Praktická príručka pre kultiváciu anaeróbneho granulovaného kalu UASB

Granulovaný kal je jadrom efektívnej prevádzky reaktora UASB. Kultivácia sa riadi zásadami vysokej-kvalitnej očkovania, kontrolovanej teploty a stabilného pH, nízkeho spustenia F/M-, postupného zvyšovania záťaže a hydraulického triedenia. V mezofilných podmienkach môže ľahko rozložiteľná odpadová voda (spracovanie potravín a piva) vytvoriť vyzretý granulovaný kal za 1-2 mesiace, zatiaľ čo konvenčná priemyselná odpadová voda potrebuje na dokončenie kultivácie 2-4 mesiace.

1. Predúprava reaktora

Systém rozvodu vody UASB sa musí dôkladne skontrolovať, aby sa zabezpečila rovnomerná distribúcia vody bez mŕtvych zón alebo blokád; troj{0}}fázový separátor musí byť nastavený tak, aby sa zabezpečilo primerané oddelenie plynu-kvapaliny-tuhej látky; interiér reaktora musí byť vyčistený od zvyškov, hrdze a zvyškových nečistôt, aby sa zabezpečila vzduchotesnosť reaktora a zabránilo sa vstupu kyslíka.

2. Výber a pridanie inokulovaného kalu

Uprednostňuje sa vyzretý granulovaný kal UASB z podobných typov odpadových vôd, pretože ponúka najrýchlejšiu rýchlosť spustenia-a je optimálnym zdrojom očkovania. Po druhé, odporúča sa kal z anaeróbnych digestorov v komunálnych čistiarňach odpadových vôd, pretože je bohatý na metanogény a je ľahko dostupný. Riečne bahno, kanalizačné kaly a nestrávený maštaľný hnoj sú prísne zakázané, pretože tieto druhy kalov majú vysoký obsah piesku, obsahujú množstvo toxických a škodlivých látok a majú vysoké hladiny rozpusteného kyslíka, čo priamo narúša anaeróbne bakteriálne spoločenstvo. Inokulačné množstvo by malo byť kontrolované na 30 % až 50 % účinného objemu reaktora. Koncentrácia VSS inokulovaného kalu by mala dosiahnuť 2-4 kg/m³ a pomer VSS/TSS by mal byť väčší ako 0,7, aby sa zabezpečila aktivita kalu.

3. Kontrola výživy a životného prostredia

Pomer anaeróbnych mikrobiálnych živín je prísne kontrolovaný na C:N:P=200-300:5:1. Dusík, fosfor a esenciálne stopové prvky ako Fe, Co a Ni sa dopĺňajú podľa kvality odpadovej vody. Alkalita zmiešaného lúhu v reaktore sa musí udržiavať nad 1000 mg/l (vypočítané ako CaCO3), aby sa zabezpečila pufrovacia kapacita. Teplota je stabilne kontrolovaná na mezofilnej úrovni 35±2 stupňov, s dennými výkyvmi nepresahujúcimi ±0,5 stupňa. Kultivácia pri vysokých{10}}teplotách musí byť kontrolovaná pri teplote 55±2 stupňov a náhle zmeny teploty sú zakázané.

Fáza 1: Mikrobiálne adaptačné obdobie (10-20 dní)

Hlavným cieľom je umožniť anaeróbnym mikroorganizmom v naočkovanom kale prispôsobiť sa kvalite odpadovej vody, obnoviť ich aktivitu a vyhnúť sa počiatočnému okysleniu. Hlavným kontrolným indikátorom pre spustenie je kalové zaťaženie F/M=0.05-0.1 kgCOD/kgVSS·d, pričom sa vyhýbame slepému používaniu volumetrického riadenia zaťaženia. Koncentrácia CHSK by mala byť kontrolovaná pod 1000 mg/l. Pôvodná odpadová voda by sa mala riediť čistou vodou s hydraulickým retenčným časom najmenej 24 hodín pomocou metódy kontinuálneho nízkeho-prietoku. Denne monitorujte pH, prchavé mastné kyseliny (VFA) a rýchlosť odstraňovania CHSK v reaktore, pričom pH kontrolujte medzi 7,0 a 7,5. Hladina VFA pod 100 mg/l a miera odstránenia CHSK 40 % alebo vyššia sa považujú za normálne. Ak VFA presiahne 200 mg/l alebo pH klesne pod 6,8, okamžite zastavte prítok a reštartujte ho až po obnovení indikátorov.

