折流式厌氧反应器的工艺特性及其运用.docx

1、折流式厌氧反应器的工艺特性及其运用折流式厌氧反应器的工艺特性及其运用1 新型厌氧反应器及新工艺理念实践表明， 一个成功的反应器必须是： 具备良好的截留污泥的 性能，以保证拥有足够的生物量； 生物污泥能够与进水基质充分混 合接触，以保证微生物能够充分利用其活性降解水中的基质。同时， 研究人员基于对各类化合物厌氧降解机理研究的进展， 从厌氧底物降 解途径和动力学两方面入手， 分析提高和保持反应器内微生物活性的 可能措施，并与反应器的设计相结合，全面提高反应器的性能。厌氧过程实质是一系列复杂的生化反应， 其中的底物、 各类中间 产物、最终产物以及各种群的微生物之间相互作用， 形成一个复杂的 微生态系

2、统， 类似于宏观生态中的食物链关系， 各类微生物间通过营 养底物和代谢产物形成共生关系 (symbiotic) 或共营养关系 (symtrophic) 。因此，反应器作为提供微生物生长繁殖的微型生态系 统，各类微生物的平稳生长、 物质和能量流动的高效顺畅是保持该系 统持续稳定的必要条件。 如何培养和保持相关类微生物的平衡生长已 经成为新型反应器的设计思路。Lettinga 教授1 在展望未来厌氧反应器发展动向时指出， 现有的 各类高效厌氧反应器中，上流式污泥床(USB)系统是最受欢迎的，也 是最有发展前途的，上流式厌氧污泥床(UASB)系统在全球范围的风行可以作为例证。USB系统的一个优点是反

3、应器内水流方向与产气上升方向相一致，一方面减少堵塞的机会，另一方面加强了对污泥床层的 搅拌作用，有利于微生物与进水基质的充分接触，也有助于形成颗粒 污泥。关于新型高效反应器，Letti nga在推荐膨胀颗粒污泥床反应 器 EGSB(Expanded Granular Sludge Bed)的同时，提出了另一个极 有前途，同时也是极富挑战性的新工艺，即分阶段多相厌氧反应器技 术 SMPA(Staged Multi-Phase An aerobic Reactor) 。实际上SMPA并非特指某个反应器，而是一种新工艺思想。据称, 该工艺将适用于各类温度条件，从低温(55 C均可 运行，对丁各种含抑

4、制性化合物的化工废水也能适应oSMPA勺理论思路是：1在各级分隔的单体中培养出合适的厌氧细菌群落，以适应相 应的底物组分及环境因子(pH,分压值等)；2防止在各个单体中独立发展形成的污泥互相混合；3各个单体内的产气互相隔开；4工艺流程更接近于推流式，系统因而拥有更高的去除率，出 水水质更好从上述的思路可以看出，SMPA勺理论依据来源于对厌氧降解机 理的最新理解。Lett in ga指出，组成SMPA勺单体反应器既可是EGSB 也可是UASB2折流式厌氧反应器折流式厌氧反应器(Anaerobic Baffled Reactor) 是 Bachmar和 McCarty等人2于1982年前后提出的一

5、种新型高效厌氧反应器， 其构 造如图1。反应器特点是：内置竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反 应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床 (USB)系统，其 中的污泥可以是以颗粒化形式或以絮状形式存在。 水流由导流板引导 上下折流前进，逐个通过反应室内的污泥床层，进水中的底物与微生 物充分接触而得以降解去除。虽然在构造上ABR可以看作是多个UASBz应器的简单串联，但 工艺上与单个UASB有显著不同。UASB可近似地看作是一种完全混合 式反应器，而ABR则更接近于推流式工艺。与Lettinga提出的SMPA 工艺对比，可以发现ABR几乎完美地实现了该工艺的思路要点。 首先,挡板构造在反

6、应器内形成几个独立的反应室， 在每个反应室内驯化培 养出与该处的环境条件相适应的微生物群落。 例如ABR用以处理葡萄 糖为基质的废水时， 第一格反应室经过一段时间的驯化， 将形成以酸 化菌为主的高效酸化反应区，葡萄糖在此转化为低级脂肪酸 (VFA)， 而其后续反应室将先后完成各类 VFA到甲烷的转化。通过热力学分析 可知，细菌对丙酸和丁酸降解只有在环境 H2分压较低的情况下才能进 行，而有机物酸化阶段是H2的主要来源，产甲烷阶段几乎不产生 H。 与单个UAS沖酸化和产甲烷过程融合进行不同， ABR反应器有独立 分隔的酸化反应室，酸化过程产生的H2以产气形式先行排除，因此有 利于后续产甲烷阶段中

