راهنمای عملی کشت لجن دانه ای بی هوازی UASB

لجن دانه ای هسته اصلی کارآمد راکتور UASB است. کشت از اصول-تلقیح با کیفیت بالا، دمای کنترل شده و pH پایدار، شروع کم F/M-، افزایش تدریجی بار، و غربالگری هیدرولیکی پیروی می کند. در شرایط مزوفیل، پساب به راحتی قابل تجزیه (فرآوری مواد غذایی و آبجو) می تواند لجن دانه ای بالغ را در 1-2 ماه تشکیل دهد، در حالی که فاضلاب صنعتی معمولی به 2-4 ماه برای تکمیل کشت نیاز دارد.

1. پیش تصفیه راکتور

سیستم توزیع آب UASB باید به طور کامل بازرسی شود تا از توزیع یکنواخت آب بدون مناطق مرده یا انسداد اطمینان حاصل شود. جداکننده سه فاز باید برای اطمینان از جداسازی گاز کافی-مایع-تنظیم شود. برای اطمینان از هوابندی راکتور و جلوگیری از ورود اکسیژن، فضای داخلی راکتور باید از زباله، زنگ زدگی و آلاینده های باقیمانده تمیز شود.

2. انتخاب و افزودن لجن تلقیح شده

لجن دانه‌دار UASB بالغ از انواع فاضلاب مشابه ترجیح داده می‌شود زیرا سریع‌ترین سرعت راه‌اندازی را ارائه می‌دهد و منبع تلقیح بهینه است. ثانیا، لجن حاصل از هاضم های بی هوازی در تصفیه خانه های فاضلاب شهری توصیه می شود، زیرا غنی از متانوژن است و به راحتی در دسترس است. گل و لای رودخانه، لجن فاضلاب و کود دامی هضم نشده اکیداً ممنوع است، زیرا این نوع لجن دارای محتوای شن و ماسه بالایی است، حاوی مواد سمی و مضر متعدد و دارای سطح اکسیژن محلول بالا است که مستقیماً جامعه باکتریایی بی هوازی را مختل می کند. مقدار تلقیح باید در 30%-50% حجم موثر راکتور کنترل شود. غلظت VSS لجن تلقیح شده باید به 2-4 کیلوگرم بر متر مکعب برسد و نسبت VSS/TSS باید بیشتر از 0.7 باشد تا از فعالیت لجن اطمینان حاصل شود.

3. کنترل تغذیه و محیط زیست

نسبت مواد مغذی میکروبی بی هوازی به شدت در C:N:P=200-300:5:1 کنترل می شود. نیتروژن، فسفر و عناصر کمیاب ضروری مانند Fe، Co و Ni با توجه به کیفیت فاضلاب تکمیل می شوند. قلیائیت مایع مخلوط در راکتور باید بالای 1000 میلی گرم در لیتر (محاسبه CaCO3) حفظ شود تا از ظرفیت بافر اطمینان حاصل شود. دما به طور پایدار در سطح مزوفیل 2±35 درجه با نوسانات روزانه بیش از 0.5± درجه کنترل می شود. کشت در دمای بالا باید در 2±55 درجه کنترل شود و تغییرات دمایی ناگهانی ممنوع است.

مرحله 1: دوره سازگاری میکروبی (10-20 روز)

هدف اصلی این است که اجازه دهیم میکروارگانیسم های بی هوازی در لجن تلقیح شده با کیفیت فاضلاب سازگار شوند، فعالیت خود را بازیابی کنند و از اسیدی شدن اولیه جلوگیری کنند. نشانگر کنترل اصلی برای راه‌اندازی، بار لجن F/M=0.05-0.1 kgCOD/kgVSS·d است، که کورکورانه از کنترل بارگذاری حجمی اجتناب می‌کند. غلظت COD ورودی باید زیر 1000 میلی گرم در لیتر کنترل شود. فاضلاب اصلی باید با آب تمیز، با زمان نگهداری هیدرولیکی حداقل 24 ساعت، با استفاده از روش جریان کم جریان پیوسته رقیق شود. روزانه pH، اسیدهای چرب فرار (VFA) و میزان حذف COD را در راکتور کنترل کنید و pH را بین 7.0 و 7.5 کنترل کنید. سطح VFA کمتر از 100 میلی گرم در لیتر و میزان حذف COD 40٪ یا بالاتر طبیعی در نظر گرفته می شود. اگر VFA از 200 میلی گرم در لیتر فراتر رفت یا pH کمتر از 6.8 شد، فوراً جریان ورودی را متوقف کنید و تنها پس از بهبود اندیکاتورها دوباره راه اندازی کنید.

