厌氧|ABR厌氧折流板反应器?
发布时间:2019/1/29 浏览人数:358

厌氧折流板反应器(Anaerobicba用edreactor,ABR)是McCarty和Bachmann等人于1982年,在总结了第二代厌氧反应器工艺性能的基础上,开发和研制的一种新型高效的厌氧生物处理装置。其特点是:反应器内置竖向导流板,将反应器分隔成几个串联的反应室,每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统,其中的污泥以颗粒化形式或絮状形式存在。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。

ABR因其特殊的结构,与其它厌氧生物处理工艺相比,具有许多优点,见表1。

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目前,对ABR的研究已成为废水厌氧生物处理方面的热点,其在工程实践中的应用也日益增多。但在实际工程应用中,ABR设计的一些关键参数主要还依赖于经验和试验研究数据。本文对ABR在工程设计时需要考虑的结构形式、部件尺寸、操作条件等问题进行了分析讨论,以期为ABR的中试研究和工程设计提供参考。

1、结构形式的选择

厌氧折流板反应器自产生以来,出现了几种不同结构的形式,如图1所示结构的ABR因具有结构简单、造价低廉等优点,在废水处理工程中得到了很好的应用,本文所述均是基于此基本形式的反应器。

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因废水厌氧处理对环境温度要求较高,一般不能低于15~C,故在工程设计时应注意ABR反应器外部的保温,建议采用半地下式结构。反应器一般采用钢筋混凝土结构,内壁要做适当的防腐处理。

2、主要部件的确定

2.1、填料的选择

在反应室上部空问架设填料的ABR称为复合式厌氧折流板反应器(HABR)。增设填料后,方面利用原有的无效容积增加了生物总量,另外还加速了污泥与气泡的分离,从而减少了污泥的流失。研究结果表明,加装填料后的ABR在启动期问和正常运行条件下的性能均优于加装前,而添加填料并不会明显增加反应器的造价。至于填料可能带来的堵塞问题未曾见报道。因此,建议在ABR设计时考虑增加填料。常用的填料有铁炭填料、半软性塑料纤维等。

2.2、隔室数的选择

隔室数的设置,应根据所处理废水的特点和所需达到的处理程度合理地设计。一股而言,在处理低浓度废水时,不必将反应器分隔成很多隔室,以3~4个隔室为宜;而在处理高浓度废水时,宜将分隔数控制在6~8个,以保证反应器在高负荷条件下的复合流态特性。

2.3、上下流室宽度比的选择

上流室宽度的设计与选耳义的上升流速有关,应尽量使反应器在一般HRT下处于较好的水力流态。上流室与下流室的宽度之比一般宜控制在5:1~3:111,9-1q。

2.4、单个隔室长宽高的比值

研究表明,长宽高的比值会影响反应器的水力流态。反应器上流室沿水流前进方向的长宽比宜控制在1:1~1:2之间,宽高LL-一般采用1:3,具体的有待于进一步实践研究。

2.5、进水管的布置

ABR反应器主要有以下儿种进水方式:隔室上部进水,中部进水,下部穿孔管进水。具体可根据工程需要选用。

2.6、产气收集方式的选择

集气方式有分格集气和集中集气。分格集气可使各隔室处于各自的最佳反应条件,利于产气,只是结构比集中集气稍显复杂。工程中尽量选用分格集气。

2.7、折流板结构的选择

折流板的折角,一般取45~60。,折板要伸入上流室的中间,以利于均匀布水,防J_}==沟流。至于折板距池底的高度,可通过水力计算得到一个比较好的冲击速度,以利于后续隔室的进水。

2.8、隔室挡板的结构

对于在隔室上部未设填料的ABR,隔室挡板上端建议采用锯齿形结构,以减少污泥流失;同时可增加水流湍动,促进基质在ABR宽度方向上的混合。隔室挡板的下端可选用图2所示的几种结构。图2(b)的结构可减少水力死区,降低水力损失,同时可增加竖向挡板的结构强度,应尽量采用。