Fáza 2: Fáza tvorby granúl (20-40 dní)

Počas tejto fázy sa vytvoria drobné čiastočky kalu s veľkosťou 0,2-0,5 mm a postupne sa bude zlepšovať schopnosť usadzovania kalu. Po stabilizácii ukazovateľov kvality vody na 3-5 dní pomaly zvyšujte zaťaženie, pričom jednorazové zvýšenie nepresiahne 10%-15%, postupne zvyšujte zaťaženie kalom na 0,1-0,2 kgCHSK/kgVSS·d. Rýchlosť toku reaktora smerom hore sa reguluje na 1,0 až 1,5 m/h. Ľahký vločkovitý kal sa eliminuje hydraulickým preosievaním; malá strata kalu je normálna. Počas tohto štádia by mala byť zabezpečená počiatočná agregácia granulovaného kalu s malými, hustými časticami kalu pozorovanými na dne reaktora.

Fáza 3: Obdobie rýchleho rastu granulovaného kalu (40 – 90 dní)

Veľkosť častíc granulovaného kalu sa zvýši na 0,5-2 mm, čím sa vytvorí stabilná vrstvená štruktúra. Vnútorná vrstva pozostáva z metanogénnych baktérií, ako sú metanogénne vlákna, zatiaľ čo vonkajšia vrstva pozostáva z baktérií produkujúcich hydrolytické kyseliny. Substrát sa rozkladá zvonku dovnútra a bakteriálna komunita funguje synergicky a stabilne. Zaťaženie sa neustále zvyšuje, postupne dosahuje objemové zaťaženie 3,0-5,0 kg CHSK/m³·d, pričom sa rýchlosť prúdenia smerom hore udržuje na 1,5-2,0 m/h. VFA v reaktore musí byť prísne kontrolovaná pod 50 mg/l a obsah metánu v bioplyne musí byť vyšší ako 55 %. Náhle zvýšenie zaťaženia alebo hydraulické zmeny, ktoré by mohli viesť k rozbitiu častíc, sú zakázané. Počas tejto fázy sa granulovaný kal rýchlo množí a zhutňuje, čím sa výrazne optimalizuje výkon usadzovania.

Fáza 4: Obdobie granulárneho zrenia (90 – 120 dní)

Zrelý granulovaný kal obsahuje viac ako 80 % častíc s priemerom 0,5-3 mm. Je hnedočervený, okrúhly, na dotyk pevný, nelepivý, s rýchlosťou usadzovania 10-20 m/h. Reaktor dosahuje svoje projektované objemové zaťaženie, pričom dosahuje rýchlosť odstraňovania CHSK viac ako 90 % pre ľahko biologicky odbúrateľnú odpadovú vodu, viac ako 85 % pre konvenčnú odpadovú vodu, stabilnú koncentráciu VFA pod 50 mg/l v odpadovej vode a obsah metánu v bioplyne nad 60 %. Po nepretržitej a stabilnej prevádzke viac ako 15 dní je kultivácia granulovaného kalu dokončená.