مرحله 2: مرحله تشکیل دانه (20-40 روز)

در طی این مرحله، ذرات ریز لجن 0.2-0.5 میلی متر تشکیل می شود و عملکرد ته نشینی لجن به تدریج بهبود می یابد. پس از تثبیت شاخص های کیفیت آب به مدت 3-5 روز، به آرامی بار را افزایش دهید، با یک افزایش واحد که از 10٪ -15٪ تجاوز نمی کند، به تدریج بار لجن را به 0.1-0.2 kgCOD/kgVSS·d افزایش دهید. سرعت جریان بالا راکتور در 1.0-1.5 متر در ساعت کنترل می شود. لجن فلوکولنت سبک وزن از طریق غربالگری هیدرولیک حذف می شود. مقدار کمی از دست دادن لجن طبیعی است. در طول این مرحله، باید از تجمع اولیه لجن دانه ای اطمینان حاصل شود، با ذرات لجن کوچک و متراکم در انتهای راکتور مشاهده شود.

مرحله 3: دوره رشد سریع لجن دانه ای (40-90 روز)

اندازه ذرات لجن دانه‌ای به 0.5-2 میلی‌متر افزایش می‌یابد و یک ساختار طبقه‌ای پایدار را تشکیل می‌دهد. لایه داخلی از باکتری های متانوژن مانند رشته های متانوژن تشکیل شده است، در حالی که لایه بیرونی از باکتری های تولید کننده اسید هیدرولیتیک تشکیل شده است. سوبسترا از بیرون به داخل تجزیه می شود و جامعه باکتریایی به صورت هم افزایی و پایدار عمل می کند. بار به طور پیوسته افزایش می یابد، به تدریج به بار حجمی 3.0-5.0 کیلوگرم COD/m³·d می رسد، در حالی که سرعت جریان بالا در 1.5-2.0 متر در ساعت حفظ می شود. VFA در راکتور باید به شدت زیر 50 میلی گرم در لیتر کنترل شود و محتوای متان در بیوگاز باید بالای 55٪ باشد. افزایش ناگهانی بار یا تغییرات هیدرولیکی که می تواند منجر به شکستگی ذرات شود ممنوع است. در طی این مرحله، لجن دانه ای به سرعت تکثیر و فشرده می شود و عملکرد ته نشینی را به طور قابل توجهی بهینه می کند.

مرحله 4: دوره بلوغ دانه ای (90-120 روز)

لجن دانه ای بالغ حاوی بیش از 80 درصد ذرات با قطر 0.5-3 میلی متر است. قرمز مایل به قهوه ای، گرد، محکم در لمس و چسبنده نیست، با سرعت ته نشینی 10-20 متر در ساعت. راکتور به بار حجمی طراحی شده خود می رسد و به نرخ حذف COD بیش از 90 درصد برای فاضلاب قابل تجزیه زیستی آسان، بیش از 85 درصد برای فاضلاب معمولی، غلظت VFA پایدار زیر 50 میلی گرم در لیتر در پساب و محتوای متان در بیوگاز بالای 60 درصد می رسد. پس از عملیات مداوم و پایدار به مدت بیش از 15 روز، کشت لجن دانه ای کامل می شود.

دما باید در محدوده مزوفیل 2±35 درجه ثابت نگه داشته شود و نوسانات روزانه از 0.5± درجه بیشتر نباشد. نوسانات بیش از حد دما به طور مستقیم از فعالیت باکتری های متانوژن جلوگیری می کند. مقدار pH در راکتور باید در 7.0-7.5 پایدار باشد، با PH ورودی اجازه داده می‌شود کمی پایین‌تر باشد، که بر اساس بافر قلیایی درون راکتور است. سطوح pH کمتر از 6.8 یا بالاتر از 8.0 ممنوع است. اسیدهای چرب فرار (VFA) یک شاخص هشدار اولیه کلیدی هستند. در طول عملیات عادی، آنها باید کمتر از 50 میلی گرم در لیتر باشند. در صورت تجاوز از 100 میلی گرم در لیتر باید فوراً هشدار داده شود و در صورت تجاوز از 200 میلی گرم در لیتر باید بار کاهش یابد. سرعت جریان رو به بالا باید 1.0-1.5 متر در ساعت در مرحله راه اندازی و 1.5-3.0 متر در ساعت در مرحله بلوغ باشد. سرعت کمتر از 1.0 متر در ساعت باعث فشرده شدن بستر لجن می شود و از دانه بندی جلوگیری می کند. افزایش بار باید از اصل افزایش های کوچک و مکرر پیروی کند که هر افزایش از 10 تا 15 درصد تجاوز نمی کند. افزایش بعدی فقط باید پس از تثبیت شاخص ها برای 3-5 روز انجام شود. تمرکز باید روی کنترل قلیایی بودن مشروب مخلوط در راکتور باشد، نه قلیاییت نفوذی، و اطمینان از قلیائیت کافی. نسبت VFA به قلیاییت باید زیر 0.1 باشد.

