UASB反應器工程運行參數控制研究

曾航

米粉是生活中常用的食材之一，生產米粉的主材大米淀粉通常采用濕法工藝生產。在生產過程中，每處理1000kg大米要排出綜合廢水8.2 m3～8.5m3，廢水的一般組成為總糖0. 3%～0. 7%，粗蛋白2.1%，固形物5%～10%，粗纖維2%～3%，脂肪酸0 .1%～0. 3%。

利用重力場對不同密度物質作用的差異，有人發明了三相分離器，使活性污泥停留時間與廢水停留時間分離，形成了上流式厭氧污泥床（UASB）反應器的雛型。

由于運行費用低，UASB反應器仍是目前廣泛應用的生物處理高濃度有機廢水的方法，但影響生物馴化和生長的因素較多，特別是接種了好氧消化污泥的反應器啟動時間長、運行不穩定。

本文結合實際工程分析總結了反應器的啟動規律，以期為該類廢水的處理提供借鑒。

一、水質與水量

某米粉廠年產淀粉達13萬噸，廢水綜合指標均大大超出環保標準要求，水質特性見表1。

二、廢水處理工藝

厭氧工藝處理高濃度有機廢水時，雖然處理效率高、運行穩定、能耗低，但單純利用厭氧工藝不易實現廢水的達標排放。因此，根據同行業廢水處理現狀和處理技術的成熟度，我建議選擇UASB與SBR（序批式活性污泥法）相結合的處理工藝。如圖1所示，本淀粉處理工藝中設UASB兩座，有效容積為1085m3。

三、UASB反應器的啟動

UASB反應器的接種污泥取自城市污水處理廠中的絮狀消化污泥。

1.污泥馴化期

污泥投加完畢后，加入稀釋后的淀粉廢水浸泡，淀粉生產廢水呈酸性，處理過程中會抑制甲烷菌，因此啟動前需將pH值調整在6～7.2之間為宜，以污泥負荷0.06kgCOD/kgVSS.d啟動，并采用1∶0.5回流，進水方式為連續進水。當出水溶解性COD去除率達80%時，逐漸增加進水量直至污泥負荷達到0.25 kgCOD/kgVSS.d。

2.提高負荷期

通過逐步增加進水量提高容積負荷。容積負荷提高的條件是，COD去除率超過80%，且出水VFA低于300mg/L。采取增加回流保證上升流速在0.5m/h條件下，一是可以提高進水pH值，二是可以防止溝流現象，改善混合效果，反應器的選擇壓增加較快，致使部分沉降性能差的絮狀污泥及質輕片狀顆粒污泥被沖出反應器。

3.穩定運行期

反應器內0.6mm～1.4mm的顆粒污泥占70%，抗沖擊能力大大增強，產氣量和出水指標比較穩定，此時反應器出水COD僅為200mg/l～450mg/l，COD去除率達90%以上。

四、反應器啟動過程中的影響因素及控制

1.污泥接種量

中溫型UASB反應器的污泥接種量一般是10 kgVSS/m3～15kgVSS/m3，接種污泥量過低會造成初始污泥負荷過高，降低運行的穩定性，一旦控制不當便會造成反應器的酸化。較多的接種菌液雖然可縮短啟動所需的時間，但過多的接種污泥量會增加污泥費用，種泥的VSS/SS也不宜過高，否則易造成菌種大量流失。

2.pH值

UASB反應器內最佳的pH值范圍為6.8～7.2， 本次工程試驗進水pH值對COD去除率的影響結果如圖2所示，說明在1∶0.5回流的情況下，進水pH值大于6.4最佳。

工程上多采用投加生石灰的方法調節pH值， 但此方法容易造成顆粒污泥鈣化，長期運行可能會堵塞布水管，使得UASB反應器無法正常運行，且會增加投資及運行費用。

本工程試驗采用出水回流的方法，用出水堿度調節反應器內的pH值，雖然進水pH值有波動，但并未影響反應器的正常運行。

3.進水濃度

在實驗室條件下，普遍認為當進水COD濃度在1000mg/l～5000mg/l之間易實現反應器的快速啟動。根據實驗，在保證不超過負荷及混合效果良好的情況下，進水濃度可達到8000mg/l～10000mg/l。

同時還應注意盡量避免由于進水形成的波動而造成細菌生長環境的改變。進水濃度過低時，易造成營養不足；過高時容易導致反應器的酸化，影響反應器的穩定運行。

本工程試驗采用好氧出水回流的方法稀釋淀粉廢水，使反應器的進水濃度維持在3000mg/l～4000mg/l之間，實現了生產性UASB的快速啟動及污泥的顆粒化。

4.有機負荷與水力負荷

為改善污泥顆粒的沉降性和抗沖擊能力，控制反應器中的水力負荷及污泥負荷是最有效的手段，因為這樣能在有機負荷、水力負荷和顆粒污泥的粒徑之間達到動態平衡。

在此次生產性試驗中，始終保持一定量的好氧出水回流來增加水力剪切力，且在顆粒污泥成熟期，保證反應器上升流速在0.5m/h以上，改善了污泥的形態及菌類組成，加快了污泥顆粒化速度。

五、結論

通過以上運行結果的分析得出如下結論。

1.顆粒污泥成熟后，UASB反應器可在6kgCOD/m3.d～10kgCOD/m3.d容積負荷下穩定運行；出水COD僅為200 mg/L ～450mg/L，其COD去除率高達90%以上。

2.可通過反應器出水回流調節pH值至適宜的范圍內，節省了因投加生石灰調節pH值帶來的投資和運行費用。

3.控制反應器中的水力負荷及污泥負荷是控制污泥顆粒化的有效手段。