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厭氧反應器內顆粒汙泥形成的過程稱之為顆粒汙泥化，顆粒汙泥化是大多數UASB反應器啟動的目標和啟動成功的標誌。汙泥的顆粒化可以使UASB反應器允許有更高的有機物容積負荷和水力負荷。
初次啟動是對一個新建的UASB系統以未馴化的非顆粒汙泥接種，使反應器達到設計負荷和有機物去除效率的過程，通過這一過程伴隨著顆粒化的完成。厭氧微生物，特別是甲烷菌增值很慢，厭氧反應器的啟動需要較長的時間，這被認為是高速厭氧反應器的一個不足之處。但一旦啟動完成，在停止運行後的再次啟動可以迅速完成。
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UASB反應器初次啟動的若干認識
關於厭氧汙泥的顆粒化和UASB的初次啟動有很多深入的研究，表1是Hulshoff Pol和Lettinga對第一次啟動的若干要點總結。
表1 UASB反應器初次啟動的若干認識
種泥
1. 可供細菌附著的載體物質微粒對刺激和發動細胞的聚集是有益的
2. 種泥的產甲烷活性對啟動的影響不大，儘管質量濃度大於60gTSS/L的稠消化汙泥的產甲烷活性小於較稀的消化汙泥，前者卻有利於UASB的初次啟動
3. 添加部分顆粒汙泥或破碎的顆粒汙泥，也可提高顆粒化過程
啟動過程的操作模式
在啟動中必須相當充分地洗出接種汙泥中較輕的汙泥，保存較重的汙泥，以推動顆粒汙泥在其中的形成，要點如下
1. 洗出汙泥不再返回反應器
2. 當進液COD質量濃度大於5000mg/L時採用出水循環或稀釋進液
3. 逐步增加有機負荷，有機負荷的增加應當在降解COD能被去除80％後再進行
4. 保持乙酸質量濃度始終低於1000mg/L
5. 啟動時稠型汙泥的接種量為大約10～15kgVSS/m3；質量濃度小於40 kgVSS/m3的稀消化汙泥接種量可以小一些（稠型汙泥：15～20 kgMLSS/m3）
廢水特徵
1. 廢水濃度 低濃度有利於顆粒化的快速形成，但濃度也應當足夠維持良好的細菌生長條件，最小的COD質量濃度應為1000 mg/L
2. 汙染物性質 過量的懸浮物阻礙顆粒化的形成
3. 廢水成分 溶解性碳水化合物為主要底物的廢水比VFA為主的廢水顆粒化過程快，當廢水含有蛋白質時，應使蛋白質儘可能降解
4. 高的離子濃度（例如Ca2+、Mg2+）能引起化學沉澱（CaCO3、MgNH4PO4），由此導致形成灰分含量高的顆粒汙泥
環境因素
1. 在中溫範圍，最佳溫度為38～40℃；高溫範圍為50～60℃
2. 反應器內的pH值應始終保持在6.2以上
3. N、P、S等營養物質和微量元素（例如Fe、Ni、Co）應當滿足微生物的需要
4. 毒性化合物應當低於抑制濃度或應給予汙泥足夠的馴化時間
2
接種
接種的過程是相當簡單的，由於水中的溶解氧會很快被種泥中的兼性厭氧菌消耗並形成嚴格的厭氧條件，所以啟動時不需要嚴格的厭氧條件。
當沒有現成的顆粒汙泥時，應用最多的種泥是汙水處理廠消化池的消化汙泥。稠的消化汙泥對於顆粒化的形成有利，從而可加快初次啟動的速度。除了消化汙泥之外，可用作接種的物料很多，例如牛糞和各類糞肥，下水道汙泥等。一些汙水溝沉澱物和富微生物的河泥也可以被用於接種，但不應當有太多砂子。汙泥的接種質量濃度至少不低於10kgVSS/m3反應器容積。接種汙泥的填充量應不超過反應器容積的60％。
“載體物質”對啟動初期細胞聚集體系形成是有益的，但加入任何形式的填料是不需要的。這裡的“載體物質”僅指細胞本身的菌膠團物質，因此這種載體物質會自然存在於各種種泥中。Hulshoff Pol在其博士論文中討論了少量Ca2+對初次啟動的作用，認為它對顆粒化的發展是有促進作用的，原因是Ca2+的沉澱會形成這種載體內核。但Ca2+的添加也不是必須的。一旦顆粒汙泥形成，部分破裂的顆粒汙泥碎片會成為新生的顆粒汙泥的載體。
