一、IC厌氧反应器的调试
1、 调试步骤
2、 温度
3、 VFA:上万也不一定会酸化
4、 pH
5、 负荷:容积负荷和污泥符合
二、颗粒污泥
1、 形成的机理-非教科书版的认识
2、 外观
3、 沉降速度
4、 活性
5、 影响颗粒污泥的条件:反应器、容积负荷、污泥负荷、水力负荷、进水浓度、预酸化度、絮状泥含量(表观的另一面来说明)
三、IC反应器、EGSB、UASB那个更好调试
IC反应器调试步骤
01 确定接种污泥量
【一】需要根据加载的COD的量(污泥负荷)来计算反应器内的接种污泥量。
梦想的接种污泥投加量为反应器容积的50%。而接种污泥量最大程度上决定反应器调试的时间长短。不说了,我们调试的项目接种泥量都非常少,所以调试时间都非常长,也正因此我们积累了更多的经验,对技术改进和提升的帮助非常大。我们往往比国外大公司更能贴近客户和达到更好的运行效果。具体方法如下:
1、确定接种污泥的TSS、VSS含量。正常情况下需要测量两个数据,如果估算可以按照TSS=8-10%(可以取中间的数),VSS/TSS=70%来估测。
2、污泥的活性可以取值为0.6kg COD/kgVSS.d的50-60%来确定。
3、根据需要加载的COD的量来确定需要投加的接种污泥的量,或者根据污泥量来计算需要投加的COD的量。
【二】 启动、驯化
根据【一】确定好进水量和循环水量(保证一定的上升流速),密切观察产气情况和出水的VFA。如果不是同一种废水的接种污泥,7天的驯化期是必须的,切勿操之过急,心急吃不了兜着走。
【三】 提高负荷
提高负荷包括容积负荷(污泥负荷)和水力负荷。负荷的提高根据出水VFA、COD的去除率、污泥活性、产气的情况综合确定。前提是各指标非常稳定,VFA低于300mg/L,而更多的需要依靠经验界定,整过一个心里就有数了。
罐内污泥量的测量可参考如下方法(详见《废水厌氧生物处理技术》贺延龄):
注意事项:
提高负荷要循序渐进,根据污泥活性、污泥量来确定提高负荷量,一把上去,挺住。
出水VFA,正常300mg/L以下表示非常稳定,提负荷后会增加,保持稳定即可,不用过分纠结具体数值,我们调试的项目出水VFA:700mg/L,运行的非常好。
出水SS量(漂出颗粒污泥量),尽量少;
沼气提升量,靠感觉
出水pH(6.5以上,保持不下降)
以上数据保持稳定或非常缓慢的增殖趋势都没有问题,不用刻意关注具体数值。重要的是凭感觉,要敢试,多用心观察。
切记:粗心大意,不以为然!
【四】 秘籍
自信——用心观察——保持稳定!
02 IC反应器调试--温度
沿着《IC反应器调试步骤》灰色的轨迹,我们继续感性的说调试参数,今天先说温度,后面会说VFA、pH、负荷等,这样就五毒俱全了,也正好凑够一星期的文章。
【一】 理性的厌氧反应温度
突如其然的说,中温厌氧微生物的最佳活动温度区间为:35-38℃,高温的温度区间挺高,咱们不说了。在中温和高温之间是危险百慕大,一个谜一样的区间,因为在这个区间产甲烷菌被严重抑制。厌氧温度区间如下图所示:
而清华大学和中持水务却正好利用这个区间开发了“TSBP分级分相污泥厌氧消化技术”,即利用45-50℃这个区间进行污泥的生物水解,从而提高污泥的有机物降解率和提高沼气品质。据说,在宁海县的150t污泥示范工程已经运行3年多,污泥有机质降解率>50%,消化时间由30天缩短到17天,效果看起来不错。找了张照片大家看一眼:
还有,清华研究DNA的教授曾去取样检测,将结果与传统消化、热水解工艺等进行生物相对比,据说还分析出了一二三,我对这个比较好奇,但是一直看不到文献。好学之心真是如饥似渴啊!
【二】 IC反应器调试的温控
污泥消化和IC反应器还是有些距离的,虽然我曾幻想或者梦想将两者结合起来,但是没有深入去验证可行性。但是,IC反应器的温度控制确实很重要,不过掌握以下五字真经便可高枕无忧:
1、污泥接种后,保持稳定:1h稳定波动低于1℃,1天内波动低于2℃(其实,偶尔多几度也没大事);
2、最佳温度为38℃,控制反应器不要超过39℃。
为了怕温度计误差太大,我用体温计测量过,当废水温度超过39℃时,COD去除率有明显的下降,当温度达到40℃时,短时间内还是可以运行的。
3、据说:温度达到42℃是一个不可逆的过程,非常危险,如果大家感兴趣,在调试的时候可以试一试,并把结果告诉我。
4、低于35℃时效果会降低,当保持足够的污泥量时一样能达到理想的去除效果。
我们的项目在20℃条件下运行的也很好。莱廷格先生在他自己的自传里有关于低温时微生物的描述,大家可以好好感受一下。简而言之:天冷了,不想动,人多好取暖!