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2.9、第一隔室结构的确定

与UASB相比,ABR反应器的第一隔室要承受远大于平均负荷的局部负荷,有资料表明,对一个拥有5格反应器的ABR,其第一格的局部负荷约为系统平均负荷的5倍。一般对于低浓度废水,采用和后边几个隔室相同的尺寸即可;但对于隔室数较多或者进水浓度较高的情况,建议适当增大第一隔室的容积,以便有效地截留进水中的SS。

另外,为抑制反应器第一隔室可能出现的过度酸化现象,可在第一隔室的适当位置设置调节剂加入口,以便加入NaHCO等进行碱度调节。

2.10、最后隔室结构的选择

最后一个隔室,一般选用如图3所示的结构即可,如果拟处理的废水污泥沉降性能较差,可选用图3(b)所示的结构,以减少污泥流失。

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3、工艺操作条件的选择

3.1、启动方式

厌氧反应器的启动方式有两种:一是固定进水基质浓度而逐步缩短HRT;一是固定HRT而逐渐增大进水基质浓度。WPBarber和DCStuckey的研究表明,对于ABR,前种启动方式要优于后者。建议参用固定进水浓度而缩短HRT的启动方式。ABR反应器的启动一般采用较低的初始负荷,以利于污泥颗粒或絮体的形成;以较长的HRT启动,反应期内气液上升流速小,可减少污泥的流失,并可增加各隔室内甲烷菌属的含量。

3.2、温度

温度是影响厌氧反应的重要影响因素之一。在一定的范围内,温度的提高不仅能加快厌氧硝化菌对有机污染物分解速率,而且还可以降低厌氧污泥混合液的粘度,而与粘度相关的污泥沉降性能又直接影响了反应器的出水水质。

SNachaiyasit等研究了低温对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℃降至25℃对COD去除率无明显影响,当温度进一步降至15℃时,反应器的效率明显下降,其主要原因是低温降低了细菌的代谢速率,使挥发性酯肪酸(VFA)的半饱和降解常数Ks增大,同时可溶性细胞代谢产物增加。

因此反应器在启动时,应尽可能在气温较高的条件下进行,等反应器成功启动后一般可以在相对低温下持续正常运行。

3.3、容积负荷

容积负荷直接反应了食物与微生物之间的平衡关系,容积负荷的变化可通过改变进水浓度或水力停留时间来实现。

3.4、水力停留时间(HRT)

水力停留时问是控制ABR反应器运行的主要参数,它直接影响了ABR中的COD去除91。不同的HRT决定着不同的上流室上升流速,而上升流速是ABR反应器设计中需要考虑的一个重要因素。为保证良好的泥水混合接触条件,必须合理控制反应器上升流隔室的流速(Vs)。但在确定值s时,应根据拟处理废水的不同情况加以区别对待。对于低浓度废水,建议采用较短的HRT,以增强传质效果,促进水流混合,缓解反应器后部污泥基质不足的问题。但HRT不宜过短,过短的HRT容易造成沟流现象,不仅影响处理效果,而且会使污泥流失。处理高浓度废水时,其产气对促进泥水混合的作用占主导地位,因而对上升流速的控制范围较宽,且可在很低的s下运行。故对高浓度废水,建议采用较长的HRT,以防止因产气作用而造成的污泥流失,否则须加装填料以减少污泥流失。

一般而言,当进水COD浓度在3000mg?L以上时,可将s控制在0-3~0.61TI?h~;当处理低浓度废水时,液体流速对泥水混合的促进作用就显得更为重要,宜将其控制在0.6~3.0mg?L。

3.5、回流

将反应器出水进行回流是提高反应器水力负荷(隔室内水流上升速度)的常用方法。适当回流,可以解决反应器前端隔室因产生较多VFA而引起的pH值降低等问题,并可在处理某些含蛋白质废水时抑制丝状菌的生长,还可稀释进水中的有毒有害物质,从而提高处理效果。SetiadiT等人采用ABR处理棕榈油生产废水时,在平均负荷15.6gCOD?L1.d。研究了回流比从5到25变化时对反应器出水的影响。结果表明,当回流比在15以上时可保证系统内的pH高于6.8,从而无需额外的碱度补充。但另有研究表明,不仅应对回流比加以适当的控制,而且最好不进行回流。

