简述厌氧折流板反应器的原理及发展

清华大学的黄永恒认真比较分析了SMPA工艺和ABR反应器的性能特点,认为ABR反应器完美的实现了SMPA工艺的思想要点,是一种很有发展前途的高效厌氧反应器。总的来说,ABR反应器具有构造简单、能耗低、抗冲击负荷能力强、处理效率高等一系列优点[5,8,9]。当然,ABR反应器也有其不利的方面。首先,为了保证一定的水流和产气上升速度,ABRR反应器不能太深。其次,进水如何均匀分布也是一个问题[10]。再有,与单级UASB反应器相比,ABR反应器的第一格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷,这可能会导致处理效率的下降[4]。

2.2 开发ABR工艺的理论基础

微生态系统理论厌氧处理实际上是借助于不同微生物种群间的协同作用并通过水解酸化(产酸及产乙酸)产甲烷等一系列生物反应将有机无底物转化为无机物的过程(图2)。在此过程中,不仅各类型的微生物对环境条件的要求不同,而且它们通过对不同底物的利用而形成类似于生态系统中的食物链的营养关系,即微生态系统。因而,为使厌氧处理系统持续稳定的运行,需创造适合于不同微生物种群生长的环境条件,使反应过程中物质的转化及能量的流动顺利地进行。因而,两相及多相厌氧反应器(SMPAR,可由一个反应器或多个反应器串联实现,因而它并非特指某个反应器)技术的研究已成为开发新型厌氧反应器技术的生态学基础。

第二阶段为产氢蚕乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以为的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇类等转化成乙酸和兼性厌氧菌。

第三阶段为产甲烷阶段。在高阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2、和CO2等转化为甲烷。

1.2厌氧处理工艺的发展概况

废水厌氧生物处理技术发展至今，已有120多年的了。早在1860年法国人LouisMouras把简易沉淀池改进为污水污泥处理构筑物使用。

1890年，Scoot-Moncereff第一个初步的厌氧滤池建造了一个底部空，上边铺一层石子的消化池。这也是第一个初步的厌氧滤池。

1899年Harry W.Clark设计了一个分离的消化器，先把污水沉淀后在厌氧发酵。

1956年Soefer等人开发成功了厌氧接触法。标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。

1970年Wageningen农业大学的G.lettinga等人成功的开发了升流式厌氧污泥层(UASB)。该反应器具有很高的处理效能，获得广泛应用，对废水厌氧生物处理具有划时代的意义。

1982年McCarty等人认为厌氧生物转盘的转动与否对处理效果影响不大，与是开发了厌氧折流板反应器(ABR)。

这些新颖厌氧处理工艺的不断被开发出来，打破了过去认为厌氧处理工艺处理效能低，需要较高温度、较高废水浓度和较长停留时间的传统观念，厌氧处理是高效能的，可适应不同的温度和不同浓度。

本文将对McCarty等人开发的厌氧折流板反应器详细阐述。

2、ABR反应器

2.1 ABR反应器的工作原理及特点

ABR反应器是由美国Sstanford大学的McCarty等人[2,3]于80年初提出的一种高效新型厌氧反应器.如图1所示,ABR反应器内设置若干竖向导流板,将反应器分隔成串联的几个反应室,每个反应室都可以看作一个相对独立的上流式污泥床系统(简称USB),废水进入反应器后沿导流板上下折流前进,依次通过每个反应室的污泥床,废水中的有机基质通过与微生物充分的接触而得到去除[4]。借助于废水流动和沼气上升的作用,反应室中的污泥上下运动,但是由于导流板的阻挡和污泥自身的沉降性能,污泥在水平方向的流速极其缓慢,从而大量的厌氧污泥被截留在反应室中[5,6]。由此可见,虽然在构造上ABR可以看作是多个UASB的简单串联,但在工艺上与单个UASB有着显著的不同,ABR更接近于推流式工艺[4]。ABR反应器独特的分格式结构及推流式流态使得每个反应室中可以驯化培养出与流至该反应室中的污水水质、环境条件相适应的微生物群落[4,6],从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到分离,使ABR反应器在整体性能上相当于一个两相厌氧处理系统[5]。一般认为,两相厌氧工艺通过产酸相和产甲烷相的分离,两大类厌氧菌群可以各自生长在最适宜的环境条件下,有利于充分发挥厌氧菌群的活性,提高系统的处理效果和运行的稳定性[7]。Letting教授在预测未来厌氧反应器的发展动向时提出了一个极具潜力和挑战性的新工艺思想,即分阶段多相厌氧工艺(简称SMPA)。