简述厌氧折流板反应器的原理及发展

2.4.7 对有毒物质适应性强

由于隔板将反应器各格分隔开,所以有毒物质对反应器的影响主要集中在ABR反应器前部,对后部的危害较小。这使得只有少数微生物暴露在有毒物质的影响下,有利于整个反应器系统的驯化并能在较短时间恢复到正常的水平。

2.4.8 良好的生物固体截留能力

由于折流板的阻挡作用及通过对折流板间距的合理设置(水流在上向流室上升流速相对较小)为污泥的沉降和截留创造了一个良好的条件,因而ABR反应器内能截留大量的微生物,其微生物质量浓度可达到72.08g/l。

2.5 ABR的启动和研究现状

2.5.1 ABR的启动

一个厌氧反应器能否成功地快速启动是决定该反应器运行成败的先决条件。影响厌氧反应器启动的因素很多,包括废水的组成及浓度、接种污泥的数量和活性、环境条件、微量元素的补充、操作条件(COD容积负荷、水力停留时间)和反应器的结构尺寸等诸多因素。Weiland和Rozzi在讨论高效厌氧反应器的启动问题时特别提到了以下需要注意的方面:1.为了丰富污泥中产甲烷菌的种类,接种污泥最好用几种不同来源的厌氧污泥混合而成;2.温度应在33～37℃或50～55℃范围内,pH值应在7.2～7.6范围内,以保证产甲烷菌的最大活性;3.质量比COD:N:P=100:(10～1):(5～1),NH3-N<1000mg/L;4.微量金属元素,尤其是Fe、Ni、Co、Mo,对厌氧系统的启动也非常重要。Henze等人则建议启动的初始COD容积负荷应低一些(Pt<1.2kgm-3d-1),并且低COD容积负荷所引起的低产气率和低水流上升速度有利于厌氧活性污泥的生长。

Nachaiyasit和Stuckey[21]于1995年初步研究了ABR反应器的启动情况。启动方式是固定进水COD浓度,HRT由80h逐步减小到60h、40h,最后稳定在20h。但是,最后反应器发生了过度酸化,启动失败了。 Nachaiyasit和Stuckey认为这是接种污泥活性低和初始COD污泥负荷(pt=0.75kgkg-1d-1)高的缘故。随后,Nachaiyasit降低了COD污泥负荷(pt=0.07kgkg-1d-1),启动获得了成功。Boopathy和Tiche研究了复合式ABR反应器处理糖浆废水中试的启动情况。在30d内,HABR的COD容积负荷就达到了4.33 kgm-3d-1(p(COD)=115.771g/l,HRT=27d),并且在d30,每个反应室内都出现了颗粒污泥,COD的去初率达到89%。 Stuckey[5]认为这是在COD容积负荷比较高的情况下成功启动的一个好例子。Boopathy和Tiche没有分析为什么会出现这种情况,笔者怀疑有可能是HABR中的填料对启动负荷的提高有帮助作用。Batber和Stuckey[21]系统地研究了ABR的启动特性。 Batber等人采取了两种启动方式:1.固定HRT(20h),逐步提高进水基质浓度(p(COD)(1→2→4g/l);2.固定进水基质浓度(p(COD)=4g/l),逐步缩短HRT(80→40→20h)。结果表明,采用方式2启动的反应器不论是从COD去初率、运行的稳定性,还是从污泥的流失量方面衡量均优于采用方式1启动的反应器。

2.5.2ABR的研究现状

一些学者开展了用ABR反应器处理低浓度废水的研究,并获得了较好的效果(见表1).Stuckey认为,处理低浓度废水时,由于传质速率和微生物活性都不会很高,生物相的沿程变化就不会很明显,尤其产酸菌的数量沿程基本不便。并且处理低浓度废水时,低水力停留时间所带来的污泥流失问题可以被低的产气速率抵消,并且缩短HTR还可以增加水力搅拌作用,从而提高处理效率。

反应器内的水力条件和混合程度是影响反应器性能的一个重要条件。通过使用示踪剂对反应器内水力停留时间分布情况的测定,可分析其死区容积分数(Vd/V)和离散数(D/μL)。D.C.Stuckey等的研究表明,ABR的容积利用率要远高于其他的厌氧反应器,ABR的Vd/V为7%~20%,平均为9.8%。而厌氧滤池的Vd/V为50%~93%,传统消化池(CSTR)的Vd/V大于80%。此外,研究表明,随着HRT的降低,各隔室的离散数(扩散或混合程度,以Peclect数统计)增大,反应器的反混程度增加。但反应器内的折流板阻挡了各隔室间的反混作用,强化了各隔室内的混合作用,所以隔室越多,D/μL越低,反混程度减小,说明ABR反应器的水力流态是局部为完全混合式(CSTR)流态,整体为推流(PF)流态的一种复杂水力流态型反应器。

和完全混合式的反应器比较,ABR对温度的适应范围较广。D.C.Stuckey等人的研究表明,当温度由35℃降到25℃时,COD去除率无明显变化,当降到15℃时,COD去除率有较大下降,但仍在75%~83%。这是由于反应器后面几格微生物的缓冲作用,使得ABR可以适应较大的温度变化。据文献报道,ABR可在13℃的条件下运行。

