厭氧序批式反應器ASBR運行條件及特點(diǎn)

　　前言

　　在高效的廢水處理工藝方面，各國學(xué)者相繼開(kāi)發(fā)了各種高效厭氧生物反應器，如厭氧生物濾池(AF)上流式厭氧污泥床(UASB)和厭氧流化床(AFB)等。美國教授Dague等人把好氧生物處理的序批式反應器(SBR)運用于厭氧處理，開(kāi)發(fā)了厭氧序批式反應器(AnaerobicSequencingBatchReactor)，簡(jiǎn)稱(chēng)為ASBR。Dague等人發(fā)現在A(yíng)SBR中可以形成顆粒污泥，污泥沉降快且易于保留在反應器內，具有高SRT，低HRT。雖然ASBR運行上類(lèi)似于厭氧接觸法，但ASBR的固液分離在反應器內部進(jìn)行，不需另設澄清池，不需真空脫氣設備。出水時(shí)反應器內部生物氣的分壓使沉淀污泥不易上浮，沉降性能良好。另外，ASBR中不需UASB中的復雜的三相分離器。ASBR具有工藝簡(jiǎn)單、運行方式靈活、生化反應推動(dòng)力大并耐沖擊負荷等優(yōu)點(diǎn)。本文將介紹ASBR的特點(diǎn)，運行條件及ASBR運行中各階段所需時(shí)間的確定。

　　1形成顆粒污泥是ASBR的基本特征

　　顆粒污泥中厭氧微生物鄰近程度遠小于絮狀體污泥。厭氧消化成功的關(guān)鍵在于反應器中保持多種微生物之間的平衡，特別是能夠保持低氫分壓。從熱力學(xué)上考慮，產(chǎn)乙酸菌把長(cháng)鏈揮發(fā)酸轉化為乙酸的反應只有在氫分壓-5低于101.325×10kPa情況下才能發(fā)生，這說(shuō)明利用CO2和H2的產(chǎn)甲烷菌對產(chǎn)乙酸菌關(guān)系重大。厭氧顆粒污泥中不同菌種之間鄰近的共生關(guān)系有利于厭氧消化過(guò)程的順利進(jìn)行，中間產(chǎn)物及H2及時(shí)被不同菌種消耗掉可以使反應繼續進(jìn)行，這是顆粒污泥在機理上的優(yōu)勢。絮狀體污泥盡管也發(fā)生H2及中間產(chǎn)物的轉化，但顆粒污泥中的微生物固定在顆粒上，使中間產(chǎn)物所需傳送的距離遠遠要近于離散的絮狀污泥。Mecart和Smith發(fā)現顆粒污泥與分散的絮狀體污泥相比較，前者的氫分壓低對。利用速率快，Thide等人對比研究了顆粒污泥與懸浮污泥運行的情況，結果發(fā)現以乙醇為基質(zhì)時(shí)，顆粒污泥較懸浮污泥的基質(zhì)轉化率高75%，以甲酸為基質(zhì)時(shí)，在顆粒污泥中基質(zhì)轉化速率為0.275/min。這充分證明顆粒污泥中厭氧微生物鄰近度近于絮狀體污泥，可以提高污泥活性。由于在A(yíng)SBR中形成了顆粒污泥，使處理效果好，運行穩定，能夠處理高濃度有機廢水。

　　在接種成熟的顆粒污泥時(shí)，ASBR啟動(dòng)所需時(shí)間可以大大縮短，這就克服了普通厭氧法啟動(dòng)慢的缺點(diǎn)。

　　2ASBR能在常溫下處理低濃度廢水

　　大多數高效厭氧反應器主要為中溫消化。ASBR能夠在常溫時(shí)處理廢水，溫度低時(shí)基質(zhì)去除率低，但ASBR出水中微生物流失量少，使反應器內可保持高的生物量，這可以抵消由于低溫造成的基質(zhì)去除率低的影響。

　　低濃度有機廢水在總污水排放量中占很大的比重，甲烷化能力低，采用常規的厭氧消化處理技術(shù)難于奏效，好氧生物處理成本昂貴，ASBR能有效地處理低濃度有機廢水。Ndon和Dague[3]1997年研究了ASBR處理CODCr為1000、800、600和400mg/L的人工合成廢水，當溫度為35-15℃、HRT為48h和24h時(shí)，各種進(jìn)水濃度CODcr去除率超過(guò)了90%，在15℃低溫下進(jìn)水CODcr為600和400mg/L時(shí)，ASBR對CODcr的去除率仍然超過(guò)了85%。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