ابتدا میکروارگانیسم‌ها پلیمرهای خارج سلولی ترشح می‌کنند و باعث می‌شوند سلول‌ها به یکدیگر بچسبند و لخته‌های کوچکی تشکیل دهند. سپس با هسته باکتری های رشته ای مانند باکتری های متانوژن، لخته ها به تدریج جمع می شوند و نمونه های اولیه دانه ای را تشکیل می دهند. از طریق غربالگری هیدرولیک، لجن شل لخته حذف می شود و گرانول های متراکم را حفظ می کند. در نهایت، یک ساختار طبقه ای پایدار با یک لایه داخلی از باکتری های متانوژن و یک لایه خارجی از باکتری های تولید کننده اسید تشکیل می شود. دانه ها به طور مداوم فشرده می شوند و رشد می کنند و به لجن دانه ای بالغ تبدیل می شوند.

اسیدی شدن و pH زیر 6.5 در راکتور عمدتاً به دلیل افزایش بیش از حد سریع بار و قلیائیت ناکافی ایجاد می شود. راه حل این است که فوراً جریان ورودی را متوقف کنید، از افزودن کورکورانه مقادیر زیاد بی کربنات سدیم خودداری کنید و دقیقاً قلیایی را مطابق با کمبود قلیایی پر کنید. هنگامی که VFA به زیر 50 میلی گرم در لیتر رسید و pH بازیابی شد، راکتور را با بار کمتری راه اندازی مجدد کنید. مشکل در تشکیل لجن دانه ای اغلب به دلیل سرعت ناکافی جریان رو به بالا و SS بیش از حد بالا در پساب است. سرعت جریان رو به بالا باید به بالای 1.0 متر در ساعت افزایش یابد و پیش تصفیه فاضلاب برای حذف جامدات معلق باید تقویت شود. شکستگی و از بین رفتن دانه ها عمدتاً به دلیل مهار مواد سمی، تجمع VFA و نوسانات pH ایجاد می شود. سمیت فاضلاب به جای کاهش سرعت جریان هیدرولیکی نیاز به بررسی و پیش تصفیه و تثبیت پارامترهای عملیاتی دارد. شروع آهسته{10}}و نرخ پایین حذف COD اغلب به دلیل فعالیت ضعیف لجن تلقیح و عدم تعادل مواد مغذی است. باید-لجن تلقیح با کیفیت بالا اضافه شود، نسبت C:N:P تنظیم شود، و عناصر کمیاب اضافه شوند.

1. اصل هسته: همیشه از بار لجن (F/M) به عنوان نشانگر کنترل هسته استفاده کنید، نه صرفاً بار حجمی. اطمینان از دمای پایدار، pH و قلیاییت در طول فرآیند، اجتناب از تغییرات ناگهانی پارامتر. افزایش آهسته و تدریجی بار را در اولویت قرار دهید و به طور مداوم غربالگری هیدرولیک را انجام دهید. صبورانه منتظر جانشینی طبیعی باکتری ها، بدون مداخله اجباری باشید.

2. معیارهای پذیرش بالغ: درصد لجن دانه ای بیشتر یا مساوی 80 درصد، اندازه ذرات 0.5-3 میلی متر، سرعت ته نشینی 10-20 متر در ساعت. راکتور به بار طراحی می رسد، نرخ حذف COD مطابق با استانداردها است، VFA پساب<50mg/L; biogas methane content stable >60٪، بدون از دست دادن لجن قابل توجه، عملیات پایدار مداوم برای بیش از 15 روز.