ASBR研究现状与展望王亮

第61卷第4期污染防治技术20()3年12月ASBR研究现状与展望王亮,王丰岭,刘华(青岛建筑工程学院环境工程系,山东青岛266033)滴要:综合论述了AsBR法的工作原理、工艺特点以及国内外研究应用现状,展望了在废水处理领域中的广阔前景。关键词:厌氧序批式活性污泥法;厌氧反应器;废水处理中图分类号:x7O3.1文献标识码:A文章编号:1`X岭一695x(2X()3)以一0210一03rPesentSituaitonandProsePctsoneRsearchofAanerobicSequeneingBa抚hReaeotrProcessWANGuang,WANGFeng一ling,uUHua(鞠对.ofE刀理`ornme心aIEgn,口i了堵故20加ittutoofAhcr你ectuerandnEgineeirng,,5入“月成〕gnZ仅刃33,hCian)A械ract:hTeOpeartionirPneiples,ehaareteirstiesofASBRandpersenteonditionsoferseacrhonASBRaersumm劝:de.,hYe叩pliea-tion一orspeerstoASBRinthefutuer15boruhgtout.Keywords:ASBR;anae功bieeraetor;wastewaterteratment在废水处理领域,厌氧处理工艺以其高效率、低能耗的特点而被广泛采用。三十年来,各国学者相继开发了各种高效的厌氧生物反应器。如上世纪60年代末,MoaCytr发明的厌氧滤器(A)F,70年代此ittgn提出的上流式厌氧污泥床(uAS)B反应器,以及厌氧生物转盘(ARC),厌氧流化床(AF)B等。这些厌氧反应器在运行中均采取一定强化措施,延长污泥停留时间(SR)T,从而在一定污泥负荷下,显著提高反应器的容积负荷,使厌氧法的应用范围从污泥处理发展到城市及工业污水的处理。90年代以来,美国oIaw州立大学民用建筑系iRchadrR.Dague教授在“厌氧活性污泥法”等研究基础上川,将普遍用于好氧生物处理的sBR法用于厌氧生物处理过程,提出并开发了厌氧序批式活性污泥法(AnaeorbiCsequeneingBatehReaetor),简称AsBR法川。在国外对AsBR的应用尚处于起步阶段,国内相关研究更是刚刚开始。进行取舍。搅拌桨{{{{{lll了了了了卫卫卫旨旨生物气二1二口口口口口撇撇撇lllllll娜娜娜lllllll照照照进水阶段反应阶段沉淀阶段排水阶段空转阶段1AsBR基本原理及操作典型的ASBR反应器运行周期包括以下五个阶段:进水期、反应期、沉淀期、出水期和空转期,如图1所示。空转阶段:指本周期出水结束到下一周期进水开始之间的时间间隔,可根据具体水质及处理要求92图1ASBR工艺操作模式进水阶段:废水进入ASBR反应器,同时由搅拌装置将废水和污泥搅拌均匀。反应阶段:通过厌氧微生物的分解作用使废水中的有机物转化为生物气而得以去除。沉淀阶段:停止搅拌,让颗粒污泥在静止条件下进行重力沉降,以达到泥水分离。这时ASBR反应器变为沉淀池。排水阶段:固液分离进行完全之后,由排水口将上清液排出,排水体积与进水体积应相等。排水时间由排水体积与速率决定,增殖污泥也要定期排出。排水完成后,反应器马上进人下一循环周期。ASBR工艺的运行特征为间歇操作,每个ASBR反应器严格按时间顺序经历上述五个阶段才能完收稿日期:2003一09一15;修订日期二2X(!3一09一27作者简介:王亮(1979一),男,山西寿阳县人,在读硕士研究生,研究方向为水污染控制工程。第61卷第4期王亮等.ASBR研究现状与展望2(X)3年12月成一个周期的运行。2ABSR工艺的主要特征2.1固液分离固液分离在反应器内部进行,是ASBR工艺不同于其它厌氧工艺的一个显著特征。一方一面,使得AsBR工艺无需另设澄清池,节省了基建投资;另一方面,免去了对出水进行脱气处理的真空脱气装置。