ABR反應(yīng)器的實(shí)際操作與應(yīng)用

厭氧折流板反應(yīng)器(Anaerobicba用edreactor，ABR)是McCarty和Bachmann等人于1982年，在總結(jié)了第二代厭氧反應(yīng)器工藝性能的基礎(chǔ)上，開發(fā)和研制的一種新型的厭氧生物處理裝置。其特點(diǎn)是：反應(yīng)器內(nèi)置豎向?qū)Я靼澹瑢⒎磻?yīng)器分隔成幾個串聯(lián)的反應(yīng)室，每個反應(yīng)室都是一個相對獨(dú)立的上流式污泥床系統(tǒng)，其中的污泥以顆粒化形式或絮狀形式存在。水流由導(dǎo)流板引導(dǎo)上下折流前進(jìn)，逐個通過反應(yīng)室內(nèi)的污泥床層，進(jìn)水中的底物與微生物充分接觸而得以降解去除。

ABR因其特殊的結(jié)構(gòu)，與其它厭氧生物處理工藝相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)

目前，對ABR的研究已成為廢水厭氧生物處理方面的熱點(diǎn)，其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用也日益增多。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，ABR設(shè)計(jì)的一些關(guān)鍵參數(shù)主要還依賴于經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)。本文對ABR在工程設(shè)計(jì)時需要考慮的結(jié)構(gòu)形式、部件尺寸、操作條件等問題進(jìn)行了分析討論，以期為ABR的中試研究和工程設(shè)計(jì)提供參考。

ABR反應(yīng)器的實(shí)際操作與應(yīng)用

1結(jié)構(gòu)形式的選擇

厭氧折流板反應(yīng)器自產(chǎn)生以來，出現(xiàn)了幾種不同結(jié)構(gòu)的形式，如圖1所示結(jié)構(gòu)的ABR因具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理工程中得到了很好的應(yīng)用，本文所述均是基于此基本形式的反應(yīng)器。

因廢水厭氧處理對環(huán)境溫度要求較高，一般不能低于15~C，故在工程設(shè)計(jì)時應(yīng)注意ABR反應(yīng)器外部的保溫，建議采用半地下式結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁要做適當(dāng)?shù)姆栏幚怼?/span>

2主要部件的確定

2.1填料的選擇

在反應(yīng)室上部空問架設(shè)填料的ABR稱為復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器(HABR)。增設(shè)填料后，方面利用原有的無效容積增加了生物總量，另外還加速了污泥與氣泡的分離，從而減少了污泥的流失。研究結(jié)果表明，加裝填料后的ABR在啟動期問和正常運(yùn)行條件下的性能均優(yōu)于加裝前，而添加填料并不會明顯增加反應(yīng)器的造價(jià)。至于填料可能帶來的堵塞問題未曾見報(bào)道。因此，建議在ABR設(shè)計(jì)時考慮增加填料。常用的填料有鐵炭填料、半軟性塑料纖維等。

2.2隔室數(shù)的選擇

隔室數(shù)的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)所處理廢水的特點(diǎn)和所需達(dá)到的處理程度合理地設(shè)計(jì)。一股而言，在處理低濃度廢水時，不必將反應(yīng)器分隔成很多隔室，以3～4個隔室為宜；而在處理高濃度廢水時，宜將分隔數(shù)控制在6～8個，以保證反應(yīng)器在高負(fù)荷條件下的復(fù)合流態(tài)特性。

2.3上下流室寬度比的選擇

上流室寬度的設(shè)計(jì)與選耳義的上升流速有關(guān)，應(yīng)盡量使反應(yīng)器在一般HRT下處于較好的水力流態(tài)。上流室與下流室的寬度之比一般宜控制在5：1～3：111,9-1q。

2.4單個隔室長寬高的比值

研究表明，長寬高的比值會影響反應(yīng)器的水力流態(tài)。反應(yīng)器上流室沿水流前進(jìn)方向的長寬比宜控制在1：1～1：2之間，寬高LL-一般采用1：3，具體的有待于進(jìn)一步實(shí)踐研究。

