Praktický průvodce pěstováním anaerobního granulovaného kalu UASB

Granulovaný kal je jádrem efektivního provozu reaktoru UASB. Kultivace se řídí zásadami vysoce-kvalitního očkování, řízené teploty a stabilního pH, nízkého rozběhu F/M-, postupného zvyšování zátěže a hydraulického třídění. V mezofilních podmínkách mohou snadno odbouratelné odpadní vody (zpracování potravin a piva) vytvořit vyzrálý granulovaný kal za 1-2 měsíce, zatímco konvenční průmyslové odpadní vody vyžadují 2-4 měsíce na dokončení kultivace.

1. Předúprava reaktoru

Systém rozvodu vody UASB musí být důkladně zkontrolován, aby byla zajištěna rovnoměrná distribuce vody bez mrtvých zón nebo ucpání; třífázový oddělovač musí být nastaven tak, aby bylo zajištěno dostatečné oddělování plynů-kapalin-pevných látek; vnitřek reaktoru musí být očištěn od úlomků, rzi a zbytkových nečistot, aby byla zajištěna vzduchotěsnost reaktoru a zabránilo se přístupu kyslíku.

2. Výběr a přidání inokulovaného kalu

Upřednostňuje se vyzrálý granulovaný kal UASB z podobných typů odpadních vod, protože nabízí nejrychlejší start-rychlost spuštění a je optimálním zdrojem očkování. Za druhé se doporučuje kal z anaerobních vyhnívacích nádrží v komunálních čistírnách odpadních vod, protože je bohatý na methanogeny a je snadno dostupný. Říční bahno, kaly z kanalizací a nestrávený hnůj hospodářských zvířat jsou přísně zakázány, protože tyto typy kalů mají vysoký obsah písku, obsahují četné toxické a škodlivé látky a mají vysoké hladiny rozpuštěného kyslíku, což přímo naruší komunitu anaerobních bakterií. Inokulační množství by mělo být řízeno na 30 % až 50 % účinného objemu reaktoru. Koncentrace VSS v inokulovaném kalu by měla dosahovat 2-4 kg/m³ a poměr VSS/TSS by měl být větší než 0,7, aby byla zajištěna aktivita kalu.

3. Kontrola výživy a životního prostředí

Poměr anaerobních mikrobiálních živin je přísně kontrolován na C:N:P=200-300:5:1. Dusík, fosfor a esenciální stopové prvky jako Fe, Co a Ni jsou doplňovány podle kvality odpadní vody. Alkalita směsného louhu v reaktoru musí být udržována nad 1000 mg/l (vypočteno jako CaCO3), aby byla zajištěna pufrovací kapacita. Teplota je stabilně řízena na mezofilní úrovni 35±2 stupně, s denními výkyvy nepřesahujícími ±0,5 stupně. Pěstování při vysokých{10}}teplotách musí být řízeno při 55±2 stupních a náhlé změny teploty jsou zakázány.

Fáze 1: Mikrobiální adaptační období (10–20 dní)

Hlavním cílem je umožnit anaerobním mikroorganismům v inokulovaném kalu přizpůsobit se kvalitě odpadních vod, obnovit jejich aktivitu a vyhnout se počátečnímu okyselení. Základním kontrolním indikátorem pro spuštění je kalové zatížení F/M=0.05-0.1 kgCOD/kgVSS·d, vyhýbá se slepému používání volumetrického řízení zatížení. Koncentrace CHSK v přítoku by měla být kontrolována pod 1000 mg/l. Původní odpadní voda by měla být zředěna čistou vodou s hydraulickým retenčním časem ne kratším než 24 hodin za použití metody kontinuálního nízkého-přítoku. Denně sledujte pH, těkavé mastné kyseliny (VFA) a rychlost odstraňování CHSK v reaktoru, pH kontrolujte mezi 7,0 a 7,5. Hladina VFA pod 100 mg/l a míra odstranění CHSK 40 % nebo vyšší se považují za normální. Pokud VFA překročí 200 mg/l nebo pH klesne pod 6,8, okamžitě zastavte přítok a restartujte jej až po obnovení indikátorů.

Fáze 2: Fáze tvorby granulí (20–40 dní)

Během této fáze se budou tvořit drobné částečky kalu o velikosti 0,2-0,5 mm a výkon usazování kalu se bude postupně zlepšovat. Poté, co se ukazatele kvality vody stabilizují po dobu 3-5 dnů, pomalu zvyšujte zatížení, s jediným zvýšením nepřesahujícím 10%-15%, postupně zvyšujte zatížení kalem na 0,1-0,2 kgCHSK/kgVSS·d. Rychlost toku reaktoru směrem vzhůru je regulována na 1,0-1,5 m/h. Lehký vločkovitý kal je eliminován hydraulickým tříděním; malá ztráta kalu je normální. Během této fáze by měla být zajištěna počáteční agregace granulovaného kalu s malými, hustými částicemi kalu pozorovanými na dně reaktoru.

Fáze 3: Období rychlého růstu granulovaného kalu (40–90 dní)

Velikost částic granulovaného kalu se zvýší na 0,5-2 mm, čímž se vytvoří stabilní vrstvená struktura. Vnitřní vrstva se skládá z metanogenních bakterií, jako jsou metanogenní vlákna, zatímco vnější vrstva se skládá z bakterií produkujících hydrolytické kyseliny. Substrát se rozkládá zvenčí dovnitř a bakteriální komunita funguje synergicky a stabilně. Zatížení se plynule zvyšuje a postupně dosahuje objemového zatížení 3,0-5,0 kg CHSK/m³·d, přičemž se rychlost proudění vzduchu udržuje na 1,5-2,0 m/h. VFA v reaktoru musí být přísně kontrolovány pod 50 mg/l a obsah metanu v bioplynu musí být vyšší než 55 %. Náhlé zvýšení zatížení nebo hydraulické změny, které by mohly vést k rozbití částic, jsou zakázány. Během této fáze se bude granulovaný kal rychle množit a zhutňovat, což výrazně optimalizuje výkon usazování.

