ABR工藝工程設計

1、厭氧折流板反應器（Anaerobicba 用edreactor , ABR是McCarty和Bachmann等人于1982年，在總結(jié)了第二代厭氧反應器工藝性能的基礎上，幵發(fā)和研制的一種新型高效的厭氧生物處理裝置。其特點是：反應器內(nèi)置豎向?qū)Я靼?，將反應器分隔成幾個 串聯(lián)的反應室，每個反應室都是一個相對獨立的上流式污泥床系統(tǒng)，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，逐個通過反應室內(nèi) 的污泥床層，進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(jié)構(gòu)，與其它厭氧生物處理工藝相比，具有許多優(yōu)點，見表1。目前，對ABR的研究已成為廢水厭氧生物處理方面的熱點，其在工

2、程實踐中的應用也日益增多。但在實際工程應用中， ABF設計的一些關(guān)鍵參數(shù)主要還依賴于經(jīng)驗和 試驗研究數(shù)據(jù)。本文對 ABR在工程設計時需要考慮的結(jié)構(gòu)形式、部件尺寸、操作條 件等問題進行了分析討論，以期為 ABR的中試研究和工程設計提供參考。1結(jié)構(gòu)形式的選擇厭氧折流板反應器自產(chǎn)生以來， 出現(xiàn)了幾種不同結(jié)構(gòu)的形式，如圖1所示結(jié)構(gòu)的ABR因具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉等優(yōu)點，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15C,故在工程設計時應注意ABR反應器外部的保溫，建議采用半地下式結(jié)構(gòu)。反應器一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 內(nèi)壁要做適當

3、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架設填料的 ABR稱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(jié)果表明，加裝填料后的ABR在啟動期問和正常運行條件下的性能均優(yōu)于加裝前，而添加填料并不會明顯增加反應器的造價。至于填料 可能帶來的堵塞問題未曾見報道。因此，建議在ABR設計時考慮增加填料。常用的填料有鐵炭填料、半軟性塑料纖維等。2.2隔室數(shù)的選擇隔室數(shù)的設置，應根據(jù)所處理廢水的特點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，不必將反應器分隔成很多隔室，

4、以34個隔室為宜；而在處理高濃度廢水時， 宜將分隔數(shù)控制在68個，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HR”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: 13: 111,9-1q o2.4單個隔室長寬高的比值研究表明，長寬高的比值會影響反應器的水力流態(tài)。反應器上流室沿水流前進方向 的長寬比宜控制在1:11： 2之間，寬高LL-一般采用1 : 3，具體的有待于進一步實踐研究2.5進水管的布置ABR反應器主要有以下兒種進水方式：隔室上部進水，中部進水，下部穿孔管進水。具體可根據(jù)工程需要選用

5、。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的選擇折流板的折角，一般取 4560。，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，可通過水力計算得到一個比較好的沖擊速度， 以利于后續(xù)隔室的進水。2.8隔室擋板的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，以減少污泥 流失；同時可增加水流湍動，促進基質(zhì)在ABR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(jié)構(gòu)。圖2(b)的結(jié)構(gòu)可減少水力死區(qū)，降低水力損失，同時

6、 可增加豎向擋板的結(jié)構(gòu)強度，應盡量采用。2.9第一隔室結(jié)構(gòu)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，對一個擁有5格反應器的ABR其第一格的局部負荷約為系統(tǒng)平均負荷的5倍 一般對于低濃度廢水，采用和后邊幾個隔室相同的尺寸即可；但對于隔室數(shù)較多或 者進水濃度較高的情況，建議適當增大第一隔室的容積，以便有效地截留進水中的SS。另外，為抑制反應器第一隔室可能出現(xiàn)的過度酸化現(xiàn)象，可在第一隔室的適當位置 設置調(diào)節(jié)劑加入口，以便加入 NaHC(等進行堿度調(diào)節(jié)。2.10最后隔室結(jié)構(gòu)的選擇最后一個隔室，一般選用如圖 3所示的結(jié)構(gòu)即可，如果擬處理的廢水污泥沉降性能 較

7、差，可選用圖3(b)所示的結(jié)構(gòu)，以減少污泥流失。3工藝操作條件的選擇3.1啟動方式厭氧反應器的啟動方式有兩種：一是固定進水基質(zhì)濃度而逐步縮短HRT 是固定HRT而逐漸增大進水基質(zhì)濃度。WPBarber和DCStuckey的研究表明，對于ABR前 種啟動方式要優(yōu)于后者。建議參用固定進水濃度而縮短HRT的啟動方式。ABR反應器的啟動一般采用較低的初始負荷，以利于污泥顆?；蛐躞w的形成；以較長的HRT啟動，反應期內(nèi)氣液上升流速小，可減少污泥的流失，并可增加各隔室內(nèi)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(nèi)，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