5、请参考上述4条。
【三】 总结
中温厌氧最佳反应温度区间35-38℃,最高不要超过40℃,低于30℃运行需要保持较低污泥负荷以保证运行效果和耐冲击性。
计算公式如下图所示:
03 IC反应器调试——VFA的控制
【一】 什么是VFA
百度有关于VFA的详细解释,咱们说点感性的。VFA:全称为挥发性脂肪酸,有香气,是厌氧过程的中间产物,用来表示厌氧消化过程是否进行的彻底和运行是否稳定。
(上面是我自己对VFA的定义,肯定不严谨,但是,大家明白意思就可以了!)
厌氧反应过程大体分为三步(或者四步):水解、酸化、产甲烷。VFA就是产酸阶段的产物,不正经的说主要包括甲乙丙丁午己庚辛壬亏等酸,正经的说主要用来表示乙酸的含量。我们通常的测法也主要是检测乙酸,此法足矣!
产甲烷菌利用酸化产生的乙酸分解成甲烷,完成厌氧消化过程。所以,如果VFA比较高或者持续增高,说明产甲烷的过程受到了抑制,需要找出原因。
【二】 正经的VFA
大量文献和资料表明当厌氧反应器VFA<300mg/L(或<5mmol/L)时,表明厌氧反应器运行非常稳定。至今,我也不知道这个数是怎么来的,如果有知道的请一定告诉我,以解我心头只恨!
严控VFA既能保持运行稳定又能长出好的颗粒污泥,这是真理。我上次说的甘肃临泽的项目,三个对厌氧不懂一点的美女就是因为严格按照了操作手册,严控VFA才积累了那么多的UASB颗粒污泥。每当VFA高于300mg/L时,她们只做一件事:停水加石灰!我也见过很多对厌氧很懂的业主把一罐罐颗粒污泥败家干净的案例,越懂的人越爱折腾。
其实,只要VFA保持稳定,<300mg/L或者<600mg/L都表示运行的挺好。我在黑液水中试的数据表示出水VFA达到了900mg/L,最高升至1200mg/L,但是反应器没有任何酸化和抑制的情况发生,其中有很大的原因是溶解的硫化氢影响了VFA的测量。
相比而言,持续升高的VFA更可怕。
【三】 不正经的VFA
持续升高的VFA表示产甲烷菌负担过重或受到抑制,酸累积到一定程度会破坏掉环境的缓冲体系,从而造成pH迅速下降(像过山车一样快),进而更明显的抑制产甲烷菌的活性,形成恶性循环。这叫酸罐!有幸,我没遇到过!谁遇到过可以给大家讲讲这美好的事!
针对VFA持续升高,首先要确认化验员是不是用鼻子测的,如果不是一定要间隔两小时再测一次看增长趋势,如果依然增加比较明显,继续测,同时观察产气情况,如果产气情况明显降低,则表示要☆☆☆☆☆警惕了。针对VFA突增,可以从以下几点进行分析:
是否是提高负荷的正常反应
提高负荷后,会有一个VFA增高的过程,一般不会持续增加,随后会逐渐将下来。若提高负荷过高,超过了产甲烷菌的所承担的范围,则会影响菌群平衡。因为产酸均比产甲烷菌长的快,所以废水更容易产酸,当负荷增加后大量产酸菌繁殖起来,产酸更多的酸,而产甲烷菌则像一个树懒一样慢慢的增长,消耗的乙酸的量不会有明显增加,这种不平衡会导致挥发酸短时间内不能被产甲烷菌及时消耗掉,表现就是VFA升高。
若能很快形成新的平衡则VFA会保持稳定或小幅增长,若负荷太高,明显超过了产甲烷菌的消纳能力,则会形成VFA持续增高一直到酸罐的情况出现。
对了,外售颗粒污泥超量也会导致VFA升高的,这叫变相的提高负荷。
来水是否有明显抑制物质
这也是常见的问题。废水尤其是化工、制药、酒精等废水,跑酸、跑碱、跑酒精这种事十有八九会发生,而生产车间肯定不会承认,更不会提前告诉环保车间。正常运行情况下,VFA突然增加,基本和这些事故有关。解决办法:等!
化验员是不是拿鼻子测的
【四】 【解决方案】
鲁迅先生说过:“VFA本没有毒,积累的多了,也就有了毒。”所以遇到VFA持续升高应该怎么解决呢?
