ABR反应器启动及影响因素

ABR反应器影响因素及启动1.污泥厌氧消化的原理污泥厌氧消化，即污泥中的有机物在无氧的条件下被厌氧菌群最终分解成甲烷和CO2的过程，是一个极其复杂的过程，一般分为三个阶段，第一阶段在水解和发酵细菌的作用下，使碳水化合物、蛋白质和脂肪水解与发酵，转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及CO2及氢等；第二阶段在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、CO2和乙酸等；第三阶段，通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用下，一组把氢和CO2转化为甲烷，另一组对乙酸脱羧产生甲烷。2.厌氧消化影响因素废水的厌氧处理启动受到许多因素影响，可把这些因素分为设计操作因素与环境因素两大类。环境因素包括温度、pH值、碱度、营养、氧化还原电位以及包括毒性、可降解性等在内的废水特征等。设计操作因素包括反应器类型、操作单元的选择及排列方式、预处理的方式、接种污泥的数量和活性、微量元素的补充、容积负荷、水力停留时间等等。（1）温度有机物的厌氧分解分为产酸和产甲烷两个阶段，而温度又是厌氧反应的重要影响因素之一。在一定的范围内，温度的提高不仅能加快厌氧硝化菌对有机污染物分解速率，而且还可能降低厌氧污泥混合液的粘度，而与粘度相关的污泥沉降性能又直接影响了反应器的出水水质。在中等负荷条件下，反应器温度由35℃降至25℃对COD去除率无明显影响，当温度进一步降至15℃时，反应器的效率明显下降。温度适宜时，细菌发育正常，有机物分解完全，产气量高，固体颗粒在较高的温度下有更好的沉降性能。因此反应器在启动时，应尽可能在气温较高的条件下进行，等反应器成功启动后一般可以在相对低温下持续正常运行。（2）酸碱度pH值是常规厌氧过程中的重要参数。水解与发酵菌及产氢产乙酸菌对pH的适应范围大致为5～6.5，而甲烷菌对pH的适应范围在6.6～7.5，一般控制在7.0左右。在硝化系统中，若水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过产甲酸阶段，则pH值降低，抑制了甲烷菌的生长。因此，选择适当的碱性药剂或对投加的碱液进行预处理很重要。但若pH值过高，可提高进水负荷使得系统内挥发酸积累，从而导致pH值下降。总的来说，ABR内水解菌与产酸菌对pH值有较大范围的适应性.（3）营养物质和微量元素补充参与生物处理的微生物不仅要从废水中吸收营养物质，而且要用这些营养物质合成细胞物质。一般通过C：N：P来观察，COD:N:P=（200～300）:5:1，当营养不足时，需要补充一些氮肥和磷肥等。适量的Ni2+、Co2+、Ca2+、Zn2+等微量元素对厌氧微生物的生长有促进作用,其中Ni2+对厌氧污泥活性提高的作用最大,同时在厌氧污泥培养粒化过程中添加适量的微量元素能大大缩短粒化过程所需的时间,使粒化过程得以顺利完成。（4）氧化还原电位厌氧环境是产甲烷菌进行正常活动的基本条件。氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电位升高的最主要和最直接原因。在厌氧处理系统中主要依靠如下措施：1、首先保持严格的封闭系统，杜绝空气的进入。2、通过生化反应迅速消耗废水进入时带入的溶解氧，让氧化还原电位尽快的降低到到所需的要求。但是，除了氧以外，其他一些氧化剂或氧化物质的存在(如某些工业废水中含有的Fe3+、Cr2O27-、SO42-以及酸性废液中的H+等)，同样能使体系中的氧化还原电位升高，当其浓度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。