3. 3. 2 良好的微生物种群分布 ABR 反应器中不同隔室内的厌氧微生物易呈现
出良好的种群分布和处理功能的配合 ,不同隔室中 生长适应流入该隔室废水水质的优势微生物种群 , 从而有利于形成良好的微生态系统 。例如 ,在位于 反应器前端的隔室中 , 主要以水解和产酸菌为主 (McCarty 和 Nachaiyasit 的研究表明 ,在 ABR 的第一 个隔室中以产丁酸菌为主) ,而在较后的隔室中则以 甲烷菌为主 。其中随隔室的推移 ,由甲烷八叠球菌 Methanosarcina 为 优 势 种 群 逐 渐 向 甲 烷 丝 菌 属 Methanothrix、异养甲烷菌和脱硫弧菌属等转变 。这 种微生物种群的逐室变化 ,使优势种群得以良好地 生长 ,并使废水中污染物得到逐级转化并在各司其 职的微生物种群作用下得到稳定的降解 。笔者利用 ABR 反应器处理城市垃圾填埋场渗滤液与城市污水 混合废水的研究亦观察到相同的结果 。 3. 3. 3 较强的抗冲击负荷能力
厌氧处理实际上是借助于不同微生物种群间的 协同作用并通过水解 ϖ酸化 (产酸及产乙酸) ϖ产甲 烷等一系列生物反应将有机无底物转化为无机物的 过程 (图 2) 。在此过程中 ,不仅各类型的微生物对 环境条件的要求不同 ,而且它们通过对不同底物的 利用而形成类似于生态系 统 中 的 食 物 链 的 营 养 关
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童 昶等/ 厌氧反应器技术的发展及 ABR 反应器的工艺特点
2001 年 12 月
图 3 ABR 反应器的水力流态
与其它型式的厌氧反应器相比 ,该反应器有以 下几个突出的特点 :
图 2 厌氧处理过程中有机物的降解途径
3. 3. 1 良好的水力条件 反应器的水力流态及其优劣可用容积有效利用
率或反应器的死区容积分数 (Vd/ V) 及扩散或混合 程度 (一般以 Peclet 准数μL/ D) 来描述 。示踪研究 表明 ,在不同污泥浓度和不同 HRT 且稳态运行的条 件下 ,ABR 反应器的 Vd/ V 为 7 %～20 % ,其平均数 为 9. 8 %。因而 ABR 的容积利用率要高于其它型式 的反应器 。此外 ,ABR 随进水量的增大 (即 HRT 缩 短) ,各隔室的μL/ D 数下降 ,而 Vd/ V 的变化 (增加) 幅度不大 ,说明由于进水量的增大 ,促进了返混作
Development of Anaerobic Reactor Technology and Process Characteristics of ABR Reactor
Tong Chang ,Shen Yaoliang ,Zhao Dan ,Wang Chengwu
Abstract Development procedure of anaerobic treatment technology from first to third stage reactors are introduced , and property characteris2 tics of new third stage process - ABR reactor is analyzed. Key words Anaerobic reactor Development ABR process Characteristics
图 1 ABR 反应器的构造
3. 2. 2 复合流态的反应器 (系统) 理论 无论是在化学反应工程还是在生物处理工程中 ,
反应器或反应器系统中液体介质的流态对产物的转 化率或生物处理的效果均有重要的影响 。反应器中 良好的水力流态应满足以下要求 : (1) 确保反应介质 间均匀的混合接触 ,提高反应器有效容积的利用率及 设备的运行稳定性 ; (2) 创造高的浓度梯度 ,促进介质 间的传质 ,以获得高的产物转化率 (处理效果) 。实际 应用中 ,多以完全混合或推流式作为反应器的两大主 要流态 。完全混合式虽可满足要求 (1) ,但难以满足 要求 (2) ;推流式则反之 。因而 ,如何通过工艺运行方 式的改进 ,使反应器 (系统) 既具有完全混合的优点又 具有推流的优点 ,以充分满足上述两个要求 ,则是开 发新型厌氧反应器工艺的水动力学基础 。 3. 3 ABR 反应器的工艺特点
1 厌氧反应器技术发展简介
厌氧处理技术发展至今已有 100 多年的历史 。 70 年代以来 ,废水厌氧处理技术因其具有运转费用 低 、有可资利用的能源 (沼气) 产生及在处理高浓度 废水方面的一系列优越性而得到较快的发展 ,并出 现了一批以升流式厌氧污泥床反应器 (UASB) 、厌氧 滤池 (AF) 等为代表的第二代厌氧反应器处理技术 。 第二代厌氧反应器技术的共同特点是将污泥停留时 间 (MCRT) 与水力停留时间 ( HRT) 分离 ,使得厌氧处 理高浓度有机废水所需要的 HRT 由原来的数十天 缩短到几天乃至十几或几小时 ,反应器所需的容积 大大缩小 ,在保证处理要求的前提下 ,处理能力大幅 提高 ,应用日趋广泛 。
