Практичний посібник UASB з культивування анаеробного гранульованого мулу

Зернистий шлам є основою ефективної роботи реактора UASB. Вирощування дотримується принципів високо-якісної інокуляції, контрольованої температури та стабільного рН, низьких F/M запуску-, поступового збільшення навантаження та гідравлічного просіювання. У мезофільних умовах стічні води, що легко розкладаються (переробка продуктів харчування та пива), можуть утворювати зрілий гранульований осад за 1-2 місяці, тоді як звичайні промислові стічні води потребують 2-4 місяців для повного вирощування.

1. Попередня обробка реактора

Система водорозподілу UASB повинна бути ретельно перевірена, щоб забезпечити рівномірний розподіл води без мертвих зон або завалів; три{0}}розділювач фаз має бути налаштований, щоб забезпечити адекватне відділення газу-рідини-твердої речовини; внутрішній простір реактора необхідно очистити від сміття, іржі та залишкових забруднень, щоб забезпечити герметичність реактора та запобігти проникненню кисню.

2. Відбір і додавання інокульованого осаду

Зрілий гранульований осад UASB із подібних типів стічних вод є кращим, оскільки він забезпечує найшвидшу-швидкість запуску та є оптимальним джерелом інокуляції. По-друге, рекомендується використовувати осад з анаеробних реакторів на муніципальних очисних спорудах, оскільки він багатий на метаногени та є легкодоступним. Річковий мул, каналізаційний осад і неперетравлений гній худоби суворо заборонені, оскільки ці типи мулу мають високий вміст піску, містять численні токсичні та шкідливі речовини та мають високий рівень розчиненого кисню, який безпосередньо порушує спільноту анаеробних бактерій. Кількість інокуляції слід контролювати на рівні 30%-50% ефективного об'єму реактора. Концентрація VSS інокульованого осаду повинна досягати 2-4 кг/м³, а співвідношення VSS/TSS має бути більше 0,7, щоб забезпечити активність осаду.

3. Контроль харчування та навколишнього середовища

Співвідношення поживних речовин для анаеробних мікробів суворо контролюється на рівні C:N:P=200-300:5:1. Азот, фосфор і необхідні мікроелементи, такі як Fe, Co та Ni, доповнюються відповідно до якості стічних вод. Лужність змішаного розчину в реакторі повинна підтримуватися вище 1000 мг/л (у розрахунку на CaCO₃), щоб забезпечити буферну здатність. Температура стабільно підтримується на мезофільному рівні 35±2 градуси, з добовими коливаннями не більше ±0,5 градуси. Культивування при високій-температурі має підтримуватися на рівні 55±2 градусів, а різкі зміни температури заборонені.

Етап 1: Період мікробної адаптації (10-20 днів)

Основна мета полягає в тому, щоб дозволити анаеробним мікроорганізмам у інокульованому мулі адаптуватися до якості стічних вод, відновити свою активність та уникнути початкового підкислення. Основним контрольним показником для запуску є навантаження осаду F/M=0.05-0.1 кгCOD/кгVSS·d, уникаючи сліпого використання контролю об’ємного навантаження. Концентрацію ГПК у вхідній рідині слід контролювати нижче 1000 мг/л. Початкові стічні води слід розбавляти чистою водою з часом гідравлічного утримування не менше 24 годин, використовуючи безперервний низький -потік потоку. Щодня контролюйте рН, леткі жирні кислоти (ЛЖК) і швидкість видалення ГПК у реакторі, контролюючи рН між 7,0 і 7,5. Рівень VFA нижче 100 мг/л і швидкість видалення ГПК 40% або вище вважаються нормальними. Якщо ЛЖК перевищує 200 мг/л або рН падає нижче 6,8, негайно припиніть подачу потоку і перезапустіть лише після відновлення показників.

Етап 2: Стадія гранульованого формування (20-40 днів)

Під час цього етапу утворюються дрібні частинки осаду розміром 0,2-0,5 мм, і продуктивність осідання осаду поступово покращується. Після стабілізації показників якості води протягом 3-5 діб повільно збільшують навантаження, одноразове збільшення не більше 10%-15%, поступово доводячи навантаження по мулу до 0,1-0,2 кгХПК/кгВС·д. Швидкість висхідного потоку реактора регулюють на рівні 1,0-1,5 м/год. Легкий флокулентний осад видаляється через гідравлічне грохочення; невелика втрата мулу є нормальною. Під час цієї стадії повинна бути забезпечена початкова агрегація гранульованого осаду з малими щільними частинками осаду, які спостерігаються на дні реактора.

Етап 3: Період швидкого зростання гранульованого мулу (40-90 днів)

Розмір частинок зернистого мулу збільшується до 0,5-2 мм, утворюючи стабільну шарувату структуру. Внутрішній шар складається з метаногенних бактерій, таких як метаногенні нитки, тоді як зовнішній шар складається з бактерій, що продукують гідролітичну кислоту. Субстрат розкладається ззовні всередину, і бактеріальна спільнота функціонує синергетично та стабільно. Навантаження постійно збільшується, поступово досягаючи об'ємного навантаження 3,0-5,0 кг COD/м³·сут, зберігаючи при цьому швидкість висхідного потоку 1,5-2,0 м/год. VFA в реакторі необхідно суворо контролювати нижче 50 мг/л, а вміст метану в біогазі має бути вище 55%. Забороняється різке збільшення навантаження або гідравлічні зміни, які можуть призвести до руйнування частинок. Під час цієї стадії гранульований мул буде швидко розростатися та ущільнюватися, значно оптимізуючи ефективність осідання.

