UASB Anaerobinen rakeisen lietteen viljelyn käytännön opas

Rakeinen liete on tehokkaan UASB-reaktorin toiminnan ydin. Viljelyssä noudatetaan korkealaatuisen-siirrostuksen, hallitun lämpötilan ja vakaan pH:n, alhaisen F/M--käynnistyksen, asteittaisen kuormituksen lisäämisen ja hydraulisen seulonnan periaatteita. Mesofiilisissä olosuhteissa helposti hajoava jätevesi (elintarvikkeiden ja oluen jalostus) voi muodostaa kypsää rakeista lietettä 1-2 kuukaudessa, kun taas perinteinen teollisuusjätevesi vaatii 2-4 kuukautta viljelyn loppuun saattamiseksi.

1. Reaktorin esikäsittely

UASB:n vedenjakelujärjestelmä on tarkastettava perusteellisesti, jotta varmistetaan tasainen vedenjako ilman kuolleita alueita tai tukoksia; kolmivaiheinen erotin on säädettävä varmistamaan riittävä kaasun-neste-kiintoaineerotus; reaktorin sisätilat on puhdistettava roskista, ruosteesta ja jäännösepäpuhtauksista reaktorin ilmatiiviyden varmistamiseksi ja hapen pääsyn estämiseksi.

2. Inokuloidun lietteen valinta ja lisääminen

Suosittelemme kypsää UASB-rakeista lietettä samanlaisista jätevesityypeistä, koska se tarjoaa nopeimman{0}}käynnistysnopeuden ja on optimaalinen inokulaatiolähde. Toiseksi kunnallisten jätevedenpuhdistamoiden anaerobisten keittäjien lietettä suositellaan, koska se sisältää runsaasti metanogeenia ja sitä on helposti saatavilla. Jokiliete, viemäriliete ja hajoamaton karjanlanta ovat ehdottomasti kiellettyjä, koska tämäntyyppisissä lieteissä on korkea hiekkapitoisuus, lukuisia myrkyllisiä ja haitallisia aineita sekä korkea liuennut happipitoisuus, mikä häiritsee suoraan anaerobista bakteeriyhteisöä. Inokulaatiomäärä tulee säätää 30–50 %:iin reaktorin tehollisesta tilavuudesta. Inokuloidun lietteen VSS-pitoisuuden tulee olla 2-4 kg/m³ ja VSS/TSS-suhteen tulee olla suurempi kuin 0,7 lietteen aktiivisuuden varmistamiseksi.

3. Ravitsemus- ja ympäristövalvonta

Anaerobisten mikrobien ravintoaineiden suhdetta valvotaan tarkasti C:N:P=200-300:5:1. Jäteveden laadun mukaan täydennetään typpeä, fosforia ja välttämättömiä hivenaineita, kuten Fe, Co ja Ni. Reaktorissa olevan sekalipeän alkalisuus on pidettävä yli 1000 mg/l (laskettuna CaCO3:na) puskurointikapasiteetin varmistamiseksi. Lämpötilaa kontrolloidaan vakaasti mesofiilisellä tasolla 35±2 astetta, päivittäiset vaihtelut eivät ylitä ±0,5 astetta. Korkean lämpötilan viljelyssä on oltava 55±2 astetta, ja äkilliset lämpötilan muutokset on kielletty.

Vaihe 1: Mikrobien sopeutumisaika (10-20 päivää)

Ydintavoitteena on antaa siirrostetun lietteen anaerobisten mikro-organismien sopeutua jäteveden laatuun, palauttaa toimintansa ja välttää alkuhappamoitumista. Käynnistyksen keskeinen ohjausosoitin on lietekuorma F/M=0.05-0.1 kgCOD/kgVSS·d, välttäen sokeasti tilavuuskuormituksen säätöä. Sisään tuleva COD-pitoisuus tulee kontrolloida alle 1000 mg/l. Alkuperäinen jätevesi tulee laimentaa puhtaalla vedellä, jonka hydraulinen retentioaika on vähintään 24 tuntia, käyttämällä jatkuvaa matalavirtausmenetelmää. Tarkkaile pH:ta, haihtuvia rasvahappoja (VFA) ja COD-poistonopeutta reaktorissa päivittäin ja säädä pH välillä 7,0-7,5. VFA-taso alle 100 mg/l ja COD-poistoaste 40 % tai korkeampi katsotaan normaaliksi. Jos VFA ylittää 200 mg/L tai pH putoaa alle 6,8:n, pysäytä tulovirta välittömästi ja käynnistä uudelleen vasta, kun indikaattorit ovat palautuneet.

