厭氧反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥形成的過(guò)程稱(chēng)之為顆粒污泥化，顆粒污泥化是大多數(shù)UASB反應(yīng)器啟動(dòng)的目標(biāo)和啟動(dòng)成功的標(biāo)志。污泥的顆�；�可以使UASB反應(yīng)器允許有更高的有機(jī)物容積負(fù)荷和水力負(fù)荷。

初次啟動(dòng)是對(duì)一個(gè)新建的UASB系統(tǒng)以未馴化的非顆粒污泥接種，使反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷和有機(jī)物去除效率的過(guò)程，通過(guò)這一過(guò)程伴隨著顆�；�的完成。厭氧微生物，特別是甲烷菌增值很慢，厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，這被認(rèn)為是高速厭氧反應(yīng)器的一個(gè)不足之處。但一旦啟動(dòng)完成，在停止運(yùn)行后的再次啟動(dòng)可以迅速完成。

1、UASB反應(yīng)器初次啟動(dòng)的若干認(rèn)識(shí)

關(guān)于厭氧污泥的顆�；�和UASB的初次啟動(dòng)有很多深入的研究，表1是Hulshoff Pol和Lettinga對(duì)第一次啟動(dòng)的若干要點(diǎn)總結(jié)。

2、接種

接種的過(guò)程是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，由于水中的溶解氧會(huì)很快被種泥中的兼性厭氧菌消耗并形成嚴(yán)格的厭氧條件，所以啟動(dòng)時(shí)不需要嚴(yán)格的厭氧條件。

當(dāng)沒(méi)有現(xiàn)成的顆粒污泥時(shí)，應(yīng)用最多的種泥是污水處理廠消化池的消化污泥。稠的消化污泥對(duì)于顆�；�的形成有利，從而可加快初次啟動(dòng)的速度。除了消化污泥之外，可用作接種的物料很多，例如牛糞和各類(lèi)糞肥，下水道污泥等。一些污水溝沉淀物和富微生物的河泥也可以被用于接種，但不應(yīng)當(dāng)有太多砂子。污泥的接種質(zhì)量濃度至少不低于10kgVSS/m3反應(yīng)器容積。接種污泥的填充量應(yīng)不超過(guò)反應(yīng)器容積的60％。

“載體物質(zhì)”對(duì)啟動(dòng)初期細(xì)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。這里的“載體物質(zhì)”僅指細(xì)胞本身的菌膠團(tuán)物質(zhì)，因此這種載體物質(zhì)會(huì)自然存在于各種種泥中。Hulshoff Pol在其博士論文中討論了少量Ca2+對(duì)初次啟動(dòng)的作用，認(rèn)為它對(duì)顆�；�的發(fā)展是有促進(jìn)作用的，原因是Ca2+的沉淀會(huì)形成這種載體內(nèi)核。但Ca2+的添加也不是必須的。一旦顆粒污泥形成，部分破裂的顆粒污泥碎片會(huì)成為新生的顆粒污泥的載體。

當(dāng)用非顆粒污泥接種時(shí)，則應(yīng)當(dāng)注意反應(yīng)器的操作。如前所述，為避免絮狀污泥在反應(yīng)器里大量生長(zhǎng)從而妨礙顆粒污泥的形成，必須將絮狀污泥和分散的細(xì)小污泥由反應(yīng)器“洗出”，這是反應(yīng)器完成顆�；�的先決條件。但是洗出應(yīng)當(dāng)是緩慢的逐步進(jìn)行的過(guò)程，過(guò)度的洗出會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)污泥量減少太多而導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。表2為不同溫度下操作6m高的生產(chǎn)性UASB反應(yīng)器所得到的污泥停留時(shí)間范圍。

3、啟動(dòng)的階段

一般把UASB的初次啟動(dòng)和顆粒化過(guò)程分為三個(gè)階段，分別為啟動(dòng)與提高污泥活性階段、形成顆粒污泥階段、逐漸形成顆粒污泥床階段。

1. 階段1

啟動(dòng)的初始階段。這一階段是指反應(yīng)器負(fù)荷低于2kgCOD/(m3 d)的階段。這一階段反應(yīng)器由0.5～1.5 kgCOD/(m3 d)或污泥負(fù)荷0.05～0.1 kgCOD/(kgVSS d)開(kāi)始。這一階段洗出的污泥僅限于種泥中非常細(xì)小的分散污泥，洗出的原因主要是水的上流速度和逐漸產(chǎn)生的少量沼氣。