1、找出原因,如果化验员用鼻子测的,坚决给予批评!
2、排除原因,如果不能解决,请看第3条;
3、打循环(停止进原水,IC反应器自出自进),如果不能解决问题,请看第4条;
4、加碱(石灰)打循环。如果不能解决,请看第5条;
5、眼睁睁的看着酸罐;如果实在看不下去,请看第6条;
6、闭上眼睛。
实际案例证明,即使pH降低至5时,持续打循环7天后,仍然能有提升出现(这简直就是奇迹啊!)。如果想更快的解决问题,重新接种!
04 IC反应器调试-负荷
沿着《IC反应器调试步骤》灰色的轨迹,继续感性的说参数,IC反应器负荷包括三个:容积负荷、污泥负荷、水力负荷。我们用的比较多的是容积负荷,容积负荷对水力负荷又有一定影响。
【一】 容积负荷
各种文献标明,IC反应器的一个及其重要的特点就是容积负荷高,可以达到30kgCOD/m3.d以上,是UASB的好几倍,所以节省占地。。。。巴拉巴拉,具有很多优点。
受我孤弱寡闻,我接触的IC反应器运行负荷一般低于20kgCOD/m3.d,在12-15kgCOD/m3.d负荷的条件下颗粒污泥生长非常好。见过的最高IC反应器运行负荷为29kgCOD/m3.d,颗粒污泥已经基本不成形,运行效果比较差,但是一直能保持运行。
针对不同的废水,IC反应器的负荷选取不同,也有低于10kgCOD/m3.d 负荷的设计。在保持稳定运行的条件下,我所了解到的几种水的运行负荷一般这么取值:
柠檬酸废水:20kgCOD/m3.d;
废纸造纸废水:15 kgCOD/m3.d;
APMP废水:18 kgCOD/m3.d;
黄原胶:15 kgCOD/m3.d;
酒精废水:15 kgCOD/m3.d;
制药废水:10 kgCOD/m3.d;
印染废水:10 kgCOD/m3.d;
有人说了,我们家的IC反应器运行负荷都比你上面的高很多,确实能达到40kgCOD/m3.d以上。好吧,我不反对也不质疑,你们家的IC反应器确实牛逼!
【二】 水力负荷
即上升流速,包括两个概念:一个是计算的水力负荷,另一个是算上内循环的水力负荷。
正常情况下:IC反应器的水力负荷设计在3-5m/h是比较好的,这样加上内循环的水力负荷可以达到10m/h,甚至更高。(每次说数据,我都感觉力不从心,因为我说的这些数据都是感性的,仅供大家参考,不要问我出处和为什么,I don’t know!我相信有些文献上解释的也不一定就对!)
水力负荷对颗粒污泥的形成和布水效果至关重要,对当前旋流布水流行的今天,布水问题看似被解决,其实仍有很多需要改进的,以保证布水的均匀。教一个凭感觉观察布水效果的小窍门:用手摸IC反应器底部,凡是凉的区域,该区域肯定为死区。有人说,加了保温层怎么确定?那就只有一个窍门了:猜!
从实践来看,即使上升流速低于2m/h时,IC反应器也能保持比较好的运行效果和稳定的生长颗粒污泥。毕竟,一个好的内循环设计才是IC反应器的真谛!
【三】 如何控制水力负荷
只有一个办法:控制进水量。针对浓度高、水量少的废水,实行外循环的方式,一方面可以调节pH、另一方面可以调节进水COD和IC反应器的上升流速(水力负荷)。有人非要纠结:“既然IC反应器可以实现内循环,为什么还要加外循环,那和EGSB、UASB不是没有什么区别了吗?”每次有人这么问我,我真想拿砖把他拍死!妓女还叫鸡呢,能吃吗?
IC反应器的进水COD(指加上循环水后的COD,而非原水)的高低对颗粒污泥的大小有一定影响,进水COD可能会是颗粒变大的一个原因,但是未看到明确的文献或者通过很多的实际案例来证明。控制进水COD在3000-5000mg/L是比较好的运行状况。我曾见过进水COD在10000mg/L和低于800mg/L的工程案例,都运行的非常好。而且,进水COD低于800mg/L的案例是我亲手调试的一个项目,长期运行,颗粒污泥生长的不错。
我始终认为大的水力负荷会对颗粒污泥的形状和硬度有一定的影响。这种认识受我刚工作时接触的帕克IC反应器的运行情况影响。
我认为,颗粒污泥的形成一定是一个生物原理,使的不同微生物之间形成一个紧密的联系。这种联系就好比一对恋人,而水力负荷就相当于父母反对的阻力。从电视剧可以看出来,越是父母反对的婚姻,恋爱的关系越紧密,所以越是高的水力负荷,颗粒污泥越紧密。当然,颗粒污泥的硬度还可钙含量、污泥负荷等等很多因素有关。
所以,基于这种生物自身发展的自然规律,保持比较大的水力负荷可以更有利于冲出絮状泥和结合不紧密的污泥,从而实现优胜略汰。
莱廷格先生的自传里有关于这部分的描述,我特别推荐大家去仔细看看这本书,因为里面提到的更多的是厌氧微生物哲理性的东西,一些道理和结论。道理是一通百通的东西,引一可以举三变是收获。国内的文献,大家还是不要看了,因为写过文献的人都明白数据是怎么做出来的,而且有些所谓的专家对知识的理解会误导我们,简直耽误终身大事的程度!