2.5進(jìn)水管的布置

ABR反應(yīng)器主要有以下兒種進(jìn)水方式：隔室上部進(jìn)水，中部進(jìn)水，下部穿孔管進(jìn)水。具體可根據(jù)工程需要選用。

2.6產(chǎn)氣收集方式的選擇

集氣方式有分格集氣和集中集氣。分格集氣可使各隔室處于各自的反應(yīng)條件，利于產(chǎn)氣，只是結(jié)構(gòu)比集中集氣稍顯復(fù)雜。工程中盡量選用分格集氣。

2.7折流板結(jié)構(gòu)的選擇

折流板的折角，一般取45～60。，折板要伸入上流室的中間，以利于均勻布水，防J_}==溝流。至于折板距池底的高度，可通過水力計(jì)算得到一個比較好的沖擊速度，以利于后續(xù)隔室的進(jìn)水。

2.8隔室擋板的結(jié)構(gòu)

對于在隔室上部未設(shè)填料的ABR，隔室擋板上端建議采用鋸齒形結(jié)構(gòu)，以減少污泥流失；同時可增加水流湍動，促進(jìn)基質(zhì)在ABR寬度方向上的混合。隔室擋板的下端可選用圖2所示的幾種結(jié)構(gòu)。圖2(b)的結(jié)構(gòu)可減少水力死區(qū)，降低水力損失，同時可增加豎向擋板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，應(yīng)盡量采用。

2.9*隔室結(jié)構(gòu)的確定

與UASB相比，ABR反應(yīng)器的*隔室要承受遠(yuǎn)大于平均負(fù)荷的局部負(fù)荷，有資料表明，對一個擁有5格反應(yīng)器的ABR，其*格的局部負(fù)荷約為系統(tǒng)平均負(fù)荷的5倍。一般對于低濃度廢水，采用和后邊幾個隔室相同的尺寸即可；但對于隔室數(shù)較多或者進(jìn)水濃度較高的情況，建議適當(dāng)增大*隔室的容積，以便有效地截留進(jìn)水中的SS。

另外，為抑制反應(yīng)器*隔室可能出現(xiàn)的過度酸化現(xiàn)象，可在*隔室的適當(dāng)位置設(shè)置調(diào)節(jié)劑加入口，以便加入NaHCO等進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)。

2.10zui后隔室結(jié)構(gòu)的選擇

zui后一個隔室，一般選用如圖3所示的結(jié)構(gòu)即可，如果擬處理的廢水污泥沉降性能較差，可選用圖3(b)所示的結(jié)構(gòu)，以減少污泥流失。

3工藝操作條件的選擇

3.1啟動方式

厭氧反應(yīng)器的啟動方式有兩種：一是固定進(jìn)水基質(zhì)濃度而逐步縮短HRT；一是固定HRT而逐漸增大進(jìn)水基質(zhì)濃度。WPBarber和DCStuckey的研究表明，對于ABR，前種啟動方式要優(yōu)于后者。建議參用固定進(jìn)水濃度而縮短HRT的啟動方式。ABR反應(yīng)器的啟動一般采用較低的初始負(fù)荷，以利于污泥顆?；蛐躞w的形成；以較長的HRT啟動，反應(yīng)期內(nèi)氣液上升流速小，可減少污泥的流失，并可增加各隔室內(nèi)甲烷菌屬的含量。

3.2溫度

溫度是影響厭氧反應(yīng)的重要影響因素之一。在一定的范圍內(nèi)，溫度的提高不僅能加快厭氧硝化菌對有機(jī)污染物分解速率，而且還可以降低厭氧污泥混合液的粘度，而與粘度相關(guān)的污泥沉降性能又直接影響了反應(yīng)器的出水水質(zhì)。

SNachaiyasit等研究了低溫對ABR性能的影響，結(jié)果表明：在中等負(fù)荷條件下，反應(yīng)器溫度由35℃降至25℃對COD去除率無明顯影響，當(dāng)溫度進(jìn)一步降至15℃時，反應(yīng)器的效率明顯下降，其主要原因是低溫降低了細(xì)菌的代謝速率，使揮發(fā)性酯肪酸(VFA)的半飽和降解常數(shù)Ks增大，同時可溶性細(xì)胞代謝產(chǎn)物增加。