Vaihe 2: Rakeiden muodostusvaihe (20-40 päivää)

Tässä vaiheessa muodostuu pieniä 0,2-0,5 mm:n lietehiukkasia ja lietteen laskeutuskyky paranee vähitellen. Kun veden laatuindikaattorit ovat vakiintuneet 3-5 vuorokautta, lisää kuormaa hitaasti, yhdellä lisäyksellä enintään 10-15 %, lisäämällä lietekuormitusta asteittain arvoon 0,1-0,2 kgCOD/kgVSS·d. Reaktorin ylösvirtausnopeus säädetään 1,0-1,5 m/h. Kevyt flokkuloiva liete poistetaan hydraulisella seulonnalla; pieni määrä lietehävikkiä on normaalia. Tässä vaiheessa tulee varmistaa rakeisen lietteen alkukertymä, jolloin reaktorin pohjassa havaitaan pieniä, tiheitä lietehiukkasia.

Vaihe 3: Rakeisen lietteen nopea kasvujakso (40-90 päivää)

Rakeisen lietteen hiukkaskoko kasvaa 0,5-2 mm:iin muodostaen vakaan kerrostetun rakenteen. Sisäkerros koostuu metanogeenisista bakteereista, kuten metanogeenisista filamenteista, kun taas ulkokerros koostuu hydrolyyttistä happoa tuottavista bakteereista. Substraatti hajoaa ulkopuolelta sisään ja bakteeriyhteisö toimii synergistisesti ja vakaasti. Kuorma kasvaa tasaisesti saavuttaen vähitellen tilavuuskuorman 3,0-5,0 kg COD/m³·d, samalla kun ylösvirtausnopeus säilyy 1,5-2,0 m/h:ssa. Reaktorin VFA:n tulee olla tiukasti alle 50 mg/L ja biokaasun metaanipitoisuuden on oltava yli 55 %. Äkillinen kuormituksen lisääntyminen tai hydrauliset muutokset, jotka voivat johtaa hiukkasten rikkoutumiseen, ovat kiellettyjä. Tässä vaiheessa rakeinen liete lisääntyy nopeasti ja tiivistyy, mikä optimoi laskeutumiskyvyn merkittävästi.

Vaihe 4: Rakeinen kypsytysaika (90-120 päivää)

Kypsä rakeinen liete sisältää yli 80 % hiukkasia, joiden halkaisija on 0,5{3}}3 mm. Se on ruskeanpunainen, pyöreä, kiinteä kosketettaessa eikä tahmea, laskeutumisnopeus on 10-20 m/h. Reaktori saavuttaa suunnitellun tilavuuskuormituksen ja saavuttaa helposti biohajoavan jäteveden COD-poistonopeuden yli 90 %, tavanomaisen jäteveden yli 85 %, jäteveden vakaan VFA-pitoisuuden alle 50 mg/L ja biokaasun metaanipitoisuuden yli 60 %. Yli 15 päivän jatkuvan ja vakaan toiminnan jälkeen rakeisen lietteen viljely on valmis.

Lämpötila on pidettävä vakiona mesofiilisellä alueella 35±2 astetta päivittäisten vaihteluiden ollessa enintään ±0,5 astetta. Liialliset lämpötilanvaihtelut estävät suoraan metanogeenisten bakteerien toimintaa. Reaktorin pH-arvon on oltava vakaa 7,0-7,5, sisäänvirtaavan pH:n saa olla hieman alhaisempi reaktorissa olevan alkalisuuspuskurin varassa. pH-arvot alle 6,8 tai yli 8,0 ovat kiellettyjä. Haihtuvat rasvahapot (VFA) ovat keskeinen varhaisvaroitusindikaattori; normaalikäytössä niiden on oltava alle 50 mg/l. Hälytys tulee laukaista välittömästi, jos ne ylittävät 100 mg/l, ja kuormaa on vähennettävä, jos ne ylittävät 200 mg/l. Virtausnopeuden ylöspäin tulisi olla 1,0-1,5 m/h käynnistysvaiheessa ja 1,5-3,0 m/h kypsymisvaiheessa. Alle 1,0 m/h nopeus aiheuttaa lietekerroksen tiivistymisen, mikä estää rakeistumisen. Kuorman lisäyksen on noudatettava pienten, toistuvien lisäysten periaatetta, jolloin kukin lisäys ei saa ylittää 10–15 %. Seuraava korotus tulisi tehdä vasta sen jälkeen, kun indikaattorit ovat vakiintuneet 3-5 päivää. Painopisteen tulisi olla reaktorissa olevan sekalipeän emäksisyyden säätelyssä, ei sisäänvirtaavan emäksisyyden säätelyssä riittävän alkaliteetin varmistamiseksi. VFA:n ja alkaliteetin suhteen tulee olla alle 0,1.