【四】 污泥负荷
污泥负荷建议选取低于1kgCOD/kgVSS.d,最好在0.6kgCOD/kgVSS.d左右。因为,中医讲过午不食,饭要吃七分饱,少食多餐营养均衡,每天喝够八杯水,就是这个道理。不明白的请参考《黄帝内经》。
05 IC反应器调试——pH的归宿
【一】 厌氧微生物的pH范围
产酸菌:范围比较广,pH在3-8之间应该都能保持很好的活性吧?
产甲烷菌:6.8-7.2,严格的中性。
pH对微生物的影响是通用的道理,而且是不可逆的,就像煮熟的鸡蛋再也孵不出小鸡一样。在IC反应器中,pH主要对产甲烷菌造成重要影响。所以,严控进pH、出水pH,我们那么的关注VFA也是针对pH来的。
【二】 pH里有不同
我认为,IC反应器的pH应该分成宏观和微观的来解释。宏观的表示进水、出水测量出来的数据,而微观的表示微生物生存的真是环境中的pH;
因为,按照理论来说,厌氧出水pH高于8.5,产甲烷菌就应该完蛋或者至少被严重抑制了吧?但是我们在黑液水的试验中,出水pH高于9是正常事件,这该如何解释呢?
正常进水pH应该保持中性才能保持微生物生存生长环境,为什么很多IC反应器的进水pH低于5,还能保持正常运行呢?
既然产甲烷菌的pH要求范围这么窄,为什么现在对进水pH的控制不那么严格了呢?
要回答上面三个问号,就应该从pH和缓冲体系来入手,这也是是宏观pH和微观pH的不同,我们看到的知识测量值,会随着样品放置时间不同、读数的时间快慢、有没有色盲、仪器是否校准有关。用老殷的话说:“仪器精确不一定准确,试纸准确但不精确”,多么精辟的阐释啊!而微观的pH表示的是实际值。
IC反应器内部是一个很大的缓冲体系(一般用碱度表示),对酸和碱都有一定的缓冲作用,只要pH没有超过这个缓冲区间,就能被中和,这叫“一生二,二生三,三生万物,万物生四象,四象生八卦,八卦生阴阳”,阴阳就是中和!
同时,颗粒污泥本身是一个微生物的菌群结构,它的结构形式肯定能对其进行一定的保护。
再者,IC反应器内循环量非常大,对进水pH也是一个稀释和缓冲,所以,现在有很多IC反应器的进水可以控制在pH=5,而UASB则不能!
有人说了,我们家的UASB也能,好吧你们家的UASB牛逼!!
【三】 pH与酸罐
一般,当出水pH低于6,已经没有产气的情况下,基本可以判定反应酸化了。应该迅速采取措施,具体措施请参见VFA那部分的1-6条。
而当整个反应器内的pH低于5时,可以说已经基本没什么盼头了,尤其是那种长期浸泡在pH=5这种环境中!
※当厌氧反应器出水pH低于6.5时,应该非常惊醒,少睡懒觉多读书,如果pH持续降低,则必须马上采取措施,切记玩火自焚!
措施:打循环-加碱-换泥!
以上便是IC反应器调试的全部内容,这同时也是厌氧微生物的衣(温度)、食(污泥负荷)、住(反应器)、行(水力负荷)的几大要素条件,其他的比如营养均衡、注意休息、远离雾霾和水污染等方面的内容属于少概率事件。
这部分内容写完后,我也就弹尽粮绝了、江郎才尽了。或许会写写污泥滚筒好氧发酵的东西,也可能写一些项目考察的观后感!毫无疑问,都会比这几篇更费时间,如果想准备的精致一些,无疑会更难!
PS:
上面的分析全是我一面之词,难免会有偏见和遗漏,其中也有很多是我不懂的,希望更专业的人事给予指导和解答:
1、VFA低于300mg/L比较好,这个数是怎么确定的?
2、你所经历的酸罐时的VFA有多少?
3、出水VFA和颗粒污泥的生长有没有理性联系?
4、用鼻子闻的化,水解池和厌氧出水哪个VFA更容易猜中?