图 4 ABR 反应器中颗粒污泥的分布
4 结 语
废水厌氧反应器处理工艺正朝复合流态和多相 控制技术的方向发展 。采用复合流态可提高反应器 的容积利用率 、增强适应性 ,从而提高处理效果 。而 利用生物相分隔的作用 ,则可充分发挥不同微生物 种群的功能并形成良好的微生态环境 ,提高系统运 行的稳定性 。ABR 反应器作为新型的第三代厌氧处 理工艺 ,可在一个反应器内充分实现上述流态的复 合化及微生物种群的微生态化 (相的分离) ,因而具 有比较优良的特点 。
COD
(mg/ L) 容积(L) (kgCOD/ m3. d) 去除率( %)
40 30
2. 50
93
4. 73
75
5000
75
1. 0
95
2. 0
85
蒸馏废液 51600 6. 30
3. 50
91
35500
85
糖蜜废水 38700 165
20
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江苏环境科技
2001 年 12 月
厌氧反应器技术的发展及 ABR 反应器的工艺特点
童 昶 沈耀良 赵 丹 王承武 (苏州城建环保学院 苏州 215011)
摘 要 着重介绍了厌氧处理技术由第一代反应器到第三代反应器的发展过程 ,分析了新型第三代工艺 - ABR 反应器的性 能特点 。 关键词 厌氧反应器 发展 ABR 工艺 特性
者的研究亦表明 ,ABR 启动 4 周可达到稳定运行 ,6 周左右出现沉淀性能良好的颗粒污泥 。图 4 为笔者 采用 ABR 处理垃圾填埋场渗滤液与城市污水混合 废水时所得到的反应中颗粒污泥的粒径分布情况 。
表 1 ABR 处理不同废水时的效能
废水类型
屠宰废水 合成废水
进水 COD 反应器 有机负荷
具有良好的生物固体的截留能力 ,并使一个反应器 内微生物在不同的区域内生长 ,与不同阶段的进水 相接触 ,在一定程度上实现生物相的分离 ,从而可稳 定和提高设施的处理效果 ;通过构造上改进 ,延长水 流在反应器内的流径 ,从而促进废水与污泥的接触 。 这些反应器的应用发展较快 ,在 10 多年的时间里 , 其在实际工程中的应用所占厌氧处理工艺的比例已 达 6 %左右 。其中 ABR 反应器又因其结构简单 、运 转管理方便 、启动较快及水力条件好等特点 ,而更加 受到业内人士关注 。
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系 ,即微生态系统 。因而 ,为使厌氧处理系统持续稳 定的运行 ,需创造适合于不同微生物种群生长的环 境条件 ,使反应过程中物质的转化及能量的流动顺 利地进行 。因而 ,两相及多相厌氧反应器 ( SMPAR , 可由一个反应器或多个反应器串联实现 ,因而它并 非特指某个反应器) 技术的研究已成为开发新型厌 氧反应器技术的生态学基础 。
用 ,即各隔室呈现出全混 (CSTR) 的流态 (在高的产 气量情况下 ,污泥床亦处于流化态) 。但同时由于折 流板的阻挡作用 ,阻止了各隔室间的返混 ,因而就整 个反应器而言 ,则具有水平推流 ( PF) 的流态 ,且分 隔数越多 , PF 式越明显 。因此 ,可把运行中的 ABR 看作一个由一系列混合良好的 CSTR 的串联 (图 3) 。 这种整体为 PF、个体为 CSTR 的复合流态工艺的反 应速率 、处理稳定性及容积利用率均要优于单个 CSTR 或 PF 反应器 。
73000 165
28
55
葡萄糖废水 3 15000
15
20
98
18000 15 城市污水 3 3 264～906 350
制药废水 20000 10 含酚废水 2200～3192 养猪场废水 ～5000 20
25 2. 17
20 1. 67～2. 5
1. 8
94 90 ～68 83～94 75
3 笔者的研究 ; 3 3 温度为 18～28 ℃
3 厌氧折流板反应器 (ABR) 及其工艺特点
3. 1 工艺构造 ABR 反应器 (如图 1 所示) 是一种混合型复杂水
力流态厌氧处理工艺 。该工艺使用一系列垂直放置 的折流板使反应器分隔成一定数目的隔室 (窄的下 流室 、宽的上流室) ,使废水沿其上下流动 ,并依次流 过各隔室而得到处理 。各隔室为相对独立的升流式 反应器 。 3. 2 开发 ABR 工艺的理论基础 3. 2. 1 微生态系统理论
(收稿日期 :2001 - 08 - 06)
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