2. 階段2

反應(yīng)器負(fù)荷上升至2～5 kgCOD/(m3 d)的啟動(dòng)階段。在這一階段污泥的洗出量增大，其中大多為絮狀的污泥。洗出的原因是產(chǎn)氣和上流速度的增加引起的污泥床的膨脹。大量污泥洗出的結(jié)果是在留下的污泥中開(kāi)始產(chǎn)生顆粒狀污泥。一般在從開(kāi)始啟動(dòng)到40d左右，可以在反應(yīng)器底部觀察到顆粒污泥。在這一階段污泥負(fù)荷的增加較快，這是因?yàn)槲勰鄬?duì)廢水的馴化過(guò)程基本完成，污泥的活性增加。這一階段末期，污泥的洗出由于顆粒污泥的形成而減少，顆粒污泥的良好沉淀性能使其保留在反應(yīng)器內(nèi)。這一階段里，反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度由于絮狀污泥的洗出降低到最低的程度。而實(shí)際上，在反應(yīng)器里對(duì)較重的顆粒污泥和分散的、絮狀的污泥進(jìn)行了選擇。

3. 階段3

這一階段指反應(yīng)器負(fù)荷超過(guò)5 kgCOD/(m3 d)。在這一階段里，絮狀污泥變得迅速減少，而顆粒污泥加速形成，直到反應(yīng)器內(nèi)不再有絮狀污泥存在。在這一階段反應(yīng)器負(fù)荷可以增加到很高，當(dāng)反應(yīng)器大部分被顆粒污泥充滿(mǎn)時(shí)，其最大負(fù)荷可以超過(guò)50 kgCOD/(m3 d)。

4、啟動(dòng)前應(yīng)了解的廢水特征

廢水特征對(duì)厭氧反應(yīng)器的操作有重要影響。因此必須對(duì)廢水特征有明確了解。工業(yè)廢水的種類(lèi)時(shí)非常多的。即使同一類(lèi)工業(yè)廢水，其性質(zhì)也會(huì)因其工藝的不同區(qū)別很大。因此對(duì)一種廢水在啟動(dòng)前，首先了解廢水特征。

1.首先要知道廢水的有機(jī)物濃度

過(guò)低濃度的廢水可能并不適合于傳統(tǒng)的UASB的應(yīng)用。Lettinga等人曾認(rèn)為低于100mgCOD/L的廢水不宜于使用UASB，或者說(shuō)在此濃度下UASB的使用不能充分表現(xiàn)其優(yōu)越性。近年來(lái)由于EGSB反應(yīng)器的發(fā)展和UASB上流速度的有效提高，因此又提出了低于100mgCOD/L的廢水不宜于使用UASB的說(shuō)法。而在較高的濃度下廢水則可能需要稀釋回流。

2.廢水的厭氧可降解性

由廢水的可降解性可以預(yù)測(cè)出UASB反應(yīng)器出水的質(zhì)量或COD的去除效率。

3.廢水的pH值緩沖能力

堿度是衡量緩沖能力的一個(gè)參數(shù)，對(duì)堿度特別小的廢水，可以加入Na2CO3提高其堿度，具體看前面所述。另一個(gè)實(shí)用的檢查廢水緩沖能力的方法是向廢水中加入相當(dāng)于COD濃度40％的乙酸（COD濃度計(jì)），假如廢水pH值仍然維持6.5以上，則其緩沖能力是沒(méi)有問(wèn)題的。假如pH值在加乙酸后低于6.5，則說(shuō)明廢水的緩沖能力不是非常強(qiáng)，在操作中應(yīng)小心控制，后一種情況下，在廢水處理中產(chǎn)生的NH3也能提高其緩沖能力。

4.廢水中維持細(xì)菌生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)

厭氧菌需要的營(yíng)養(yǎng)較少，粗略地講，N和P的需求大約為COD：N：P≈（350～500）：5：1。但由于發(fā)酵產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)速率大大高于產(chǎn)甲烷菌，因此，較為精確的估算應(yīng)當(dāng)是CODBD：N：P：S約為（50/Y）：5：1：1。其中Y為細(xì)胞產(chǎn)率，對(duì)于發(fā)酵產(chǎn)酸菌，Y＝0.15；對(duì)于甲烷菌，Y＝0.03。典型地，對(duì)完全未酸化的廢水，取Y＝0.15；對(duì)于一個(gè)完全酸化的廢水，取Y＝0.03。此外，甲烷菌細(xì)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(shí)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(yīng)當(dāng)加入這些微量元素，有時(shí)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，則可能不大適宜于UASB處理。當(dāng)廢水懸浮物質(zhì)量濃度超過(guò)3000mg/L，并且它們不能生物降解而且能滯留在反應(yīng)器內(nèi)，就會(huì)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(yīng)器內(nèi)滯留，則不會(huì)引起任何問(wèn)題。懸浮物能否在反應(yīng)器內(nèi)滯留取決于懸浮物和污泥的顆粒大小與密度，當(dāng)反應(yīng)器形成顆粒污泥，在懸浮物不容易停留在反應(yīng)器內(nèi)。對(duì)于可以降解的懸浮物，應(yīng)當(dāng)知道它降解的速率以便計(jì)算懸浮物在反應(yīng)器里的保留量。

