厭氧折流板反應器(Anaerobicba用edreactor，ABR)是McCarty和Bachmann等人于1982年，在總結了第二代厭氧反應器工藝性能的基礎上，開(kāi)發(fā)和研制的一種新型高效的厭氧生物處理裝置。其特點(diǎn)是：反應器內置豎向導流板，將反應器分隔成幾個(gè)串聯(lián)的反應室，每個(gè)反應室都是一個(gè)相對獨立的上流式污泥床系統，其中的污泥以顆�；问交蛐鯛钚问酱嬖�。水流由導流板引導上下折流前進(jìn)，逐個(gè)通過(guò)反應室內的污泥床層，進(jìn)水中的底物與微生物充分接觸而得以降解去除。
ABR因其特殊的結構，與其它厭氧生物處理工藝相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，見(jiàn)表1。
目前，對ABR的研究已成為廢水厭氧生物處理方面的熱點(diǎn)，其在工程實(shí)踐中的應用也日益增多。但在實(shí)際工程應用中，ABR設計的一些關(guān)鍵參數主要還依賴(lài)于經(jīng)驗和試驗研究數據。本文對ABR在工程設計時(shí)需要考慮的結構形式、部件尺寸、操作條件等問(wèn)題進(jìn)行了分析討論，以期為ABR的中試研究和工程設計提供參考。
1結構形式的選擇
厭氧折流板反應器自產(chǎn)生以來(lái)，出現了幾種不同結構的形式，如圖1所示結構的ABR因具有結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理工程中得到了很好的應用，本文所述均是基于此基本形式的反應器。
因廢水厭氧處理對環(huán)境溫度要求較高，一般不能低于15~C，故在工程設計時(shí)應注意ABR反應器外部的保溫，建議采用半地下式結構。反應器一般采用鋼筋混凝土結構，內壁要做適當的防腐處理。
2主要部件的確定
2.1填料的選擇
在反應室上部空問(wèn)架設填料的ABR稱(chēng)為復合式厭氧折流板反應器(HABR)。增設填料后，方面利用原有的無(wú)效容積增加了生物總量，另外還加速了污泥與氣泡的分離，從而減少了污泥的流失。研究結果表明，加裝填料后的ABR在啟動(dòng)期問(wèn)和正常運行條件下的性能均優(yōu)于加裝前，而添加填料并不會(huì )明顯增加反應器的造價(jià)。至于填料可能帶來(lái)的堵塞問(wèn)題未曾見(jiàn)報道。因此，建議在A(yíng)BR設計時(shí)考慮增加填料。常用的填料有鐵炭填料、半軟性塑料纖維等。
2.2隔室數的選擇
隔室數的設置，應根據所處理廢水的特點(diǎn)和所需達到的處理程度合理地設計。一股而言，在處理低濃度廢水時(shí)，不必將反應器分隔成很多隔室，以3～4個(gè)隔室為宜；而在處理高濃度廢水時(shí)，宜將分隔數控制在6～8個(gè)，以保證反應器在高負荷條件下的復合流態(tài)特性。
2.3上下流室寬度比的選擇
上流室寬度的設計與選耳義的上升流速有關(guān)，應盡量使反應器在一般HRT下處于較好的水力流態(tài)。上流室與下流室的寬度之比一般宜控制在5：1～3：111,9-1q。
2.4單個(gè)隔室長(cháng)寬高的比值
研究表明，長(cháng)寬高的比值會(huì )影響反應器的水力流態(tài)。反應器上流室沿水流前進(jìn)方向的長(cháng)寬比宜控制在1：1～1：2之間，寬高LL-一般采用1：3，具體的有待于進(jìn)一步實(shí)踐研究。
2.5進(jìn)水管的布置
ABR反應器主要有以下兒種進(jìn)水方式：隔室上部進(jìn)水，中部進(jìn)水，下部穿孔管進(jìn)水。具體可根據工程需要選用。
2.6產(chǎn)氣收集方式的選擇
集氣方式有分格集氣和集中集氣。分格集氣可使各隔室處于各自的最佳反應條件，利于產(chǎn)氣，只是結構比集中集氣稍顯復雜。工程中盡量選用分格集氣。
2.7折流板結構的選擇
折流板的折角，一般取45～60。，折板要伸入上流室的中間，以利于均勻布水，防J_}==溝流。至于折板距池底的高度，可通過(guò)水力計算得到一個(gè)比較好的沖擊速度，以利于后續隔室的進(jìn)水。
2.8隔室擋板的結構
對于在隔室上部未設填料的ABR，隔室擋板上端建議采用鋸齒形結構，以減少污泥流失；同時(shí)可增加水流湍動(dòng)，促進(jìn)基質(zhì)在A(yíng)BR寬度方向上的混合。隔室擋板的下端可選用圖2所示的幾種結構。圖2(b)的結構可減少水力死區，降低水力損失，同時(shí)可增加豎向擋板的結構強度，應盡量采用。
2.9第一隔室結構的確定
