Практични водич за култивацију анаеробног гранулираног муља УАСБ

Зрнасти муљ је језгро ефикасног рада УАСБ реактора. Култивација прати принципе високо-квалитетне инокулације, контролисане температуре и стабилног пХ, ниског Ф/М покретања-, постепеног повећања оптерећења и хидрауличког скрининга. У мезофилним условима, лако разградива отпадна вода (прерада хране и пива) може да формира зрео зрнасти муљ за 1-2 месеца, док је за конвенционалну индустријску отпадну воду потребно 2-4 месеца да се заврши култивација.

1. Предтретман реактора

Систем дистрибуције воде УАСБ мора бити темељно прегледан како би се осигурала уједначена дистрибуција воде без мртвих зона или блокада; трофазни сепаратор-мора да се подеси да би се обезбедило адекватно одвајање гаса-течности{2}}чврсте материје; унутрашњост реактора мора бити очишћена од остатака, рђе и заосталих загађивача како би се осигурала херметичност реактора и спречио улазак кисеоника.

2. Избор и додавање инокулисаног муља

Зрели УАСБ грануларни муљ из сличних типова отпадних вода је пожељнији јер нуди најбржу брзину покретања{0}}и оптималан је извор инокулације. Друго, препоручује се муљ из анаеробних дигестора у постројењима за пречишћавање комуналних отпадних вода, пошто је богат метаногеним и лако доступан. Речни муљ, канализациони муљ и несварени сточни стајњак су строго забрањени, јер ове врсте муља имају висок садржај песка, садрже бројне токсичне и штетне материје и имају висок ниво раствореног кисеоника, што ће директно пореметити заједницу анаеробних бактерија. Количина инокулације треба да се контролише на 30%-50% ефективне запремине реактора. Концентрација ВСС инокулисаног муља треба да достигне 2-4 кг/м³, а ВСС/ТСС однос треба да буде већи од 0,7 да би се обезбедила активност муља.

3. Контрола исхране и животне средине

Однос анаеробних микробних хранљивих материја је строго контролисан на Ц:Н:П=200-300:5:1. Азот, фосфор и есенцијални елементи у траговима као што су Фе, Цо и Ни се додају у складу са квалитетом отпадне воде. Алкалност мешавине течности у реактору мора да се одржава изнад 1000 мг/Л (израчунато као ЦаЦО₃) да би се обезбедио капацитет пуфера. Температура се стабилно контролише на мезофилном нивоу од 35±2 степена, са дневним колебањима која не прелазе ±0,5 степени. Високо{10}}култивисање мора да се контролише на 55±2 степена, а нагле промене температуре су забрањене.

Фаза 1: Период адаптације микроба (10-20 дана)

Основни циљ је омогућити анаеробним микроорганизмима у инокулисаном муљу да се прилагоде квалитету отпадне воде, поврате своју активност и избегну почетно закисељавање. Главни контролни индикатор за покретање је оптерећење муља Ф/М=0.05-0.1 кгЦОД/кгВСС·д, избегавајући слепо коришћење волуметријске контроле оптерећења. Утицајну концентрацију ЦОД-а треба контролисати испод 1000 мг/Л. Првобитну отпадну воду треба разблажити чистом водом, са хидрауличким временом задржавања од најмање 24 сата, коришћењем методе континуираног ниског{6}}протока. Свакодневно пратите пХ, испарљиве масне киселине (ВФА) и брзину уклањања ЦОД у реактору, контролишући пХ између 7,0 и 7,5. Ниво ВФА испод 100 мг/Л и стопа уклањања КПК од 40% или више се сматрају нормалним. Ако ВФА пређе 200 мг/Л или пХ падне испод 6,8, одмах зауставите довод и поново покрените тек након што се индикатори опораве.

Фаза 2: Фаза грануларног формирања (20-40 дана)

Током ове фазе ће се формирати ситне честице муља од 0,2-0,5 мм, а учинак таложења муља ће се постепено побољшавати. Након што се индикатори квалитета воде стабилизују током 3-5 дана, полако повећавајте оптерећење, са појединачним повећањем које не прелази 10%-15%, постепено повећавајући оптерећење муља на 0,1-0,2 кгЦОД/кгВСС·д. Брзина узлазног тока реактора се контролише на 1,0-1,5 м/х. Лагани флокулантни муљ се елиминише хидрауличним просијавањем; мала количина губитка муља је нормална. Током ове фазе, треба обезбедити почетно агрегирање гранулисаног муља, са малим, густим честицама муља уочених на дну реактора.

Фаза 3: Период брзог раста гранулираног муља (40-90 дана)

Величина честица гранулираног муља се повећава на 0,5-2 мм, формирајући стабилну слојевиту структуру. Унутрашњи слој се састоји од метаногених бактерија као што су метаногене филаменте, док се спољашњи слој састоји од бактерија које производе хидролитичну киселину. Супстрат се распада споља унутра, а бактеријска заједница функционише синергијски и стабилно. Оптерећење се стално повећава, постепено достижући запреминско оптерећење од 3,0-5,0 кг ЦОД/м³·д, уз одржавање брзине узлазног тока на 1,5-2,0 м/х. ВФА у реактору мора бити строго контролисан испод 50 мг/Л, а садржај метана у биогасу мора бити изнад 55%. Забрањена су изненадна повећања оптерећења или хидрауличне промене које могу довести до ломљења честица. Током ове фазе, грануларни муљ ће се брзо размножавати и компактирати, значајно оптимизујући перформансе таложења.