（5）有毒物质有毒物质的存在对甲烷菌的产甲烷过程有影响，这些毒性物质有毒物质包括重金属离子、铵离子、表面活性剂以及硫酸根离子、亚硝酸根离子和硝酸根离子等。比如：SO42-的毒害作用：SO42-+8H+S2-+4H2OH2S的腐蚀作用氨的毒害作用：NH3+H2ONH4++OH-NH4HCO3，pH（6）容积负荷容积负荷不但是厌氧反应器的一个重要的设计参数，同时也是一个重要的控制参数，容积负荷反映了微生物之间的供需关系。容积负荷是影响污泥增长、污泥活性和有机物降解的重要因素，提高负荷可以加快污泥增长和有机物的降解。低的容积负荷所引起的低产气率和低水流上升速率能确保生长缓慢的微生物不会处于过负荷状态,才能促进絮状、粒状污泥的生长。初始负荷过高将会使厌氧生物处理的中间产物VFA积累,引起反应器的酸化而使反应器的启动失败。(7)水力停留时间水力停留时间对厌氧工艺的影响是通过上升流速来表现的。一方面，高的液体流速增加污水系统内进水区的扰动，因此增加了生物污泥与进水有机物之间的接触，对于去除率的提高起到正效应。另一方面，为了保持系统中足够的污泥，上升流速不能超过一定的限值，反应器的高度也就会受到限制。特别是对于低浓度污水，水力停留时间是比容积负荷更为主要的工艺控制条件。（8）挥发酸VFA挥发性脂肪酸是有机物厌氧发酵过程中的重要中间产物，它反映了废水可生化性的改变情况。但VFA的过度积累会抑制甲烷菌的生长，从而使反应器的稳定时间延长。特别当反应器中的碱度充足时，用pH值很难判断挥发酸的积累程度，因此控制反应器内挥发酸浓度就显得十分重要。酸化现象的出现会延长颗粒污泥培养的时间,酸化现象可以通过加入新鲜污泥,降低有机负荷,提高进水碱度的方式来克服。3.ABR反应器运行的特殊性ABR反应器运行影响因素不外乎以上几种，主要影响因素有：温度、pH、容积负荷、水力停留时间（HRT）、水力特性、值挥发性脂肪酸（VFA）等。但由于ABR反应器结构的特异性，ABR反应器又具有特殊水力特性。ABR的工艺特性与其水力特性紧密相关，国内外的研究表明，影响ABR反应器水力特性的主要因素有ABR反应器的结构、水力停留时间HRT、废水浓度及回流。（1）ABR反应器结构的影响ABR反应器中使用一系列垂直安装的折流板使被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动，借助于处理过程中反应器内产生的沼气应器内的微生物固体在折流板所形成的各个隔室内作上下膨胀和沉淀运动，而整个反应器内的水流则以较慢的速度作水平流动。废水流经ABR反应器需经过上下折流，在每一个转角处，必然存在一定程度额死区，这与反应器内折流板数有关；导流板参数是否合理，直接影响水力死区，对事物死区也有一定的影响。另有研究得出结论：①ABR的水力死区较小，远低于其他厌氧生物反应器；②水力死区随下、上向流室宽度比的减小先缓慢减小，后迅速增大，最佳值为1：3；③水力死区与折流板底端距底板距离成正比关系，随距离增大而增大；④随折流板折角的增大水力死区先迅速下降，再缓慢上升，最佳值在50°附近。（2）水力停留时间HRT的影响水力停留时间是控制ABR反应器运行的主要参数，它直接影响了ABR中的COD去除率。ABR通过控制水力停留时间，将反应控制在水解酸化阶段改变了大分子有机物的化学结构，使废水的可生化性能得到较好的改善。有研究表明，HRT越长，每个隔室的CSTR流态越明显。不同的HRT决定着不同的上流室上升流速，而上升流速是ABR反应器设计中需要考虑的一个重要因素。