在沉降阶段,ASBR反应器内F/M值达到最小,此时污泥活性最低,沉降性能最好。因此,从固液分离效果讲,ASBR法的间歇操作模式要优于其它厌氧法的连续操作模式,子。其它连续厌氧工艺出水时由于生物气分压降低而容易逸出,引起污泥上浮,导致污泥流失,出水水质恶化,因而需要对出水进行脱气处理。而在ASBR反应器内部,生物气分压恒定,不会逸出而使污泥上浮,从而也无需真空脱气装置。这种内部沉降的方式既可使污泥迅速高效沉降,有效延长污泥停留时间SRT,又可实现较短的水力停留时间(HR)T,增加处理能力毛2。2.2颗粒污泥的形成污泥的颗粒化是ASBR的另一主要特征。颗粒污泥无论在负荷率、稳定性还是沉降性能方面都要优于絮状体污泥。Dague等人研究发现,当以间歇操作的方式运行时,厌氧反应器中的生物污泥会发生絮凝现象〔’j。同时还发现,F/M值是影响絮凝效果的重要因素。F/M值低时,污泥活性低,絮凝效果好,沉降速度快,出水中SS浓度低。在连续流完全混合式反应器中,基质降解处于稳态,F/M值为一常数,恒定不变,而在ASBR反应器中,食料浓度(F)梯度大且呈周期性变化,进水阶段结束后,食料浓度达到最高。在随后的反应阶段,食料浓度逐渐降低,到达沉降阶段时达到一周期当中的最低值。由此可见,F/M值在AsBR反应器中呈周期性变化,而在每一周期内则是一个理想的推流过程,所以在ASBR工艺的运行条件下,污泥容易絮凝以至颗粒化,从而使ASBR工艺具有较高的效率。2.3常温处理低浓度废水通常的厌氧消化多为中温消化,温度控制在30~38℃;高温消化温度为50一55℃,对温度的要求较严格。Ndo。和Da即。等分别在1997和1998年对ASBR反应器作了类似的试验研究后证明,ASBR反应器在5一35℃的较大温度范围内处理各种浓度的废水,均可达到80%以上的去除率川,从而实现了使用ASBR工艺在常温卜处理低浓度的废水虽然温度低时其基质去除率也低,但AsBR出水中微生物流失量较少,使反应器内可保持较高的污泥浓度,从而抵消了低温所造成的基质去除率低的影响`’〕。使用AsBR工艺在常温下处理低浓度废水,将比运行费用昂贵、污泥产量高的好氧工艺更具竞争力。3影响ASBR反应器启动及运行的因素3.1影响ASBR反应器启动的若干因素接种污泥的类型及浓度是影响ASBR反应器启动的重要因素之一。有研究表明,厌氧消化污泥的效果较颗粒污泥的差。若以未经驯化的厌氧消化污泥接种启动,使其颗粒化并达到预期负荷约需4一6个月。投加阳离子絮凝剂、颗粒状(GAC)或粉末状活性炭了PAC)的方法可以使颗粒化的时间缩短到1一3个月。若以颗粒污泥接种启动,污泥浓度为1.59/L时,28d就能达到负荷109/(I·d)。污泥浓度不宜再大,否则容易造成污泥的大量流失。初期F/M值为0.5.能使反应器既快又稳的启动“一8}。孙剑辉等人以未经驯化的厌氧污泥接种,通过投加GAc及尽快增加OLR、减少HRT等措施,68d就成功启动ASBR反应器t”j。但在处理实际废水的过程中,启动时间一般较此要长。3.2影响ASBR反应器运行的若干因素(z)进水时间(:f)与反应时间(zr)之比的影响。`,t/r值是直接影响AsBR反应器最终处理效果的一个重要因素。过去一段时间,国内外一些学者曾认为tf八,越小,越有利于甲烷的产生,也越有利于反应器的稳定运行!’。}。而近年来我国部分学者的研究表明,当基质浓度越过半饱和常数时,反应速率成零级反应,过低的t「t/r比值反而会使出水水质变差。厌氧反应器的不稳定性通常表现为挥发性脂肪酸〔VFA)的积累而导致的甲烷菌失效。快速进水时,由于产酸菌产生可挥发性脂肪酸(VFA)的速率高于产甲烷细菌以及产氢产乙酸细菌对VFA的利用速率,致使VFA在反应器中大量积累,当其浓度达到抑制浓度时,会使甲烷化能力急剧下降,而使出水水质恶化。适当延长进水时间,尽管反应速率稍慢,但中间产物vFA的及时消耗有利于反应的顺利进行川。