienāds ar 80%, daļiņu izmērs 0,5-3 mm, nosēšanās ātrums 10-20 m/h; reaktors sasniedz projektēto slodzi, ĶSP noņemšanas ātrums atbilst standartiem, notekūdeņu VFA<50mg/L; biogas methane content stable >60%, bez būtiskiem dūņu zudumiem, nepārtraukta stabila darbība ilgāk par 15 dienām.