Етап 4: Період дозрівання гранул (90-120 днів)

Зрілий гранульований осад містить понад 80% частинок діаметром 0,5-3 мм. Коричнювато-червоний, круглий, твердий на дотик, не липкий, швидкість осідання 10-20 м/год. Реактор досягає проектного об’ємного навантаження, досягаючи швидкості видалення COD понад 90% для легко біологічно розкладаних стічних вод, понад 85% для звичайних стічних вод, стабільної концентрації VFA нижче 50 мг/л у стічних водах і вмісту метану в біогазі вище 60%. Після безперервної та стабільної роботи протягом понад 15 днів культивування гранульованого мулу завершено.

Температуру необхідно підтримувати постійною в мезофільному діапазоні 35±2 градуси, з добовими коливаннями не більше ±0,5 градуси. Надмірні коливання температури безпосередньо пригнічують діяльність метаногенних бактерій. Значення рН у реакторі має бути стабільним на рівні 7,0-7,5, при цьому рН, що надходить, може бути трохи нижчим, залежно від буфера лужності в реакторі. Рівень pH нижче 6,8 або вище 8,0 заборонений. Летючі жирні кислоти (VFA) є ключовим індикатором раннього попередження; під час нормальної роботи вони повинні бути нижче 50 мг/л. Якщо вони перевищують 100 мг/л, слід негайно спрацювати сигнал тривоги, а якщо вони перевищують 200 мг/л, навантаження необхідно зменшити. Швидкість висхідного потоку повинна бути 1,0-1,5 м/год на етапі запуску та 1,5-3,0 м/год на етапі зрілості. Швидкість нижче 1,0 м/год призведе до ущільнення шару мулу, запобігаючи грануляції. Збільшення навантаження має відбуватися за принципом невеликих, частих збільшень, причому кожне збільшення не перевищує 10%-15%. Наступне підвищення проводити тільки після стабілізації показників протягом 3-5 днів. Необхідно зосередитися на контролі лужності змішаного розчину в реакторі, а не на впливовій лужності, забезпечуючи достатню лужність. Співвідношення VFA до лужності має бути нижче 0,1.

По-перше, мікроорганізми виділяють позаклітинні полімери, змушуючи клітини прилипати одна до одної та утворювати крихітні пластівці. Потім, з нитчастими бактеріями, такими як метаногенні бактерії в якості ядра, флокули поступово агрегують, утворюючи гранульовані прототипи. Завдяки гідравлічному грохоту видаляється пухкий флокулентний осад, утримуючи щільні гранули. Нарешті утворюється стабільна стратифікована структура з внутрішнім шаром метаногенних бактерій і зовнішнім шаром кислот-продукуючих бактерій. Гранули постійно ущільнюються і ростуть, стаючи зрілим гранульованим мулом.

Підкислення та рН нижче 6,5 у реакторі в основному викликані надмірно швидким збільшенням навантаження та недостатньою лужністю. Рішення полягає в тому, щоб негайно припинити подачу, уникати сліпого додавання великої кількості бікарбонату натрію та точно поповнити луг відповідно до дефіциту лужності. Коли VFA впаде нижче 50 мг/л і рН відновиться, перезапустіть реактор при меншому навантаженні. Труднощі з утворенням гранульованого мулу часто пов’язані з недостатньою швидкістю висхідного потоку та надмірно високою SS у притоці. Швидкість висхідного потоку необхідно збільшити вище 1,0 м/год, а також посилити попереднє очищення стічних вод для видалення зважених твердих речовин. Зернистість і втрата в основному викликані інгібуванням токсичних речовин, накопиченням ЛЖК і коливаннями рН. Токсичність стічних вод необхідно дослідити та попередньо очистити, а робочі параметри стабілізувати, а не просто зменшувати швидкість гідравлічного потоку. Повільний{10}}запуск і низькі показники видалення ГПК часто спричинені низькою активністю інокулятного осаду та дисбалансом поживних речовин. Потрібно додати високоякісний інокулят, відрегулювати співвідношення C:N:P і додати мікроелементи.

1. Основний принцип: завжди використовуйте навантаження мулу (F/M) як основний контрольний індикатор, а не просто об’ємне навантаження; забезпечити стабільну температуру, рН і лужність протягом усього процесу, уникаючи різких змін параметрів; визначте пріоритет повільного та поступового збільшення навантаження та постійно виконуйте гідравлічний екран; терпляче дочекатися природного розмноження бактерій без примусового втручання.

2. Зрілі критерії прийнятності: відсоток гранульованого мулу більше або дорівнює 80%, розмір частинок 0,5-3 мм, швидкість осідання 10-20 м/год; реактор досягає проектного навантаження, швидкість видалення ГПК відповідає стандартам, стічні води VFA<50mg/L; biogas methane content stable >60%, відсутність значних втрат осаду, безперервна стабільна робота більше 15 днів.