當用非顆粒汙泥接種時，則應當注意反應器的操作。如前所述，為避免絮狀汙泥在反應器裡大量生長從而妨礙顆粒汙泥的形成，必須將絮狀汙泥和分散的細小汙泥由反應器“洗出”，這是反應器完成顆粒化的先決條件。但是洗出應當是緩慢的逐步進行的過程，過度的洗出會使反應器內汙泥量減少太多而導致啟動失敗。表2為不同溫度下操作6m高的生產性UASB反應器所得到的汙泥停留時間範圍。
表2 不同溫度下操作6m高的生產性UASB反應器所得到的汙泥停留時間範圍
溫度/℃
最大汙泥負荷/[kgCOD/(kgVSS·d)]
最小SRT/d
最高SRT/d
10
15
25
30
33
37
40
0.21
0.47
1.98
2.80
3.58
3.74
3.66
100
43.5
10.5
7.4
5.8
5.5
5.6
300
131
32
22
17
17
17
3
啟動的階段
一般把UASB的初次啟動和顆粒化過程分為三個階段，分別為啟動與提高汙泥活性階段、形成顆粒汙泥階段、逐漸形成顆粒汙泥床階段。
階段1
啟動的初始階段。這一階段是指反應器負荷低於2kgCOD/(m3 d)的階段。這一階段反應器由0.5～1.5 kgCOD/(m3 d)或汙泥負荷0.05～0.1 kgCOD/(kgVSS d)開始。這一階段洗出的汙泥僅限於種泥中非常細小的分散汙泥，洗出的原因主要是水的上流速度和逐漸產生的少量沼氣。
階段2
反應器負荷上升至2～5 kgCOD/(m3 d)的啟動階段。在這一階段汙泥的洗出量增大，其中大多為絮狀的汙泥。洗出的原因是產氣和上流速度的增加引起的汙泥床的膨脹。大量汙泥洗出的結果是在留下的汙泥中開始產生顆粒狀汙泥。一般在從開始啟動到40d左右，可以在反應器底部觀察到顆粒汙泥。在這一階段汙泥負荷的增加較快，這是因為汙泥對廢水的馴化過程基本完成，汙泥的活性增加。這一階段末期，汙泥的洗出由於顆粒汙泥的形成而減少，顆粒汙泥的良好沉澱性能使其保留在反應器內。這一階段裡，反應器內的汙泥濃度由於絮狀汙泥的洗出降低到最低的程度。而實際上，在反應器裡對較重的顆粒汙泥和分散的、絮狀的汙泥進行了選擇。
階段3
這一階段指反應器負荷超過5 kgCOD/(m3 d)。在這一階段裡，絮狀汙泥變得迅速減少，而顆粒汙泥加速形成，直到反應器內不再有絮狀汙泥存在。在這一階段反應器負荷可以增加到很高，當反應器大部分被顆粒汙泥充滿時，其最大負荷可以超過50 kgCOD/(m3 d)。
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啟動前應瞭解的廢水特徵
廢水特徵對厭氧反應器的操作有重要影響。因此必須對廢水特徵有明確瞭解。工業廢水的種類時非常多的。即使同一類工業廢水，其性質也會因其工藝的不同區別很大。因此對一種廢水在啟動前，首先了解廢水特徵。
1、首先要知道廢水的有機物濃度
過低濃度的廢水可能並不適合於傳統的UASB的應用。Lettinga等人曾認為低於100mgCOD/L的廢水不宜於使用UASB，或者說在此濃度下UASB的使用不能充分表現其優越性。近年來由於EGSB反應器的發展和UASB上流速度的有效提高，因此又提出了低於100mgCOD/L的廢水不宜於使用UASB的說法。而在較高的濃度下廢水則可能需要稀釋迴流。
2、廢水的厭氧可降解性
由廢水的可降解性可以預測出UASB反應器出水的質量或COD的去除效率。
3、廢水的pH值緩衝能力
鹼度是衡量緩衝能力的一個參數，對鹼度特別小的廢水，可以加入Na2CO3提高其鹼度，具體看前面所述。另一個實用的檢查廢水緩衝能力的方法是向廢水中加入相當於COD濃度40％的乙酸（COD濃度計），假如廢水pH值仍然維持6.5以上，則其緩衝能力是沒有問題的。假如pH值在加乙酸後低於6.5，則說明廢水的緩衝能力不是非常強，在操作中應小心控制，後一種情況下，在廢水處理中產生的NH3也能提高其緩衝能力。
4、廢水中維持細菌生長必需的營養