6.了解廢水中是否含有有毒化合物和在厭氧過(guò)程中轉(zhuǎn)化為有毒化合物

一般情況下，應(yīng)當(dāng)了解總氮（凱氏氮）和氨氮、硫酸鹽和亞硫酸鹽的濃度，并要了解在廢水產(chǎn)生的工廠里是否使用了殺菌劑、消毒劑等。

5、初次啟動(dòng)的一些要點(diǎn)

UASB的反應(yīng)器啟動(dòng)的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是對(duì)菌種的馴化、選擇、增殖的過(guò)程。因此在啟動(dòng)階段應(yīng)有一定的目標(biāo)和遵循某些基本規(guī)則。

初次啟動(dòng)是一個(gè)需要熟練技藝和經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程，盡管許多人已成功完成過(guò)各類(lèi)UASB的啟動(dòng)，但不同規(guī)模、不同設(shè)計(jì)和處理不同廢水的UASB的啟動(dòng)模式和啟動(dòng)花費(fèi)的時(shí)間有時(shí)相當(dāng)不同，因此從根本上了解啟動(dòng)的一些要點(diǎn)比一個(gè)啟動(dòng)模式更有用。下面將敘述一下一般承認(rèn)的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

1.對(duì)啟動(dòng)初期的目標(biāo)應(yīng)明確

在UASB的啟動(dòng)初期，特別是第一階段，不能夠片面追求反應(yīng)器的處理效率、產(chǎn)氣率的改進(jìn)和出水的質(zhì)量等。因?yàn)槌跗诘哪繕?biāo)是反應(yīng)器逐漸進(jìn)入“工作”狀態(tài)，從微生物角度看，它實(shí)質(zhì)上是使菌種由休眠狀態(tài)恢復(fù)及活化的過(guò)程，在這一過(guò)程中，理所當(dāng)然有一個(gè)停滯期存在。當(dāng)菌種從休眠中恢復(fù)到營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的狀態(tài)后，它們還要經(jīng)歷對(duì)廢水性質(zhì)的適應(yīng)。在整個(gè)顆粒化過(guò)程中，選擇、馴化、增殖過(guò)程都在進(jìn)行，而原種泥中可能濃度較低的甲烷菌增長(zhǎng)速度相對(duì)于產(chǎn)酸菌要慢得多。因此在顆粒污泥出現(xiàn)前的這一階段可能相對(duì)較長(zhǎng)，這一階段里不可能有較大的反應(yīng)器負(fù)荷。

2.進(jìn)液的濃度

廢水質(zhì)量濃度低于5000mgCOD/L時(shí)，一般不需要稀釋可直接進(jìn)液，除非廢水中含高濃度的有毒物質(zhì)。當(dāng)廢水濃度過(guò)高時(shí)，最好將廢水稀釋到大約5000mgCOD/L。在沒(méi)有低濃度的其它稀釋水時(shí)，可以簡(jiǎn)單地采用反應(yīng)器出水的循環(huán)。但出水循環(huán)在啟動(dòng)階段也應(yīng)謹(jǐn)慎從事，因?yàn)閱��?dòng)階段的出水有時(shí)仍會(huì)有相當(dāng)濃度的未降解的COD，以這種出水不能有效稀釋進(jìn)水有時(shí)反而會(huì)引起過(guò)負(fù)荷。在這種情況下如果負(fù)荷的因素更重要時(shí)，則不必采用出水的循環(huán)。當(dāng)采用出水循環(huán)時(shí)，可以參照表3給出的要點(diǎn)。

3.負(fù)荷增加的操作方法

啟動(dòng)的最初負(fù)荷可以從0.5～1 kgCOD/(m3 d)開(kāi)始，當(dāng)可生物降解的COD去除率達(dá)到80％后再逐步增大負(fù)荷。