Ensinnäkin mikro-organismit erittävät solunulkoisia polymeerejä, jolloin solut tarttuvat toisiinsa ja muodostavat pieniä flokkeja. Sitten rihmamaiset bakteerit, kuten metanogeeniset bakteerit ytimenä, aggregoituvat vähitellen muodostaen rakeisia prototyyppejä. Hydraulisen seulonnan avulla irtonainen flokkuloiva liete eliminoituu ja säilyttää tiheät rakeet. Lopuksi muodostuu vakaa kerrostunut rakenne, jossa on metanogeenisten bakteerien sisäkerros ja ulompi kerros happoa -tuottavia bakteereja. Rakeet tiivistyvät ja kasvavat jatkuvasti muuttuen kypsäksi rakeiseksi lieteeksi.

Happamoituminen ja pH alle 6,5 reaktorissa johtuvat ensisijaisesti liian nopeista kuormituksen kasvusta ja riittämättömästä alkalisuudesta. Ratkaisu on pysäyttää välittömästi sisäänvirtaus, välttää sokeasti lisäämästä suuria määriä natriumbikarbonaattia ja täydentää alkalia tarkasti alkalisuusvajeen mukaan. Kun VFA laskee alle 50 mg/l ja pH palautuu, käynnistä reaktori uudelleen pienemmällä kuormituksella. Rakeisen lietteen muodostumisen vaikeus johtuu usein riittämättömästä ylöspäin suuntautuvasta virtausnopeudesta ja tuloveden liian suuresta SS:stä. Nouseva virtausnopeus on nostettava yli 1,0 m/h:iin ja jäteveden esikäsittelyä suspendoituneen kiintoaineen poistamiseksi tulisi vahvistaa. Rakeiden rikkoutuminen ja hävikki johtuvat pääasiassa myrkyllisten aineiden estymisestä, VFA:n kertymisestä ja pH-vaihteluista. Jäteveden myrkyllisyys on tutkittava ja esikäsiteltävä, ja toimintaparametrit on stabiloitava sen sijaan, että pelkkä hydraulinen virtausnopeus pienennettäisiin. Hidas käynnistys{10}}ja alhaiset COD-poistonopeudet johtuvat usein huonosta siirrostelietteen aktiivisuudesta ja ravinteiden epätasapainosta. Laadukas siirrosteliete on lisättävä, C:N:P-suhde on säädettävä ja hivenaineita on lisättävä.

1. Perusperiaate: Käytä aina lietekuormaa (F/M) ytimen ohjausilmaisimena pelkän tilavuuskuorman sijaan; varmistaa vakaa lämpötila, pH ja alkalisuus koko prosessin ajan välttäen äkillisiä parametrien muutoksia; priorisoi hitaat ja asteittaiset kuormituksen lisäykset ja suorita jatkuvasti hydraulinen seulonta; odota kärsivällisesti luonnollista bakteeriperäisyyttä ilman pakotettua väliintuloa.

2. Aikuiset hyväksymiskriteerit: Rakeisen lietteen prosenttiosuus suurempi tai yhtä suuri kuin 80 %, hiukkaskoko 0,5-3 mm, laskeutumisnopeus 10-20 m/h; reaktori saavuttaa suunnittelukuorman, COD-poistonopeus täyttää standardit, jätevesi VFA<50mg/L; biogas methane content stable >60%, ei merkittävää lietehävikkiä, jatkuva vakaa toiminta yli 15 päivää.