（3）废水浓度的影响为保证良好的泥水混合接触条件，必须合理控制反应器上升流隔室的流速（us）但在确定值us时，应根据拟处理废水的不同情况加以区别对待。对于低浓度废水，采用较短的HRT，以增强传质效果，促进水流混合，缓解反应器后部污泥基质不足的问题但HRT不宜过短，过短的HRT容易造成沟流现象，不仅影响处理效果，而且会使污泥流失；处理高浓度废水时，其产气对促进泥水混合的作用占主导地位，因而对上升流速的控制范围较宽，且可在很低的us下运行故对高浓度废水，采用较长的HRT，以防止因产气作用而造成的污泥流失，否则须加装填料以减少污泥流失。（4）回流将反应器出水进行回流是提高反应器水力负荷（隔室内水流上升速度）的常用方法。适当回流，可以解决反应器前端隔室因产生较多VFA而引起的pH值降低等问题，并可在处理某些含蛋白质废水时抑制丝状菌的生长，还可稀释进水中的有毒有害物质，从而提高处理效果。当回流比在15以上时可保证系统内的pH高于6.8，从而无需额外的碱度补充。但另有研究表明，不仅应对回流比加以适当的控制，而且最好不进行回流。以免增加死区容积和破坏产酸菌和甲烷菌各自良好运行环境及其相互协同作用。3、ABR反应器启动调试ABR反应器启动方式的选择ABR的启动方式，采取了两种启动方式：（1）固定进水基质浓度，逐步缩短HRT的启动方式；（2）固定HRT，逐步提高进水基质浓度的启动方式，因为前者从COD去除率、运行的稳定性及污泥的流失量方面衡量均优于采用后者方式启动的反应器，一般采用前者为ABR的启动方式。3.1接种污泥的选择为了丰富污泥中产甲烷菌的种类，采用几种不同来源的厌氧污泥进行接种，如城市废水处理厂厌氧消化污泥、经脱水的厌氧、好氧污泥，以及长期贮存、排放废水的阴沟、水塘污泥等。3.2厌氧池调试操作（1）将接种污泥投入厌氧池，用稀释废水浸泡2d，调节厌氧池内pH值约在7.0~7.5之间。（2）向厌氧池注入生产废水约1/3池容，再补充生活废水直设计容量，调试初始应采用较低负荷，一般约为正常运行负荷的1/6~1/4，或取0.1~0.3kgCOD/（m3·d）。（3）按约1/4设计处理水量连续进水。废水处理设计方案中厌氧池无回流泵，在调试阶段，应安装临时回流泵，将厌氧池出水回流，以增加池内生物菌数量，以免污泥大量流失，回流比约为1：4。（4）注意池内的温度变化，变化不能过快。当厌氧池出水pH＜6.5是应增加进水中的碱量，要及时对pH进行检测。（5）在上述情况下稳定运行2~3周，可逐步提高厌氧池容积负荷。每次提高0.3kgCOD/（m3·d）左右，稳定运行时间2周左右。在此期间，应注意观察厌氧池出水情况，若pH降低，应大投加碱量，若调整负荷后发生异常应采取降低负荷或暂时停止进水等措施，待稳定后再提高负荷。（6）当厌氧池进水浓度提高至原水浓度，直接进水，应经10d稳定观察，正常运行，可逐步取消回流泵。（7）正常的成熟污泥呈深灰到黑色，带焦油气，无硫化氢臭，pH值在7.0~7.5之间，当进水量达到设计要求。并取得较高的处理效率，产气量大，含甲烷成分高时，可认为厌氧调试基本结束。4、小结厌氧消化反应器启动运行的影响因素很多，可以将分为操作因素与环境因素两大类。ABR反应器属厌氧反应器的一种，因其特殊的水力特性及其内部的混合程度决定着废水中基质与反应器中微生物的接触情况,从而影响整个反应器的处理效果。不同的研究成果均说明了ABR反应器具有良好的水利条件及较低的死区百分率。不同水力停留时间、不同污泥浓度、不同的回流比、上升流速等都不同程度影响着ABR反应器的水力特性和死区百分率。ABR启动时接种污泥选用不同来源的厌氧污泥进行接种，低负荷启动是ABR反应器成功启动的关键，控制容积负荷在0.1~0.3kgCOD/（m3·d）。待出现颗粒污泥初体后，迅速提高负荷，完成启动。