與UASB相比，ABR反應器的第一隔室要承受遠大于平均負荷的局部負荷，有資料表明，對一個(gè)擁有5格反應器的ABR，其第一格的局部負荷約為系統平均負荷的5倍。一般對于低濃度廢水，采用和后邊幾個(gè)隔室相同的尺寸即可；但對于隔室數較多或者進(jìn)水濃度較高的情況，建議適當增大第一隔室的容積，以便有效地截留進(jìn)水中的SS。
另外，為抑制反應器第一隔室可能出現的過(guò)度酸化現象，可在第一隔室的適當位置設置調節劑加入口，以便加入NaHCO等進(jìn)行堿度調節。
2.10最后隔室結構的選擇
最后一個(gè)隔室，一般選用如圖3所示的結構即可，如果擬處理的廢水污泥沉降性能較差，可選用圖3(b)所示的結構，以減少污泥流失。
3工藝操作條件的選擇
3.1啟動(dòng)方式
厭氧反應器的啟動(dòng)方式有兩種：一是固定進(jìn)水基質(zhì)濃度而逐步縮短HRT；一是固定HRT而逐漸增大進(jìn)水基質(zhì)濃度。WPBarber和DCStuckey的研究表明，對于A(yíng)BR，前種啟動(dòng)方式要優(yōu)于后者。建議參用固定進(jìn)水濃度而縮短HRT的啟動(dòng)方式。ABR反應器的啟動(dòng)一般采用較低的初始負荷，以利于污泥顆�；蛐躞w的形成；以較長(cháng)的HRT啟動(dòng)，反應期內氣液上升流速小，可減少污泥的流失，并可增加各隔室內甲烷菌屬的含量。
3.2溫度
溫度是影響厭氧反應的重要影響因素之一。在一定的范圍內，溫度的提高不僅能加快厭氧硝化菌對有機污染物分解速率，而且還可以降低厭氧污泥混合液的粘度，而與粘度相關(guān)的污泥沉降性能又直接影響了反應器的出水水質(zhì)。
SNachaiyasit等研究了低溫對ABR性能的影響，結果表明：在中等負荷條件下，反應器溫度由35℃降至25℃對COD去除率無(wú)明顯影響，當溫度進(jìn)一步降至15℃時(shí)，反應器的效率明顯下降，其主要原因是低溫降低了細菌的代謝速率，使揮發(fā)性酯肪酸(VFA)的半飽和降解常數Ks增大，同時(shí)可溶性細胞代謝產(chǎn)物增加。
因此反應器在啟動(dòng)時(shí)，應盡可能在氣溫較高的條件下進(jìn)行，等反應器成功啟動(dòng)后一般可以在相對低溫下持續正常運行。
3.3容積負荷
容積負荷直接反應了食物與微生物之間的平衡關(guān)系，容積負荷的變化可通過(guò)改變進(jìn)水濃度或水力停留時(shí)間來(lái)實(shí)現。
3.4水力停留時(shí)間(HRT)
水力停留時(shí)問(wèn)是控制ABR反應器運行的主要參數，它直接影響了ABR中的COD去除91。不同的HRT決定著(zhù)不同的上流室上升流速，而上升流速是ABR反應器設計中需要考慮的一個(gè)重要因素。為保證良好的泥水混合接觸條件，必須合理控制反應器上升流隔室的流速(Vs)。但在確定值s時(shí)，應根據擬處理廢水的不同情況加以區別對待。對于低濃度廢水，建議采用較短的HRT，以增強傳質(zhì)效果，促進(jìn)水流混合，緩解反應器后部污泥基質(zhì)不足的問(wèn)題。但HRT不宜過(guò)短，過(guò)短的HRT容易造成溝流現象，不僅影響處理效果，而且會(huì )使污泥流失。處理高濃度廢水時(shí)，其產(chǎn)氣對促進(jìn)泥水混合的作用占主導地位，因而對上升流速的控制范圍較寬，且可在很低的s下運行。故對高濃度廢水，建議采用較長(cháng)的HRT，以防止因產(chǎn)氣作用而造成的污泥流失，否則須加裝填料以減少污泥流失。
一般而言，當進(jìn)水COD濃度在3000mg•L以上時(shí)，可將s控制在0-3～0.61TI•h～；當處理低濃度廢水時(shí)，液體流速對泥水混合的促進(jìn)作用就顯得更為重要，宜將其控制在0.6～3.0mg•L。
3.5回流
將反應器出水進(jìn)行回流是提高反應器水力負荷(隔室內水流上升速度)的常用方法。適當回流，可以解決反應器前端隔室因產(chǎn)生較多VFA而引起的pH值降低等問(wèn)題，并可在處理某些含蛋白質(zhì)廢水時(shí)抑制絲狀菌的生長(cháng)，還可稀釋進(jìn)水中的有毒有害物質(zhì)，從而提高處理效果。SetiadiT等人采用ABR處理棕櫚油生產(chǎn)廢水時(shí)，在平均負荷15.6gCOD•L1.d。研究了回流比從5到25變化時(shí)對反應器出水的影響。結果表明，當回流比在15以上時(shí)可保證系統內的pH高于6.8，從而無(wú)需額外的堿度補充。但另有研究表明，不僅應對回流比加以適當的控制，而且最好不進(jìn)行回流。