7、丙酸和丁酸的代谢过程在较低的 H分压环境下顺利进行，避免了丙酸、 丁酸过度积累所产生的抑制作用。由此可 以看出，在ABR各个反应室中的微生物相是随流程逐级递变的， 递变的规律与底物降解过程协调一致， 从而确保相应的微生物相拥有最佳 的工作活性。其次，同传统好氧工艺相比，厌氧反应器的一个不足之 处是系统出水水质较差，通常需要经过后续处理才能达标排放。而 ABR勺推流式特性可确保系统拥有更优的出水水质，同时反应器的运 行也更加稳定， 对冲击负荷以及进水中的有毒物质具有更好的缓冲适 应能力。值得指出的是，ABR推流式特点也有其不利的一面，在同等 的总负荷条件下与单级的UASB!比，ABF反应器的第一

8、格不得不承 受远大于平均负荷的局部负荷。以拥有5格反应室的ABR为例，其第 一格的局部负荷为其系统平均负荷的 5倍。如何降低局部负荷过载的 不利影响还有待于深入探讨3 ABR的研究现状及应用前景目前关于ABR反应器的研究尚处于实验室阶段。英国的一些研究 机构在反应器的工艺特性方面做了较多的研究。ABR的工艺特性与其水力特性紧密相关。对于ABR的水力学特性，A.Grobicki、D.C.Stuckey和天津大学的郭静 何研究表明：ABR反应 器在没有回流和搅拌的条件下，混合效果良好，死区百分率低。反应 死区可以分为生物死区和水力死区， 生物死区来源于污泥所占的体积 以及污泥对水力条件的改变；水力

9、死区则可通过改善反应器构造设计 而减小。在单个反应室内，水力特性接近于完全混合式，而从整体效 果上看，则近似于推流式。由于ABR的水力特性较复杂，二者均未能 就其流态提出一个较好的数学模型。其水力死区的计算借用了化学反 应工程中反应器的流态模型，其合理性尚待进一步考证。关于ABR的 工艺特性研究，最早是由 A.Bachman和P.L.McCarty等人2所做。据介绍，ABR反应器运行时污泥床层（常为颗粒污泥）处于流化状 态，废水中基质的降解和微生物代谢产物的排除均须经由颗粒污泥表 面通过扩散作用完成。试验中 ABR的负荷可高达36 gCOD/Lo此外 W.P.Barber和D.C.Stucke

10、y研究了 ABR的启动特性，结果表明，固 定进水基质浓度而逐步缩短 HRT的启动方式优于固定HRT而逐渐增大 进水基质浓度的启动方式。另外，ABR对水力负荷冲击响应迅速但恢 复却快于浓度负荷冲击。在高水力负荷条件下，反应器内的短流现象 是造成污泥流失的主要原因。A.Grobicki和D.C.Stuckey 研究了以葡萄糖为基质的ABR在稳定状态和冲击负荷情况下的运行特性，系 统分析了酸化过程以及甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等中间产物在不同运 行状态下沿流程的分布积累状况。 与其它反应器在冲击负荷条件下不 同的是，ABR中甲酸并非是很重要的电子受体。此外，无论是在水力 或是在浓度负荷冲击下，ABR匀表

11、现出良好的稳定性能，因此有可能 适用于工业废水处理。S.Nachaiyasit研究了低温对ABR性能的影 响，结果表明在中等负荷条件下，反应器温度由 35 C降至25 C对CODfc除率无明显影响，当温度进一步降至 15 C时，反应器的效率 明显下降，主要原因是低温降低了细菌的代谢速率，使 VFAs的半饱和降解常数Ks增大，同时可溶性细胞代谢产物增加。此外沼气产量 减少也降低了基质与微生物的接触效率，但通过合理调整工艺设计， 可明显减小低温对厌氧过程的负作用。 T.Setiadi 等人研究了出水回 流对反应器的影响，着重强调了回流比与系统中碱度及 pH之间的关系。此外，复合式(Hybrid)厌

12、氧反应器，即在反应器内的适当部位增 设填料也是目前的一个研究方向。复合式 ABR(HABF一般在反应器内 各反应室的上部空间架设填料， 一方面利用原有的无效容积增加生物 总量，更重要的是由于填料的存在， 夹带污泥的气泡在上升过程中与 之发生碰撞，加速了污泥与气泡的分离，从而降低了污泥的流失。如前所述，ABR的推流特性使其在处理对细菌有抑制或毒性的物 质时具有潜在的优势，关于这方面的实验室研究目前刚刚起步。C.J.Holt等人8利用ABR与 HABF处理含酚废水，二者都取得很好 的效果，其中HABF在进水酚浓度为1 192mg/L(COD)时的去除率为 95%同济大学的雷中方等9试验了用ABR处