厭氧菌需要的營養較少，粗略地講，N和P的需求大約為COD：N：P≈（350～500）：5：1。但由於發酵產酸菌的生長速率大大高於產甲烷菌，因此，較為精確的估算應當是CODBD：N：P：S約為（50/Y）：5：1：1。其中Y為細胞產率，對於發酵產酸菌，Y＝0.15；對於甲烷菌，Y＝0.03。典型地，對完全未酸化的廢水，取Y＝0.15；對於一個完全酸化的廢水，取Y＝0.03。此外，甲烷菌細胞組成中有較高濃度的鐵、鎳和鈷。在以冷凝液為主的廢水中，有時在例如玉米、土豆加工廢水中，這些元素可能非常少，在此情況下應當加入這些微量元素，有時也增加鋅和鉬。
5、廢水中懸浮物的含量
廢水中懸浮物的含量如果太高，則可能不大適宜於UASB處理。當廢水懸浮物質量濃度超過3000mg/L，並且它們不能生物降解而且能滯留在反應器內，就會引起較大麻煩。但如果這些懸浮物能夠生物降解，或者它們不在反應器內滯留，則不會引起任何問題。懸浮物能否在反應器內滯留取決於懸浮物和汙泥的顆粒大小與密度，當反應器形成顆粒汙泥，在懸浮物不容易停留在反應器內。對於可以降解的懸浮物，應當知道它降解的速率以便計算懸浮物在反應器裡的保留量。
6、瞭解廢水中是否含有有毒化合物和在厭氧過程中轉化為有毒化合物
一般情況下，應當瞭解總氮（凱氏氮）和氨氮、硫酸鹽和亞硫酸鹽的濃度，並要瞭解在廢水產生的工廠裡是否使用了殺菌劑、消毒劑等。
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初次啟動的一些要點
UASB的反應器啟動的過程實質上是對菌種的馴化、選擇、增殖的過程。因此在啟動階段應有一定的目標和遵循某些基本規則。
初次啟動是一個需要熟練技藝和經驗的過程，儘管許多人已成功完成過各類UASB的啟動，但不同規模、不同設計和處理不同廢水的UASB的啟動模式和啟動花費的時間有時相當不同，因此從根本上了解啟動的一些要點比一個啟動模式更有用。下面將敘述一下一般承認的要點和注意事項。
1、對啟動初期的目標應明確
在UASB的啟動初期，特別是第一階段，不能夠片面追求反應器的處理效率、產氣率的改進和出水的質量等。因為初期的目標是反應器逐漸進入“工作”狀態，從微生物角度看，它實質上是使菌種由休眠狀態恢復及活化的過程，在這一過程中，理所當然有一個停滯期存在。當菌種從休眠中恢復到營養細胞的狀態後，它們還要經歷對廢水性質的適應。在整個顆粒化過程中，選擇、馴化、增殖過程都在進行，而原種泥中可能濃度較低的甲烷菌增長速度相對於產酸菌要慢得多。因此在顆粒汙泥出現前的這一階段可能相對較長，這一階段裡不可能有較大的反應器負荷。
2、進液的濃度
廢水質量濃度低於5000mgCOD/L時，一般不需要稀釋可直接進液，除非廢水中含高濃度的有毒物質。當廢水濃度過高時，最好將廢水稀釋到大約5000mgCOD/L。在沒有低濃度的其它稀釋水時，可以簡單地採用反應器出水的循環。但出水循環在啟動階段也應謹慎從事，因為啟動階段的出水有時仍會有相當濃度的未降解的COD，以這種出水不能有效稀釋進水有時反而會引起過負荷。在這種情況下如果負荷的因素更重要時，則不必採用出水的循環。當採用出水循環時，可以參照表3給出的要點。
表3 UASB出水循環的應用要點
當廢水COD質量濃度低於5000mg/L時，不需要出水循環；但當亞硫酸鹽質量濃度大於200mg/L，則應採用循環使進液亞硫酸鹽質量濃度低於100 mg/L
當廢水COD質量濃度在5000～20000mg/L時， 採用出水循環啟動，使進液濃度在5000mg/L左右
廢水COD質量濃度超過20000mg/L時，在啟動階段可以採用其它稀釋水。高濃度廢水常常含有高的鹽濃度，這使得甲烷產率增加很慢。因此，以其它含鹽少的或清水稀釋有利於菌的增殖，最後直接稀釋到5000mg/L。如果不能稀釋至5000 mg/L，則至少稀釋到20000 mg/L，並同時採用出水循環
當增加負荷時，必須記住出水COD濃度會有短暫的增加階段，此時採用循環時可以通過計算得出反應器的真正負荷或進液濃度。真正進入反應器的混合水濃度為：(cin+fcoff)/( 1+f)，其中f為循環比；cin為原水進液濃度；coff為出水濃度