因此反應(yīng)器在啟動時，應(yīng)盡可能在氣溫較高的條件下進(jìn)行，等反應(yīng)器成功啟動后一般可以在相對低溫下持續(xù)正常運(yùn)行。

3.3容積負(fù)荷

ABR反應(yīng)器的實(shí)際操作與應(yīng)用

容積負(fù)荷直接反應(yīng)了食物與微生物之間的平衡關(guān)系，容積負(fù)荷的變化可通過改變進(jìn)水濃度或水力停留時間來實(shí)現(xiàn)。

3.4水力停留時間(HRT)

水力停留時問是控制ABR反應(yīng)器運(yùn)行的主要參數(shù)，它直接影響了ABR中的COD去除91。不同的HRT決定著不同的上流室上升流速，而上升流速是ABR反應(yīng)器設(shè)計(jì)中需要考慮的一個重要因素。為保證良好的泥水混合接觸條件，必須合理控制反應(yīng)器上升流隔室的流速(Vs)。但在確定值s時，應(yīng)根據(jù)擬處理廢水的不同情況加以區(qū)別對待。對于低濃度廢水，建議采用較短的HRT，以增強(qiáng)傳質(zhì)效果，促進(jìn)水流混合，緩解反應(yīng)器后部污泥基質(zhì)不足的問題。但HRT不宜過短，過短的HRT容易造成溝流現(xiàn)象，不僅影響處理效果，而且會使污泥流失。處理高濃度廢水時，其產(chǎn)氣對促進(jìn)泥水混合的作用占主導(dǎo)地位，因而對上升流速的控制范圍較寬，且可在很低的s下運(yùn)行。故對高濃度廢水，建議采用較長的HRT，以防止因產(chǎn)氣作用而造成的污泥流失，否則須加裝填料以減少污泥流失。

一般而言，當(dāng)進(jìn)水COD濃度在3000mg•L以上時，可將s控制在0-3～0.61TI•h～；當(dāng)處理低濃度廢水時，液體流速對泥水混合的促進(jìn)作用就顯得更為重要，宜將其控制在0.6～3.0mg•L。

3.5回流

將反應(yīng)器出水進(jìn)行回流是提高反應(yīng)器水力負(fù)荷(隔室內(nèi)水流上升速度)的常用方法。適當(dāng)回流，可以解決反應(yīng)器前端隔室因產(chǎn)生較多VFA而引起的pH值降低等問題，并可在處理某些含蛋白質(zhì)廢水時抑制絲狀菌的生長，還可稀釋進(jìn)水中的有毒有害物質(zhì)，從而提高處理效果。SetiadiT等人采用ABR處理棕櫚油生產(chǎn)廢水時，在平均負(fù)荷15.6gCOD•L1.d。研究了回流比從5到25變化時對反應(yīng)器出水的影響。結(jié)果表明，當(dāng)回流比在15以上時可保證系統(tǒng)內(nèi)的pH高于6.8，從而無需額外的堿度補(bǔ)充。但另有研究表明，不僅應(yīng)對回流比加以適當(dāng)?shù)目刂?，而且不進(jìn)行回流。

其根據(jù)在于：(1)不適當(dāng)?shù)幕亓鲗⒓觿》磻?yīng)器內(nèi)流體的混合，改變反應(yīng)器的水力流態(tài)，增加死區(qū)容積。Nachaiyasit等人的研究表明[n一4J，當(dāng)回流比增加到2時，死區(qū)容積高達(dá)40％，而回流比達(dá)4時，導(dǎo)致了突發(fā)性的較為嚴(yán)重的污泥流失問題；(2)出水回流將使反應(yīng)器回復(fù)到單相狀態(tài)，破壞產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌各自的良好運(yùn)行環(huán)境及其相互協(xié)同作用功II,因此而失去ABR所*的在一個反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷相分離的優(yōu)點(diǎn)。Bachmann等人的研究發(fā)現(xiàn)，由于回流而使產(chǎn)甲烷菌的活性在整個反應(yīng)器內(nèi)的分布趨于均勻，使后端隔室中的產(chǎn)甲烷菌進(jìn)入高基質(zhì)濃度、高H：分壓及低pH等不利環(huán)境條件下，從而影響處理效果。