　　3影響ASBR運行的因素

　　3.1進(jìn)水時(shí)間(tf)與反應時(shí)間(tr)之比

　　ASBR藝過(guò)程是一個(gè)非穩定過(guò)程，反應器中有機物濃度是時(shí)間的函數。進(jìn)水結束時(shí)達最高值，這說(shuō)明充水時(shí)間影響著(zhù)ASBR的工藝的處理效果。AS-BR工藝運行分為進(jìn)水、反應、沉淀和排水4個(gè)階段。沉淀和排水時(shí)間在同一反應中一般固定且時(shí)間短，而進(jìn)水時(shí)間與反應時(shí)間是工藝運行的主要參數，其比值影響ASBR藝的處理效率。過(guò)去曾有人認為快速進(jìn)水可使相應的反應時(shí)間加長(cháng)，且可提高反應速率。但是當基質(zhì)濃度超過(guò)半飽和常數時(shí)，反應速率成零級反應，且在A(yíng)SBR中不能以CODcr去除率作為唯一指標�？焖龠M(jìn)水由于產(chǎn)酸菌產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFA)速率高于產(chǎn)甲烷菌消耗有機酸的速率，使反應器中大量積累VFA，當負荷大于某一值時(shí)，甲烷化能力急劇下降。進(jìn)水時(shí)間長(cháng)，盡管反應速度慢，但中間產(chǎn)物VFA的及時(shí)消耗有利于A(yíng)SBR順利進(jìn)行。在低負荷時(shí)tf/tr值對反應影響較小，高負荷情況下tf/tr造成的影響大。處理有毒有害廢水時(shí)應適當控制tf/tr值。

　　3.2堿度

　　ASBR運行時(shí)要求混合液具有一定的pH緩沖能力，啟動(dòng)初期顆粒污泥沒(méi)有形成時(shí)，對pH值極為敏感，一旦pH值低于7.0產(chǎn)氣不活躍。把pH值調為7.0-7.5時(shí)，產(chǎn)氣明顯增加，說(shuō)明進(jìn)水堿度對形成的顆粒污泥作用很關(guān)鍵，特別在低溫時(shí)，混合液粘滯性大，使生物氣泡附著(zhù)于污泥上不容易釋放，當附著(zhù)的生物氣泡越集越多時(shí)，容易造成污泥上浮使污泥大量流失。出現這種情況時(shí)不應增加污泥負荷，而應加人適當堿度使生物氣泡釋放出來(lái)，使沉降性能變好。操作穩定時(shí)，適于增大負荷，此時(shí)顆粒污泥生長(cháng)加快，當顆粒污泥形成并穩定一段時(shí)間后，操作適當時(shí)不易解體。此時(shí)堿度可比啟動(dòng)階段有所降低，但要保持足夠的堿度，處理以碳水化合物為主的廢水時(shí)，進(jìn)水堿度與CODcr之比應大于3。

　　3.3溫度

　　ASBR能在5～65℃范圍內處理多種廢水，為在低溫和常溫下廉價(jià)處理廢水提供了可能性。但恒溫對ASBR保持系統的穩定性有重要作用，不同種群產(chǎn)甲烷菌對生長(cháng)的溫度范圍均有嚴格要求，從而需要保持恒溫。不論何種原因導致溫度的短期突變，均會(huì )對厭氧發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生明顯的影響，高溫發(fā)酵時(shí)最為敏感。

　　4ASBR各階段所需時(shí)間的確定

　　ASBR運行時(shí)每周期包括4個(gè)階段，依次為進(jìn)水、反應、沉淀和排水階段。各個(gè)階段的停留時(shí)間由操作條件和所需出水水質(zhì)來(lái)決定。一個(gè)周期所需最短時(shí)間tmin是進(jìn)水時(shí)間扒反應時(shí)間tr、沉淀時(shí)間ts和出水時(shí)間td的和，即

　　tmin=tf+tr+ts+td(1)

　　4.1進(jìn)水時(shí)間

　　進(jìn)水時(shí)間由進(jìn)水體積和進(jìn)水速度決定，同時(shí)須考慮有毒有害物質(zhì)的抑制影響進(jìn)水速度視進(jìn)水水質(zhì)而定。進(jìn)水體積由設計的HRT有機負荷及預定的沉淀特征確定。進(jìn)水時(shí)間由下式求出：

　　tf=Vf/Qf(2)

　　式中：Vf--進(jìn)水體積，L;