其根据在于:(1)不适当的回流将加剧反应器内流体的混合,改变反应器的水力流态,增加死区容积。Nachaiyasit等人的研究表明[n一4J,当回流比增加到2时,死区容积高达40%,而回流比达4时,导致了突发性的较为严重的污泥流失问题;(2)出水回流将使反应器回复到单相状态,破坏产酸菌和产甲烷菌各自的良好运行环境及其相互协同作用功II,因此而失去ABR所特有的在一个反应器内实现产酸和产甲烷相分离的优点。Bachmann等人的研究发现,由于回流而使产甲烷菌的活性在整个反应器内的分布趋于均匀,使后端隔室中的产甲烷菌进入高基质浓度、高H:分压及低pH等不利环境条件下,从而影响处理效果。

Nachaiyasit等人的研究也发现,增加回流比将使产气量和气体中甲烷的含量沿反应各隔室而下降。可见,目前关于出水回流对ABR反应器效能的影响尚存争论。是否采用回流要视所处理的废水水质而定,如果原水pH过低而酸化作用过烈、原水含有高浓度的有毒物质或运行需要在高水力负荷下进行,则可考虑出水部分回流。但对出水回流应持谨慎态度,一般情况下尽量不要采用。

3.6、挥发性脂肪酸(V11A)

挥发性脂肪酸是厌氧发酵过程中的重要中间产物,它反映了废水可生化性的改变情况。但VFA的过度积累会抑制甲烷菌的生长,从而使反应器的稳定时间延长。因此控制反应器内VFA的含量就显得十分重要。

3.7、分段进水

ABR反应器在较高有机负荷条件下启动时,容易发生VFA积累、pH降低等情况,从而导致运行失败。为避免这些不利情况,可考虑采用分段进水,如图4所示。

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PJSallis等人分别采用普通进水ABR(NFABR)和分段进水ABR(SFABR)对高浓度啤酒废水的处理进行了对比研究。结果发现,在启动和正常运行时期,SFABR均表现出了优于NFABR的性能。采用SFABR可降低废水中毒性物质对前面隔室的冲击,同时可为后面隔室提供足够的微生物营养。在有机负荷为10.5kgCOD?m。?d。条件下,SFABR对C0D的去除率达到了95%。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3.8、pH与碱度

pH是厌氧处理系统中重要的工艺控制参数之一,产甲烷过程只有在pH接近中性条件下才能有效进行,pH高于8.0或低于6-3时,产甲烷速率将大大降低。碱度在系统中的作用是中和产酸阶段生成的VFA,建立有效的酸碱缓冲体系,降低系统pH的变化幅度。为保证反应器有足够的缓冲能力,可根据需要在进水中投加一定量的NaHCO进行碱度调节。_ueditor_page_break_tag_

根据苏德林等的研究结果,控制出水pH>6.5是确保ABR反应器正常工作的必要条件,为此应保持进水碱度在800mg?L。以上。

4、结论

ABR因其特殊的结构,具有水力条件好、抗冲击负荷、构造简单、造价低廉等诸多优点,是一种非常有应用前景的废水厌氧生物反应器。多年来,ABR在工程实践不断发展,加装填料提高污泥与气泡分离效果、采用合适的挡板结构和部件尺寸,控制好水力停留时间等减少反应器中死区、分段进水和出水回流等手段也提供了技术上的选择性。已有的工程实例和成功案例也可以为ABR反应器的设计提供参考。

由于废水的多样性和活性污泥形态以及细菌作用的复杂性,ABR反应器设计很大程度上依赖于实验数据,相对而言基础理论研究落后于实践。加强基本理论方面的研究很有必要,可以考虑用计算机模拟方法研究ABR的水力学特性以优化结构和确定操作条件;结合活性污泥结构和菌种作用机理研究相关反应与传质机理,建立相关数学模型,以减少实际工业实验的工作量和提高工程设计的可靠性。

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