注：這些原則一般也適用於啟動後的正常操作。
3、負荷增加的操作方法
啟動的最初負荷可以從0.5～1 kgCOD/(m3 d)開始，當可生物降解的COD去除率達到80％後再逐步增大負荷。
為保險起見，反應器開始負荷不應太高，只要容積負荷略高於0.2 kgCOD/(m3 d)即可，水力時間大於24h。反應器開始操作，在最低的負荷下連續運轉直到有氣體產生，5d後，檢查產氣是否達到略高於0.1m3/(m3 d)。如果5d後反應器的產氣量仍未達到這一數值，可以停止進液3d後再恢復進液，直到產氣量增加。如果產氣量已達到0.1m3/(m3 d)，則下一步是檢查出水的VFA（揮發性脂肪酸） 濃度了。出水VFA 濃度是非常重要的參數，出水VFA濃度過高，意味著甲烷菌活力還不夠高或環境因素使甲烷菌活力下降而導致VFA利用不充分。
啟動階段，當環境因素例如pH值、溫度等正常時，出水VFA過高則表明反應器負荷相對於當時的菌種活力偏高。出水VFA若高於8mmol/L，則應當停止進液，直到反應器內VFA低於3mmol/L後，再繼續以原濃度、原負荷進液。如果出水VFA低於3mmol/L，說明反應器運行狀態良好，反應器可以以原負荷繼續運行。這一階段需要運行很長時間而不改變負荷，運行時間可能有1個月之久。由於上流速度和產氣量很小，基本上沒有汙泥洗出。出水VFA需至少每兩天測一次，直到連續進液多日，出水VFA始終保持在3mmol/L以下後，再採用增加負荷的措施。
增加負荷可以通過增大進液量或者降低進液稀釋比的方法進行。負荷每次可增加30％。如果廢水經過很大程度的稀釋，則可以把稀釋比降低30％，仍維持HRT不變，則負荷也就增加了30％。負荷的增加必須使出水VFA比原先略有上升，當出水VFA高於8mmol/L，此時不停止進液但要觀察反應器內pH值的變化防止“酸化”的發生。增大負荷後的短時間內，產氣量也有可能降低，這是應為細小的甲烷菌微粒被洗出。幾天後產氣量會重新上升，出水VFA濃度也會下降。但是如果出水VFA增大到15 mmol/L，則必須把負荷降至原來的水平，並保證反應器內pH值不低於6.5，萬一pH值下降至6.5以下，有必要加入鹼調節pH值。待一切恢復正常後，可以把負荷提高的幅度降至20％。
以上負荷增加的步驟可以重複進行直到負荷達到2.0 kgCOD/(m3d)，也就是說，負荷增大的步驟可能重複8～10次。每次操作所需要時間可能長短不一，有時可能長達兩週，有時僅有幾天。
當負荷達2.0 kgCOD/(m3 d)以上時，每次負荷可增加20％，增加負荷的時機（出水VFA濃度小於3mmol/L）及方式如前所述。負荷達到5.0 kgCOD/(m3 d)後，除了依照前面所述的方法操作外，也應當每週再檢查一次反應器中汙泥的活性和汙泥沿反應器高度的濃度變化。顆粒化很可能在負荷達到5.0 kgCOD/(m3 d)前後很快形成，其中反應器的負荷可以較快地增加。表4給出了一些促進顆粒化形成的操作要點。
表4 當負荷上升至2.0 kgCOD/(m3 d)後促進顆粒化形成的啟動操作要點
出水VFA一旦低於3 mmol/L即增加反應器負荷
使細小分散的汙泥洗出，不使這些洗出的汙泥返回反應器
使反應器保持最佳的細菌生長條件。一般地，pH＝6.8～7.5；溫度30～38℃（中溫範圍）或53～58℃（高溫範圍）；保證微生物生長所需要的營養與微量元素
為防止過負荷，在每次增加負荷時應總是小於50％
啟動6周後，以顯微鏡和放大鏡作汙泥的鏡檢，在400～1000放大倍數下應當看到汙泥中的絲狀物
當HRT達到大約5d後，開始降低稀釋用水的量；在HRT小於20時，對於COD質量濃度小於15g/L的廢水，稀釋不再是必需的；如果廢水COD質量濃度大於15g/L，則需要出水循環
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