Nachaiyasit等人的研究也發(fā)現(xiàn)，增加回流比將使產(chǎn)氣量和氣體中甲烷的含量沿反應(yīng)各隔室而下降?？梢?，目前關(guān)于出水回流對ABR反應(yīng)器效能的影響尚存爭論。是否采用回流要視所處理的廢水水質(zhì)而定，如果原水pH過低而酸化作用過烈、原水含有高濃度的有毒物質(zhì)或運(yùn)行需要在高水力負(fù)荷下進(jìn)行，則可考慮出水部分回流。但對出水回流應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度，一般情況下盡量不要采用。

3.6揮發(fā)性脂肪酸(V11A)

揮發(fā)性脂肪酸是厭氧發(fā)酵過程中的重要中間產(chǎn)物，它反映了廢水可生化性的改變情況。但VFA的過度積累會抑制甲烷菌的生長，從而使反應(yīng)器的穩(wěn)定時間延長。因此控制反應(yīng)器內(nèi)VFA的含量就顯得十分重要。

3.7分段進(jìn)水

ABR反應(yīng)器在較高有機(jī)負(fù)荷條件下啟動時，容易發(fā)生VFA積累、pH降低等情況，從而導(dǎo)致運(yùn)行失敗。為避免這些不利情況，可考慮采用分段進(jìn)水，如圖4所示。

PJSallis等人分別采用普通進(jìn)水ABR(NFABR)和分段進(jìn)水ABR(SFABR)對高濃度啤酒廢水的處理進(jìn)行了對比研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在啟動和正常運(yùn)行時期，SFABR均表現(xiàn)出了優(yōu)于NFABR的性能。采用SFABR可降低廢水中毒性物質(zhì)對前面隔室的沖擊，同時可為后面隔室提供足夠的微生物營養(yǎng)。在有機(jī)負(fù)荷為10.5kgCOD•m。•d。條件下，SFABR對C0D的去除率達(dá)到了95％。具體參見http://www.dowater。。ｃｏｍ更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3.8pH與堿度

pH是厭氧處理系統(tǒng)中重要的工藝控制參數(shù)之一，產(chǎn)甲烷過程只有在pH接近中性條件下才能有效進(jìn)行，pH高于8.0或低于6-3時，產(chǎn)甲烷速率將大大降低。堿度在系統(tǒng)中的作用是中和產(chǎn)酸階段生成的VFA，建立有效的酸堿緩沖體系，降低系統(tǒng)pH的變化幅度。為保證反應(yīng)器有足夠的緩沖能力，可根據(jù)需要在進(jìn)水中投加一定量的NaHCO進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)。

根據(jù)蘇德林等的研究結(jié)果，控制出水pH>6.5是確保ABR反應(yīng)器正常工作的必要條件，為此應(yīng)保持進(jìn)水堿度在800mg•L。以上。

4結(jié)論

ABR因其特殊的結(jié)構(gòu)，具有水力條件好、抗沖擊負(fù)荷、構(gòu)造簡單、造價(jià)低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有應(yīng)用前景的廢水厭氧生物反應(yīng)器。多年來，ABR在工程實(shí)踐不斷發(fā)展，加裝填料提高污泥與氣泡分離效果、采用合適的擋板結(jié)構(gòu)和部件尺寸，控制好水力停留時間等減少反應(yīng)器中死區(qū)、分段進(jìn)水和出水回流等手段也提供了技術(shù)上的選擇性。已有的工程實(shí)例和成功案例也可以為ABR反應(yīng)器的設(shè)計(jì)提供參考。

由于廢水的多樣性和活性污泥形態(tài)以及細(xì)菌作用的復(fù)雜性，ABR反應(yīng)器設(shè)計(jì)很大程度上依賴于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相對而言基礎(chǔ)理論研究落后于實(shí)踐。加強(qiáng)基本理論方面的研究很有必要，可以考慮用計(jì)算機(jī)模擬方法研究ABR的水力學(xué)特性以優(yōu)化結(jié)構(gòu)和確定操作條件；結(jié)合活性污泥結(jié)構(gòu)和菌種作用機(jī)理研究相關(guān)反應(yīng)與傳質(zhì)機(jī)理，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，以減少實(shí)際工業(yè)實(shí)驗(yàn)的工作量和提高工程設(shè)計(jì)的可靠性。