為保險(xiǎn)起見(jiàn)，反應(yīng)器開(kāi)始負(fù)荷不應(yīng)太高，只要容積負(fù)荷略高于0.2 kgCOD/(m3 d)即可，水力時(shí)間大于24h。反應(yīng)器開(kāi)始操作，在最低的負(fù)荷下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)直到有氣體產(chǎn)生，5d后，檢查產(chǎn)氣是否達(dá)到略高于0.1m3/(m3 d)。如果5d后反應(yīng)器的產(chǎn)氣量仍未達(dá)到這一數(shù)值，可以停止進(jìn)液3d后再恢復(fù)進(jìn)液，直到產(chǎn)氣量增加。如果產(chǎn)氣量已達(dá)到0.1m3/(m3 d)，則下一步是檢查出水的VFA（揮發(fā)性脂肪酸）濃度了。出水VFA 濃度是非常重要的參數(shù)，出水VFA濃度過(guò)高，意味著甲烷菌活力還不夠高或環(huán)境因素使甲烷菌活力下降而導(dǎo)致VFA利用不充分。啟動(dòng)階段，當(dāng)環(huán)境因素例如pH值、溫度等正常時(shí)，出水VFA過(guò)高則表明反應(yīng)器負(fù)荷相對(duì)于當(dāng)時(shí)的菌種活力偏高。出水VFA若高于8mmol/L，則應(yīng)當(dāng)停止進(jìn)液，直到反應(yīng)器內(nèi)VFA低于3mmol/L后，再繼續(xù)以原濃度、原負(fù)荷進(jìn)液。如果出水VFA低于3mmol/L，說(shuō)明反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)良好，反應(yīng)器可以以原負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)行。這一階段需要運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間而不改變負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)間可能有1個(gè)月之久。由于上流速度和產(chǎn)氣量很小，基本上沒(méi)有污泥洗出。出水VFA需至少每?jī)商鞙y(cè)一次，直到連續(xù)進(jìn)液多日，出水VFA始終保持在3mmol/L以下后，再采用增加負(fù)荷的措施。

增加負(fù)荷可以通過(guò)增大進(jìn)液量或者降低進(jìn)液稀釋比的方法進(jìn)行。負(fù)荷每次可增加30％。如果廢水經(jīng)過(guò)很大程度的稀釋?zhuān)瑒t可以把稀釋比降低30％，仍維持HRT不變，則負(fù)荷也就增加了30％。負(fù)荷的增加必須使出水VFA比原先略有上升，當(dāng)出水VFA高于8mmol/L，此時(shí)不停止進(jìn)液但要觀察反應(yīng)器內(nèi)pH值的變化防止“酸化”的發(fā)生。增大負(fù)荷后的短時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)氣量也有可能降低，這是應(yīng)為細(xì)小的甲烷菌微粒被洗出。幾天后產(chǎn)氣量會(huì)重新上升，出水VFA濃度也會(huì)下降。但是如果出水VFA增大到15 mmol/L，則必須把負(fù)荷降至原來(lái)的水平，并保證反應(yīng)器內(nèi)pH值不低于6.5，萬(wàn)一pH值下降至6.5以下，有必要加入堿調(diào)節(jié)pH值。待一切恢復(fù)正常后，可以把負(fù)荷提高的幅度降至20％。

以上負(fù)荷增加的步驟可以重復(fù)進(jìn)行直到負(fù)荷達(dá)到2.0 kgCOD/(m3 d)，也就是說(shuō)，負(fù)荷增大的步驟可能重復(fù)8～10次。每次操作所需要時(shí)間可能長(zhǎng)短不一，有時(shí)可能長(zhǎng)達(dá)兩周，有時(shí)僅有幾天。

當(dāng)負(fù)荷達(dá)2.0 kgCOD/(m3 d)以上時(shí)，每次負(fù)荷可增加20％，增加負(fù)荷的時(shí)機(jī)（出水VFA濃度小于3mmol/L）及方式如前所述。負(fù)荷達(dá)到5.0 kgCOD/(m3 d)后，除了依照前面所述的方法操作外，也應(yīng)當(dāng)每周再檢查一次反應(yīng)器中污泥的活性和污泥沿反應(yīng)器高度的濃度變化。顆粒化很可能在負(fù)荷達(dá)到5.0 kgCOD/(m3 d)前后很快形成，其中反應(yīng)器的負(fù)荷可以較快地增加。表4給出了一些促進(jìn)顆粒化形成的操作要點(diǎn)。