回流对于ABR有两方面的影响。D.P.Chynoweth等研究发现,回流20%出水,甲烷产量上升了30%。此外,回流还可缓解过多的挥发性酸引起反应器前部的PH值偏低。在TjandraSetiadi等人应用ABR工艺处理棕榈油厂废水的研究中同样发现,当回流大于15%时,不需加碱,系统PH值即可保持在6.8以上。回流还可以稀释进水中的有毒物质,并降低微生物对基质的不适应程度。然而回流会增加生物的流失,并引起死区的增大。S.Nachaiyasit的研究表明,当回流由0%增到2%时,死区体积增大一倍,达到了40%。并且,回流引起的混合导致反应器向单相状态转变,部分丧失了产酸相和产甲烷相分区的优点。A.Bachmann等研究发现,当有回流时,产甲烷菌在反应器内的分布是均匀的,这就导致清除性细菌(如鬃毛甲烷菌)曝露在反应器前部。这里的较低的PH值,较高的氢气分压和基质浓度会使这些细菌失去活性。而产酸菌由于回流被冲到了反应器后部,会由于有机质少而处于饥饿状态。S.Nachaiyasit也发现回流比增大时,反应器的产气量和甲烷含量均有下降。

应用ABR反应器处理高浓度有机废水是ABR反应器应用前景最为广阔的一个方面(见表2)。

目前,对于ABR处理各种废水的研究应用日趋增多。R.Boopathy将ABR应用于酒厂废水,其进水COD可达51.6g/l,COD容积负荷为3.5kg/(m3˙d)时,COD去除率可达90%,产气甲烷体积分数在65%~75%。在J.C.Akunna对ABR处理酒厂废水的研究中,当进水COD为9500mg/l,HRT为4d,COD容积负荷为2.73kg/(m3˙d)时,效果最好,COD去除率达到了92.25%。当COD容积负荷为4.75kg/(m3˙d)时,产气量达到了22l/d,甲烷体积分数在60%~0%。

R.Boopathy等在反应器上部添加填料对其加以改进。改进后的ABR反应器在处理制糖废水时,COD容积负荷可达20kg/(m3˙d),COD去除率在70%以上,产气量达到了5倍反应器体积,甲烷体积分数为75%。在高负荷下,污泥流失很少,第一隔室的vss为72.08g/l。这与污泥良好的沉降性能和填料的应用有关。

应用厌氧折流板反应器处理豆制品废水的研究发现,ABR处理豆制品废水具有启动快、易培养出颗粒化的活性污泥的特点。稳定运行时,COD容积负荷可达到14.3kg/(m3˙d),COD去除率能保持在80%以上,具有良好的抗冲击负荷和抗低pH值的能力。沈耀良应用ABR法处理垃圾渗滤混合废水的研究发现,ABR可获得明显的水解酸化作用,提高废水的可生化性。混合废水的BOD5/COD为0.2、0.665时,经ABR反应器处理后出水的BOD5/COD值可提高到0.37、0.68,且进水的BOD5/COD越低,其提高幅度越大。

2.6、ABR反应器的应用前景

随着我国经济建设的发展,废水排放量逐年增加,水环境受到严重污染,急需建设大批水处理设施,但却面临着资金和技术上的困难。ABR作为一种新型高效厌氧处理工艺,结合了第二代反应器的优点,克服了某些不足之处,如厌氧滤池所需的成本较高的滤料和UASB所需的工艺复杂的三相分离器,因而ABR具有工艺简单,造价较低的优点。另外,ABR还具有生物截留能力强,运行管理方便,性能可靠等优点。因此,ABR在我国高浓度工业有机废水(如酿造、造纸、制革废水等)的污染控制中有很好的研究开发价值和推广应用前景。目前已有少数工程应用实例。在美国哥伦比亚市Tenjo镇污水处理厂采用ABR处理生活污水。福建某生化厂采用ABR处理制药废水和福建长乐市侨胜纺织印染有限公司应用ABR工艺处理毛巾印染废水,均取得了令人满意的处理效果。但对于ABR的试验研究目前还主要处在实验室阶段,所以ABR反应器在实际工程中进一步推广之前,仍需要进行大量的试验,结合机理分析,以便深入地了解其工艺特性。例如,关于反应器构造的优化设计研究,以及反应器内生物的分布状况还需要进一步深入探讨。目前尤为缺乏的是ABR法处理高浓度工业有机废水较大规模的中试和在实际工程中的示范试验。

结束语：

从以上的介绍、分析可以看出,ABR反应器是一种新型高效厌氧反应器,具有结构简单、投资少、运行稳定、抗冲击负荷能力强、处理效率高等一系列优点,适于处理各种浓度的废水,并且在COD容积负荷ρt=0.4～28kgm-3d-1的条件下都有令人满意的处理效果。但是对ABR反应器的研究仍有许多工作要做,例如:如何解决高COD容积负荷下污泥的过度酸化问题;关于各种中间产物的生成过程及代谢机理的研究;与其它工艺联用(好氧或厌氧)处理特种废水的研究;ABR反应器中颗粒污泥的形成条件和机理的研究;大规模应用中工艺设计参数的确定,等等。目前在我国有关ABR反应器的研究还很少,也罕见有实际工程中的应用。因此,我国应加快该项目的研究步伐,使这一新工艺能尽快在生产实践中推广,为我国的废水治理再辟一条新的发展途径。