Fáze 4: Doba zrání granulí (90–120 dní)

Zralý granulovaný kal obsahuje přes 80 % částic o průměru 0,5-3 mm. Je hnědočervený, kulatý, na dotek pevný, nelepivý, s rychlostí usazování 10-20 m/h. Reaktor dosahuje svého navrženého objemového zatížení, přičemž dosahuje rychlosti odstraňování CHSK přes 90 % pro snadno biologicky odbouratelnou odpadní vodu, přes 85 % pro konvenční odpadní vodu, stabilní koncentraci VFA pod 50 mg/l v odpadní vodě a obsah metanu v bioplynu nad 60 %. Po nepřetržitém a stabilním provozu po dobu více než 15 dnů je kultivace granulovaného kalu dokončena.

Teplota musí být udržována konstantní v mezofilním rozsahu 35±2 stupňů s denními výkyvy nepřesahujícími ±0,5 stupně. Nadměrné kolísání teploty přímo inhibuje aktivitu metanogenních bakterií. Hodnota pH v reaktoru musí být stabilní na 7,0-}7,5, přičemž pH přítoku může být mírně nižší, v závislosti na pufru alkality v reaktoru. Úrovně pH pod 6,8 ​​nebo nad 8,0 jsou zakázány. Těkavé mastné kyseliny (VFA) jsou klíčovým ukazatelem včasného varování; za normálního provozu musí být nižší než 50 mg/l. Pokud překročí 100 mg/l, měl by se okamžitě spustit poplach a při překročení 200 mg/l je třeba snížit zátěž. Rychlost toku směrem nahoru by měla být 1,0-1,5 m/h během spouštěcí fáze a 1,5-3,0 m/h během fáze zrání. Rychlost pod 1,0 m/h způsobí zhutnění kalového lože a zabrání granulaci. Zvyšování zátěže se musí řídit zásadou malých, častých zvýšení, přičemž každé zvýšení nesmí přesáhnout 10%-15%. Další zvýšení by mělo být provedeno až po stabilizaci ukazatelů po dobu 3-5 dnů. Důraz by měl být kladen na kontrolu alkality směsné kapaliny v reaktoru, nikoli na přítokovou alkalitu, zajištění dostatečné alkality. Poměr VFA k alkalitě by měl být nižší než 0,1.

Za prvé, mikroorganismy vylučují extracelulární polymery, což způsobuje, že buňky k sobě přilnou a vytvoří drobné vločky. Poté, s vláknitými bakteriemi, jako jsou metanogenní bakterie, jako jádrem, se vločky postupně shlukují a vytvářejí granulované prototypy. Hydraulickým proséváním je eliminován volný vločkovitý kal, který zadržuje husté granule. Nakonec se vytvoří stabilní vrstvená struktura s vnitřní vrstvou metanogenních bakterií a vnější vrstvou bakterií produkujících kyselé -. Granule se neustále stlačují a rostou a stávají se zralým granulovaným kalem.

Okyselení a pH pod 6,5 v reaktoru jsou primárně způsobeny příliš rychlým nárůstem zatížení a nedostatečnou alkalitou. Řešením je okamžitě zastavit přítok, vyhnout se slepému přidávání velkého množství hydrogenuhličitanu sodného a přesně doplnit alkálie podle deficitu alkality. Jakmile VFA klesne pod 50 mg/l a pH se obnoví, restartujte reaktor při nižší zátěži. Potíže s tvorbou granulovaného kalu jsou často způsobeny nedostatečnou rychlostí proudění směrem nahoru a příliš vysokým SS v přítoku. Rychlost proudění směrem nahoru je třeba zvýšit nad 1,0 m/h a měla by být posílena předúprava odpadních vod k odstranění nerozpuštěných látek. Rozbití a ztráta granulí jsou způsobeny hlavně inhibicí toxických látek, akumulací VFA a kolísáním pH. Toxicitu odpadních vod je třeba prozkoumat a předběžně upravit a stabilizovat provozní parametry, spíše než pouze snižovat rychlost hydraulického proudění. Pomalý start{10}}a nízké rychlosti odstraňování CHSK jsou často způsobeny špatnou aktivitou inokulačního kalu a nerovnováhou živin. Je třeba přidat vysoce kvalitní kal inokula, upravit poměr C:N:P a přidat stopové prvky.

1. Základní princip: Vždy používejte jako indikátor kontroly jádra kalové zatížení (F/M), spíše než pouze objemové zatížení; zajistit stabilní teplotu, pH a alkalitu během celého procesu a vyhnout se náhlým změnám parametrů; upřednostňovat pomalé a postupné zvyšování zátěže a průběžně provádět hydraulické třídění; trpělivě čekat na přirozenou bakteriální posloupnost, bez nuceného zásahu.

2. Kritéria zralosti: Procento granulovaného kalu větší nebo rovné 80 %, velikost částic 0,5-3 mm, rychlost usazování 10-20 m/h; reaktor dosahuje projektového zatížení, rychlost odstraňování CHSK splňuje normy, odpadní voda VFA<50mg/L; biogas methane content stable >60%, žádná významná ztráta kalu, nepřetržitý stabilní provoz po dobu delší než 15 dní.