Teplota sa musí udržiavať konštantná v mezofilnom rozsahu 35 ± 2 stupňov, s dennými výkyvmi nepresahujúcimi ± 0,5 stupňa. Nadmerné kolísanie teploty priamo inhibuje aktivitu metanogénnych baktérií. Hodnota pH v reaktore musí byť stabilná na 7,0-}7,5, pričom pH prítoku môže byť mierne nižšie, pričom sa spolieha na tlmivý roztok alkality v reaktore. Úrovne pH pod 6,8 ​​alebo nad 8,0 sú zakázané. Prchavé mastné kyseliny (VFA) sú kľúčovým ukazovateľom včasného varovania; počas normálnej prevádzky musia byť nižšie ako 50 mg/l. Ak prekročia 100 mg/l, okamžite sa spustí alarm a ak presiahnu 200 mg/l, záťaž sa musí znížiť. Rýchlosť prúdenia smerom nahor by mala byť 1,0-1,5 m/h počas fázy spúšťania a 1,5-3,0 m/h počas fázy zrelosti. Rýchlosť pod 1,0 m/h spôsobí zhutnenie kalového lôžka, čím sa zabráni granulácii. Zvyšovanie záťaže sa musí riadiť princípom malých, častých zvyšovaní, pričom každé zvýšenie nepresahuje 10 % – 15 %. Ďalšie zvýšenie by sa malo vykonať až po stabilizácii ukazovateľov počas 3-5 dní. Dôraz by sa mal klásť na kontrolu zásaditosti zmiešaného lúhu v reaktore, nie na prítokovú zásaditosť, čím sa zabezpečí dostatočná zásaditosť. Pomer VFA k zásaditosti by mal byť nižší ako 0,1.

Po prvé, mikroorganizmy vylučujú extracelulárne polyméry, čo spôsobuje, že bunky k sebe priľnú a vytvárajú drobné vločky. Potom, s vláknitými baktériami, ako sú metanogénne baktérie, ako jadrom, vločky postupne agregujú a vytvárajú granulované prototypy. Pomocou hydraulického preosievania sa eliminuje uvoľnený vločkovitý kal, ktorý zadržiava husté granuly. Nakoniec sa vytvorí stabilná stratifikovaná štruktúra s vnútornou vrstvou metanogénnych baktérií a vonkajšou vrstvou kyslých-baktérií produkujúcich baktérie. Granule sa neustále zhutňujú a rastú, pričom sa stávajú zrelým granulovaným kalom.

Acidifikácia a pH pod 6,5 v reaktore sú primárne spôsobené príliš rýchlym nárastom zaťaženia a nedostatočnou alkalitou. Riešením je okamžité zastavenie prítoku, vyhýbanie sa slepému pridávaniu veľkého množstva hydrogénuhličitanu sodného a presné doplnenie alkálií podľa deficitu zásaditosti. Keď VFA klesne pod 50 mg/l a pH sa obnoví, reštartujte reaktor pri nižšom zaťažení. Ťažkosti s tvorbou granulovaného kalu sú často spôsobené nedostatočnou rýchlosťou prúdenia smerom nahor a nadmerne vysokým SS v prítoku. Rýchlosť prúdenia smerom nahor sa musí zvýšiť nad 1,0 m/h a malo by sa posilniť predčistenie odpadových vôd na odstránenie nerozpustených látok. Zlomenie a strata granúl sú spôsobené najmä inhibíciou toxických látok, akumuláciou VFA a kolísaním pH. Toxicitu odpadových vôd je potrebné preskúmať a predčistiť a stabilizovať prevádzkové parametre, a nie jednoducho znižovať rýchlosť hydraulického prúdenia. Pomalý štart{10}}a nízke miery odstraňovania CHSK sú často spôsobené slabou aktivitou inokulačného kalu a nerovnováhou živín. Je potrebné pridať vysokokvalitný očkovací kal, upraviť pomer C:N:P a pridať stopové prvky.

1. Základný princíp: Vždy používajte kalové zaťaženie (F/M) ako indikátor kontroly jadra, a nie jednoduché objemové zaťaženie; zabezpečiť stabilnú teplotu, pH a zásaditosť počas celého procesu a vyhnúť sa náhlym zmenám parametrov; uprednostňovať pomalé a postupné zvyšovanie zaťaženia a nepretržite vykonávať hydraulické triedenie; trpezlivo čakať na prirodzenú bakteriálnu postupnosť, bez núteného zásahu.

2. Kritériá zrelosti: Percentuálny podiel granulovaného kalu väčší alebo rovný 80 %, veľkosť častíc 0,5-3 mm, rýchlosť usadzovania 10-20 m/h; reaktor dosahuje projektované zaťaženie, rýchlosť odstraňovania CHSK spĺňa normy, odpadová voda VFA<50mg/L; biogas methane content stable >60%, žiadna významná strata kalu, nepretržitá stabilná prevádzka viac ako 15 dní.