　　Qf--進(jìn)水速度，L/h。

　　4.2反應時(shí)間

　　反應所需時(shí)間由廢水水質(zhì)和濃度、污染物的降解速率、所需出水水質(zhì)、生物固體濃度和水溫等因素決定。反應器中混合液體積從進(jìn)水開(kāi)始不斷增加，直到進(jìn)水結束達最大值門(mén)預定反應器總有效體積人進(jìn)水時(shí)反應器中基質(zhì)濃度不斷增加，而反應階段反應器中基質(zhì)濃度不斷減少，這表明ASBR是間歇進(jìn)行的非穩態(tài)厭氧生物處理過(guò)程人SBR反應器在時(shí)間上為推流式反應器，在空間上為完全混合式反應器。從另一個(gè)角度出發(fā)，可以認為進(jìn)水階段為完全混合反應，反應階段為推流式反應。

　　采用莫諾德動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述反應器中基質(zhì)濃度的變化情況時(shí)，基質(zhì)去除率是按一級反應進(jìn)行的：

　　dS/dt=-KXS/Ks+S(3)

　　式中：

　　S--基質(zhì)濃度，mg/L;

　　X--污泥濃度，mg/L;

　　K--最大比基質(zhì)利用速率，l/d;

　　Ks--半飽和常數，mg/L。

　　由于在厭氧反應器ASBR中污泥產(chǎn)率很低，同時(shí)反應器中保持有高污泥濃度，從而可以認為在進(jìn)水階段和反應階段污泥量的變化可忽略不計，進(jìn)水階段完全混合時(shí)的物料平衡為下式：

　　dS/dt=Q/[(Vmin+Vf)](S0-S)-KXS/Ks+S(4)

　　式中：Vf為某時(shí)打共進(jìn)水體積，為時(shí)間的函數。具體聯(lián)系污水寶或參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　聯(lián)合(4)式和(5)式可得出進(jìn)水結束時(shí)的基質(zhì)濃度，通常采用迭代法可解出，開(kāi)始進(jìn)水時(shí)間為t時(shí)的基質(zhì)濃度由下式給出：

　　S=(反應器中基質(zhì)量)t/(反應器中混合液總體積)t(6)

　　在時(shí)間為t+△t時(shí)基質(zhì)濃度為：

　　式中：

　　St---時(shí)間為t時(shí)的基質(zhì)濃度，mg/L;

　　Vt----時(shí)間為t時(shí)的反應器中總體積，L;

　　△t---計算時(shí)取得時(shí)間間隔;

　　Vmin--進(jìn)水開(kāi)始時(shí)反應器中混合液體積，L。

　　在△t足夠小時(shí)，t+△t時(shí)的基質(zhì)濃度可認為與時(shí)間為t時(shí)基質(zhì)濃度幾乎相等把St代人(7)式可預測在進(jìn)水結束時(shí)的基質(zhì)濃度Sf，結合式(3)可取出反應所需時(shí)間如下：

　　tr=Ks/KX[ln(Sf/Se+(Sf-Se)/Ks](8)

　　式中：Se---設計的出水基質(zhì)濃度，mg/L。

　　4.3沉淀時(shí)間

　　沉淀階段停止攪拌，為理想的靜止沉淀。沉淀所需時(shí)間是污泥沉淀速度出所需排水體積Vd及反應器橫截面積(A)的函數，即

　　ts=Vd/vA(9)

　　但沉淀時(shí)間不宜過(guò)長(cháng)，通常為10-30min。沉淀時(shí)間過(guò)長(cháng)時(shí)繼續產(chǎn)出的生物氣使已沉降的污泥重新懸浮起來(lái)�；旌弦簯腋」腆w濃度MLSS，進(jìn)料量與污泥量之比(F/M)是影響污泥沉淀速率及出水濃度的重要因素。

　　4.4節水時(shí)間

　　排水所需時(shí)間由所排放水的體積及出水流量Qd決定，通常為了保持反應器中混合液恒定體積，排水體積等于該周期進(jìn)水體積，排水時(shí)間可由下式得出：

　　td=Vd/Qd(10)

　　5結語(yǔ)

　　ASBR同其它厭氧反應器比較有如下特點(diǎn)：

　�、貯SBR能形成顆粒污泥，同UASB和AF相比，在反應器底部不需要復雜且昂貴的配水系統，也不需要復雜的三組分離器。

　�、贏(yíng)SBR在動(dòng)力學(xué)上有顯著(zhù)的優(yōu)越性，F/M值高低交替變化，既保證了反應階段的高去除率，又保證了沉淀階段的良好沉淀效果。

　�、跘SBR能夠在較大的溫度范圍內(5～65℃)運行，可在低溫和常溫下處理各種高濃度、低濃度和特種有機廢水。(來(lái)源：谷騰環(huán)保網(wǎng))