具体的,当户(oLR)宾59(/L·d)时,t。/`r值对COD去除率影响不大;而当户(OLR)59/(L·d)时,为保证高的COD去除率,则必须延93第16卷第4期王亮等.ASBR研究现状与展望2003年12月长进水时间[”」。2()搅拌对c0D去除率及甲烷产量的影响。Da矛le等人研究了不同的搅拌形式对c0D去除率及甲烷产量的影响。结果表明,连续搅拌在前3h可获得较高的COD去除率,但在循环结束时,COD的去除量与其它几种间歇搅拌相比,基本没有区别。而间歇搅拌的产气量却要高于连续搅拌川。由此可见,间歇搅拌比连续搅拌更可取。为防止易碎生物絮体在搅拌中被剪断而影响泥水分离效果,要控制一定的搅拌强度,不能太剧烈,推荐能量梯度为100,一`。(3)碱度及温度的影响。SABR启动初期,颗粒污泥未形成,pH7.0时,产气不活跃,而当pH值介于7.0一7.5时,产气量明显增加。这说明进水碱度对颗粒污泥的形成起关键作用,尤其在低温时,混合液粘滞性增大,使生物气泡容易附着于污泥颗粒上,不易释放,从而导致污泥上浮以及大量流失。此时应增加碱度,使生物气释放而改善污泥沉降性能。ASBR能在5一65℃的范围内处理各种废水,但恒温对保持ASBR反应器的稳定性仍有重要作用。任何导致温度突变均会对厌氧发酵过程产生明显的影响,高温发酵尤为敏感。(4)反应器的高径(h/d)比对污泥特性的影响。Dague等人在研究中发现,反应器的几何尺寸对污泥絮凝、颗粒化及沉淀速度等影响很大。试验表明,当反应器中的MLVsS浓度相同时,h/d之值越大,反应器内污泥颗粒的沉降速度越大;对污泥中位径心。的分析表明,越是细高的反应器,污泥的颗粒越大;而对反应器内污泥的积累量分析表明,h/d较小的反应器内,生物污泥的积累量更高2[]。ASBR反应器的最优高径比应在5.6左右。工艺处理含五氯酚(CP)P9.sm岁L的废水,ABSR段污泥浓度达到or一209/L,PCP容积负荷达到10m岁(.Ld),去除率达90%以上仁’“]。国内也有不少使用此工艺处理实际废水的例子(详见表1)。表1ASBR反应器处理各种废水的效果及参数指标屠宰废酸性钦白养猪场化妆品水[’3〕废水[,4」废水〔’7]废水[,.了牛场废水t,,〕处理工艺ASBRASBRASBR+SBRAsBR(膜法)+BSRASBR+SBR启动时间/d190去除%少88.52去阶%少D(/C(/co率m率50月2一去除率(/%)TKN去除率(/%)NT去除率(/%)90,575589.289.]86.169.9污泥浓度/(吨·L一’)最佳搅拌方式最佳温度/℃负荷率8〔减为间歇间歇363502~0.50.16(污泥负荷I污泥负荷)运行声值6.5一7.56一83《兀Kj一(好氧段)-间歇间歇一(厌氧段)(厌氧段)35(厌氧段)--3-一(容积负荷)6.5一7.56、5一7.06.4~74灯厌氧段)(厌氧段)(厌氧段)4ASBR法的应用现状及发展前景经过各国学者不断的研究与探索,ASBR工艺在国内外已经被运用来处理实际废水,如处理蛋奶食品加工厂、谷物加工厂、家畜饲养场、制药厂、屠宰厂等排放的废水〔`2〕。对流量、水质波动大的废水及一些特殊废水,如苯酚废水、煤转化废水等均取得了令人满意的效果〔”,’4〕。美国已经建立起ASBR反应器中试系统来处理养猪场废水,该系统能在5一35℃范围内稳定运行。目前,已经开发出了高温(55℃)一中温(35℃)两段式ASBR反应器,用来处理含高悬浮固体的养牛场废水〔’5」,取得了很好的处理效果。I.iRb,va等人用AsBR+sBR94随着我国经济的不断发展,废水的排放量逐年增加,水环境受到严重污染,急需建立众多的污水处理设施,随之而来的是资金大量短缺问题,寻求一种廉价高效的污水处理技术已成为当务之急。目前,全球范围内的能源危机日益突出,世界各国也在纷纷寻找各种节能、高效的污水处理方案,sABR反应器作为一种新型高效的厌氧反应器,处理能力强,负荷高,节能且出水水质好,耐冲击负荷,能够在较大