其根據在于：(1)不適當的回流將加劇反應器內流體的混合，改變反應器的水力流態(tài)，增加死區容積。Nachaiyasit等人的研究表明[n一4J，當回流比增加到2時(shí)，死區容積高達40％，而回流比達4時(shí)，導致了突發(fā)性的較為嚴重的污泥流失問(wèn)題；(2)出水回流將使反應器回復到單相狀態(tài)，破壞產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌各自的良好運行環(huán)境及其相互協(xié)同作用功II,因此而失去ABR所特有的在一個(gè)反應器內實(shí)現產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷相分離的優(yōu)點(diǎn)。Bachmann等人的研究發(fā)現，由于回流而使產(chǎn)甲烷菌的活性在整個(gè)反應器內的分布趨于均勻，使后端隔室中的產(chǎn)甲烷菌進(jìn)入高基質(zhì)濃度、高H：分壓及低pH等不利環(huán)境條件下，從而影響處理效果。
Nachaiyasit等人的研究也發(fā)現，增加回流比將使產(chǎn)氣量和氣體中甲烷的含量沿反應各隔室而下降�？梢�(jiàn)，目前關(guān)于出水回流對ABR反應器效能的影響尚存爭論。是否采用回流要視所處理的廢水水質(zhì)而定，如果原水pH過(guò)低而酸化作用過(guò)烈、原水含有高濃度的有毒物質(zhì)或運行需要在高水力負荷下進(jìn)行，則可考慮出水部分回流。但對出水回流應持謹慎態(tài)度，一般情況下盡量不要采用。
3.6揮發(fā)性脂肪酸(V11A)
揮發(fā)性脂肪酸是厭氧發(fā)酵過(guò)程中的重要中間產(chǎn)物，它反映了廢水可生化性的改變情況。但VFA的過(guò)度積累會(huì )抑制甲烷菌的生長(cháng)，從而使反應器的穩定時(shí)間延長(cháng)。因此控制反應器內VFA的含量就顯得十分重要。
3.7分段進(jìn)水
ABR反應器在較高有機負荷條件下啟動(dòng)時(shí)，容易發(fā)生VFA積累、pH降低等情況，從而導致運行失敗。為避免這些不利情況，可考慮采用分段進(jìn)水，如圖4所示。
PJSallis等人分別采用普通進(jìn)水ABR(NFABR)和分段進(jìn)水ABR(SFABR)對高濃度啤酒廢水的處理進(jìn)行了對比研究。結果發(fā)現，在啟動(dòng)和正常運行時(shí)期，SFABR均表現出了優(yōu)于NFABR的性能。采用SFABR可降低廢水中毒性物質(zhì)對前面隔室的沖擊，同時(shí)可為后面隔室提供足夠的微生物營(yíng)養。在有機負荷為10.5kgCOD•m。•d。條件下，SFABR對C0D的去除率達到了95％。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3.8pH與堿度
pH是厭氧處理系統中重要的工藝控制參數之一，產(chǎn)甲烷過(guò)程只有在pH接近中性條件下才能有效進(jìn)行，pH高于8.0或低于6-3時(shí)，產(chǎn)甲烷速率將大大降低。堿度在系統中的作用是中和產(chǎn)酸階段生成的VFA，建立有效的酸堿緩沖體系，降低系統pH的變化幅度。為保證反應器有足夠的緩沖能力，可根據需要在進(jìn)水中投加一定量的NaHCO進(jìn)行堿度調節。
根據蘇德林等的研究結果，控制出水pH>6.5是確保ABR反應器正常工作的必要條件，為此應保持進(jìn)水堿度在800mg•L。以上。
4結論
ABR因其特殊的結構，具有水力條件好、抗沖擊負荷、構造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有應用前景的廢水厭氧生物反應器。多年來(lái)，ABR在工程實(shí)踐不斷發(fā)展，加裝填料提高污泥與氣泡分離效果、采用合適的擋板結構和部件尺寸，控制好水力停留時(shí)間等減少反應器中死區、分段進(jìn)水和出水回流等手段也提供了技術(shù)上的選擇性。已有的工程實(shí)例和成功案例也可以為ABR反應器的設計提供參考。
由于廢水的多樣性和活性污泥形態(tài)以及細菌作用的復雜性，ABR反應器設計很大程度上依賴(lài)于實(shí)驗數據，相對而言基礎理論研究落后于實(shí)踐。加強基本理論方面的研究很有必要，可以考慮用計算機模擬方法研究ABR的水力學(xué)特性以?xún)?yōu)化結構和確定操作條件；結合活性污泥結構和菌種作用機理研究相關(guān)反應與傳質(zhì)機理，建立相關(guān)數學(xué)模型，以減少實(shí)際工業(yè)實(shí)驗的工作量和提高工程設計的可靠性。