13、理碱法草浆黑液的可能 性。清华大学的戴友芝也正在进行利用 ABR降解剧毒物质氯酚的可行 性研究，目前实验结果已相当不错。4 结语综上所述，ABR反应器的特点为：结构简单、效率高、处理出水 好、运行稳定可靠，适用于各类中低浓度有机废水的处理。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，以便更深入地了解其工艺特性。例如，关于反应 器水力特性的研究，关于反应器构造的优化设计，如分隔数的确定、 下向流导流板的尺寸大小、下向流区和上向流区间的宽度比例关系 等，以及关于沿程各级反应室微生物相的详细递变规律， 工艺设计参 数的确定等， 均有待于进一步深入探讨。 目前尤为缺乏

14、的是在较大规 模的中试和实际工程中的试验。针织染色废水的治理宁波维科集团下属的浙东针织厂主要对针织布料 (辅以少量全棉 ) 染色。所用染料以分散染料为主， 此外还有少量活性染料和一些表面 活性剂、染色助剂。厂内原建有一套物化（气浮、斜管沉淀）处理设施, 处理效果较差，所用药剂较多，管理较麻烦，为适应 2000年的达标 排放，厂方遂于1998年决定进行技改。通过这次改造，使出水水质大大优于国标（GB 8978-1996） 一级排放标准，COD去除率达88.3%, BOD去除率为98.7%。1废水来源及性质废水主要来源于染整车间的染色过程， 其产生的废水往往集中在 短时间内排放，水量波动较大。废水

15、中污染物浓度相差较大， BODCO0比值在0.26左右，属可生化性较差的废水。废水量为167 m3/h,废水的设计进水水质见表1，设计出水水质 见表2。表1设计进水水质项目pHCOD(mg/L)BORmg/L)SS(mg/L)色度（倍）浓度10.59.5350600100150150250200800表2设计出水水质项 pH COD(mg/L) BOD(mg/L) SS(mg/L)色度目(倍)浓度69 150 40 100_ j iA 三三_ 三 _ t虎线整内月廉有设厳EE 1嵩水业理工艺逢程圍斜管沉淀池设计中设有加药反应区， 是为去除色度而设的，具体视水质情况决定是否加药。3主要构筑物及设

16、备1曝气调节池：由于原调节池容积不够，新增一座，二池总有效容积为1336m3,停留时间为8h。池内采用穿孔管曝气，气水比为5 :1。2生物接触氧化池：有效容积1 837 m3，内置填料，填料接触时间为7.1 h。池底采用曝气软管曝气，气水比为 15： 1。池内溶解氧浓度为4 mg/L，选用的风机为三叶罗茨鼓风机 SSR2003斜管沉淀池：表面负荷为1.5 m 3/(m2 h) 34贮泥池：由于场地限制，贮泥池有效容积为 75 m。污泥浓缩 池利用厂内原有污泥池改造，脱水系统采用原有设施4处理效果及分析经宁波市环保监测站昼夜取样分析，结果见表 3表3处理后水质监测情况测点pHCOD(mg/L)B

17、OE(mg/L)SS(mg/L)色度（倍）治理设施进口最大值10.37392130206.3278最小值10.25346100187.0167平均值385113194.3250生物接触氧化池出口最大值8.371265.6399.362最8.331094.2291.058小值平均值1204.4095.061最终排放口最大值7.72511.5869.833最小值7.57421.3266.725平均值451.4567.827生化去除率(%)(平均值)68.896.151.175.6沉淀去除率(%)(平均值)62.567.028.655.7总去除率(%)(平均值)88.398.765.1染色废水经预曝

18、、生物接触氧化、沉淀（加硫酸铝200 mg/L, PAM10 mg/L）处理后，废水中的污染物指标均达到国家一级排放标准。从表3数据可知，处理效果比预期好得多。尤其生化调试较为成 功，生物接触氧化池出水已达到设计要求， 若要出水达到一级排放标 准，可加少量硫酸铝及PAM5治理成本分析及工程投资1电费：0.382元/m3：2人工费：0.018元/m3。3药剂费：按硫酸铝200 mg/L，PAM 10 mg/L投加，药剂价格 分别按900元/m3及9000元/m3计，费用共为0.27元/mJ4治理成本：0.67元/m3。本次技改总投资168万元，对4000m/d水量而言，所花的钱较 少，但收到的环境效益较好。