Фаза 4: Период грануларног сазревања (90-120 дана)

Зрели зрнасти муљ садржи преко 80% честица пречника 0,5-3мм. Браонкастоцрвена је, округла, чврста на додир, није лепљива, са брзином таложења 10-20 м/х. Реактор достиже пројектовано запреминско оптерећење, постижући стопу уклањања ЦОД од преко 90% за лако биоразградиву отпадну воду, преко 85% за конвенционалну отпадну воду, стабилну концентрацију ВФА испод 50 мг/Л у ефлуенту и садржај метана у биогасу изнад 60%. Након непрекидног и стабилног рада преко 15 дана, култивација грануларног муља је завршена.

Температура се мора одржавати константном у мезофилном опсегу од 35±2 степена, са дневним колебањима која не прелазе ±0,5 степени. Прекомерне температурне флуктуације ће директно инхибирати активност метаногених бактерија. пХ вредност у реактору мора да буде стабилна на 7,0-7,5, са дозвољеним пХ утицаја да буде нешто нижи, ослањајући се на пуфер за алкалност унутар реактора. Нивои пХ испод 6,8 или изнад 8,0 су забрањени. Испарљиве масне киселине (ВФА) су кључни индикатор раног упозорења; током нормалног рада морају бити испод 50 мг/Л. Аларм треба одмах да се активира ако пређу 100 мг/Л, а оптерећење се мора смањити ако пређу 200 мг/Л. Брзина узлазног тока треба да буде 1,0-1,5 м/х током почетне фазе и 1,5-3,0 м/х током фазе зрелости. Брзина испод 1,0 м/х ће изазвати сабијање слоја муља, спречавајући гранулацију. Повећање оптерећења мора да следи принцип малих, честих повећања, при чему свако повећање не прелази 10%-15%. Следеће повећање треба извршити тек након што се индикатори стабилизују 3-5 дана. Фокус треба да буде на контроли алкалности мешане течности у реактору, а не алкалности утицаја, обезбеђујући довољну алкалност. Однос ВФА према алкалности треба да буде испод 0,1.

Прво, микроорганизми луче ванћелијске полимере, што доводи до тога да се ћелије пријањају једна за другу и формирају ситне комаде. Затим, са филаментозним бактеријама као што су метаногене бактерије као језгро, флокуле се постепено агрегирају и формирају грануларне прототипове. Кроз хидраулично просијавање, растресити флокулантни муљ се елиминише, задржавајући густе грануле. Коначно, формира се стабилна слојевита структура, са унутрашњим слојем метаногених бактерија и спољашњим слојем бактерија које- производе киселину. Грануле се континуирано збијају и расту, постајући зрели зрнасти муљ.

Закисељавање и пХ испод 6,5 у реактору су првенствено узроковани претерано брзим повећањем оптерећења и недовољном алкалношћу. Решење је да се одмах заустави доток, избегне слепо додавање великих количина натријум бикарбоната и прецизно допуни алкалије према дефициту алкалности. Када ВФА падне испод 50 мг/Л и пХ се опорави, поново покрените реактор са мањим оптерећењем. Потешкоће у формирању грануларног муља често су последица недовољне брзине протока нагоре и претерано високог СС у инфлуенту. Брзину узлазног тока треба повећати на изнад 1,0 м/х, а треба појачати предтретман отпадних вода за уклањање суспендованих чврстих материја. Ломљење и губитак гранула су углавном узроковани инхибицијом токсичних супстанци, акумулацијом ВФА и флуктуацијама пХ. Токсичност отпадних вода треба истражити и претходно третирати, а радне параметре стабилизовати, а не једноставно смањити брзину хидрауличког протока. Споро покретање{10}}и ниске стопе уклањања ХПК су често последица слабе активности инокулума муља и неравнотеже хранљивих материја. Потребно је додати-муљ висококвалитетног инокулума, прилагодити однос Ц:Н:П и додати елементе у траговима.

1. Основни принцип: Увек користите оптерећење муљем (Ф/М) као контролни индикатор језгра, а не само запреминско оптерећење; обезбедити стабилну температуру, пХ и алкалност током целог процеса, избегавајући нагле промене параметара; дати приоритет спором и постепеном повећању оптерећења и континуирано вршити хидраулично скрининг; стрпљиво чекати природну сукцесију бактерија, без принудне интервенције.

2. Критеријуми зрелости: проценат зрнастог муља већи или једнак 80%, величина честица 0,5-3мм, брзина таложења 10-20м/х; реактор достиже пројектовано оптерећење, брзина уклањања ЦОД задовољава стандарде, ефлуент ВФА<50mg/L; biogas methane content stable >60%, без значајног губитка муља, континуирани стабилан рад више од 15 дана.