8、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(jié)果表明：在中等負荷條件下，反 應器溫度由35C降至25C對COD去除率無明顯影響，當溫度進一步降至15C時，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(shù) Ks增大，同時可溶性細胞代謝產(chǎn)物增加。因此反應器在啟動時，應盡可能在氣溫較高的條件下進行，等反應器成功啟動后一般可以在相對低溫下持續(xù)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改變進水濃度或水力

9、停留時間來實現(xiàn)。3.4水力停留時間(HRT)水力停留時問是控制 ABR反應器運行的主要參數(shù)，它直接影響了ABR中的COD去除91。不同的HRT決定著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，應根據(jù)擬處理廢水的不同情況加以區(qū)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，促進水流混合，緩解反應器后部污泥基質(zhì)不足的問題。但HR宜過短，過短的HRT容易造成溝流現(xiàn)象，不僅影響處理效果，而且會使污泥流失。處理高濃度廢水時，其產(chǎn)氣對促進泥水混合的作用占主導地位，因而對

10、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，當進水 CODS度在3000mg?L以上時，可將s控制在0-30.61TI?h；當處理低濃度廢水時，液體流速對泥水混合的促進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行回流是提高反應器水力負荷（隔室內(nèi)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值降低等問題，并可在處理某些含蛋白質(zhì)廢水時抑制絲狀菌的生長，還可稀釋進水中的有毒有害物質(zhì)，從而提高處理效果。Setia

11、diT等人采用ABR處理棕櫚油生產(chǎn)廢水時，在平均負荷 15.6gCOD?L1.d。研究了回流比從5到25變化時對反應器出水的影響。結(jié)果表明， 當回流比在15以上時可保證系統(tǒng)內(nèi)的 pH高于6.8，從而無需額外的堿度補充。但 另有研究表明，不僅應對回流比加以適當?shù)目刂?，而且最好不進行回流。其根據(jù)在于：（1）不適當?shù)幕亓鲗⒓觿》磻鲀?nèi)流體的混合，改變反應器的水力流態(tài)，增加死區(qū)容積。Nachaiyasit等人的研究表明n 一 4J，當回流比增加到2時，死區(qū) 容積高達40%，而回流比達4時，導致了突發(fā)性的較為嚴重的污泥流失問題；（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)

12、境 及其相互協(xié)同作用功II,因此而失去ABF所特有的在一個反應器內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)酸和產(chǎn)甲 烷相分離的優(yōu)點。Bachma nn等人的研究發(fā)現(xiàn)，由于回流而使產(chǎn)甲烷菌的活性在整個H:分壓反應器內(nèi)的分布趨于均勻，使后端隔室中的產(chǎn)甲烷菌進入高基質(zhì)濃度、高 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(xiàn)，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?？梢姡壳瓣P(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過低而酸化作用過烈、 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行，則可考慮出水部分回流。但 對出水回流應

13、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的過度積累會抑制甲烷菌的生長，從而使反應器的穩(wěn)定時間延長。因此 控制反應器內(nèi)VFA的含量就顯得十分重要。3.7分段進水ABR反應器在較高有機負荷條件下啟動時，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，可考慮采用分段進水，如圖4所示。PJSallis 等人分別采用普通進水 ABR(NFABF和分段進水ABR(SFABR對高濃度啤酒 廢水的處理進行了對比研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在啟動和正常運行時期，SFABF均表現(xiàn)出了優(yōu)于NF

14、ABR勺性能。采用SFABF可降低廢水中毒性物質(zhì)對前面隔室的沖擊，同時 可為后面隔室提供足夠的微生物營養(yǎng)。在有機負荷為10.5kgCOD?m ?d。條件下，SFABF對C0D的去除率達到了 95%。具體參見更多相關(guān)技 術(shù)文檔。3.8pH與堿度pH是厭氧處理系統(tǒng)中重要的工藝控制參數(shù)之一，產(chǎn)甲烷過程只有在pH接近中性條件下才能有效進行，pH高于8.0或低于6-3時，產(chǎn)甲烷速率將大大降低。堿度在系 統(tǒng)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(tǒng)pH的變化幅度。為保證反應器有足夠的緩沖能力，可根據(jù)需要在進水中投加一定量的 NaHCOft行堿度調(diào)節(jié)。根據(jù)蘇德林等的研究結(jié)果，控制出水pH6.5是確保ABR反應器正常工作的必要條件， 為此應保持進水堿度在 800mg?L以上。4結(jié)論ABR因其特殊的結(jié)構(gòu)，具有水力條件好、抗沖擊負荷、構(gòu)造簡單、造價低廉等諸多 優(yōu)點，是一種非常有應用前景的廢水厭氧生物反應器。多年來，ABR在工程實踐不斷發(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(jié)構(gòu)和部件尺寸，控 制好水力停留時間等減少反應器中死區(qū)、分段