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      序批間歇式厭氧反應器(ASBR)

      一、概述及原理:

        序批間歇式厭氧反應器ASBR是一種新型高效厭氧反應器,它能使污泥在反應器內的停留時(shí)間SRT大大延長(cháng),增加反應的污泥濃度,并能夠進(jìn)行充分的泥水混合,從而提高厭氧污泥的處理能力。ASBR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)。ASBR工藝是一種以序批間歇運行操作為主要特征的廢水厭氧生物處理工藝。它由一個(gè)或幾個(gè)ASBR反應器組成。運行時(shí),從廢水分批進(jìn)入反應器中,經(jīng)與厭氧污泥進(jìn)行混合接觸、生化反應和沉淀,到凈化后的上清液排出,完成一個(gè)運行周期,其一個(gè)完整運行周期依次分為四個(gè)階段,即進(jìn)水、反應、沉淀、排水。
        1、進(jìn)水階段廢水進(jìn)入ASBR反應器,同時(shí)由生物氣、液體再循環(huán)攪拌或機械進(jìn)行攪拌,基質(zhì)濃度迅速增加,根據Monod動(dòng)力學(xué)方程,微生物代謝速率也相應增大,直到進(jìn)水完畢達到最大值。進(jìn)水體積由下列因素決定:設計的HRT、有機負荷OLR及預料的污泥床沉降特性等。
        2、反應階段該階段是有機物轉化為生物氣的關(guān)鍵步驟,所需時(shí)間由下列參數決定:基質(zhì)特征、要求的出水質(zhì)量、污泥的濃度,反應的環(huán)境溫度等,其中攪拌對COD去除率及甲烷產(chǎn)量的影響,在顆粒成長(cháng)過(guò)程中的有重要作用。
        3、沉淀階段停止攪拌,讓生物團在禁止的條件下沉降,形成低懸浮固體的上清液。反應器此時(shí)變成澄清器,沉降時(shí)間可根據生物團的沉降特性確定,典型時(shí)間在10~30min 間變化,沉降時(shí)間不能過(guò)長(cháng),否則因生物氣繼續產(chǎn)出會(huì )造成沉降顆粒重新懸浮?;旌弦簯腋」腆w濃度(MLSS)、進(jìn)料量與生物團量之比(F/M)是影響生物團沉降速率及排除液清澈程度的重要可變因素。
        4、排水階段充分的液固分離完成后,將上清液排出,排水體積等于進(jìn)水體積。排水時(shí)間由每次循環(huán)排水的總體積和排水速率決定。排水結束后,反應器將進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
      二、工藝特征:
        污泥絮凝是ASBR工藝的重要特征,間歇運行過(guò)程中,厭氧生物污泥會(huì )發(fā)生絮凝,同時(shí)還發(fā)現F/M值是影響厭氧生物污泥絮凝的重要因素,即在低F/M值的情況下污泥絮凝效果好,沉淀速度快,出水中SS濃度很低,一般降低F/M值可能有兩種措施,一是降低基質(zhì)濃度;二是提高反應器內微生物量。一個(gè)連續進(jìn)水的完全混合式反應器,在穩定狀態(tài)下運行,微生物周?chē)幕|(zhì)濃度總是保持在一個(gè)恒定的值,也就是說(shuō)F/M值是一個(gè)常數,在A(yíng)SBR的運行中,基質(zhì)濃度梯度大,進(jìn)水階段結束時(shí),基質(zhì)濃度可以比進(jìn)水系統中任何時(shí)候都低,,因此,在A(yíng)SBR的運行條件下,生物污泥容易發(fā)生絮凝,以致顆?;?。污泥顆?;彩茿SBR工藝的一個(gè)重要特征。顆?;侵感跄矬w逐漸轉化成活性高、沉淀性能好的生物污泥顆粒的過(guò)程,在出水階段向液面施加一定的壓力可以促進(jìn)顆?;倪M(jìn)程,出水階段一些沉淀性能差及離散狀的微生物體會(huì )隨出水流失,截留在反應器內的是比較密實(shí)的微生物絮體,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反復操作之后,反應器內的微生物主體是顆粒狀污泥。
        根據以上ASBR的工藝特征,可總結如下:
        1、工藝簡(jiǎn)單,占地面積少,建設費用低ASBR法的主題工藝設備,只有一個(gè)或幾個(gè)間歇反應器,同傳統的厭氧工藝相比,此反應器集混合、反應、沉降等功能于一體,不需額外的澄清沉淀池,不需要液體或污泥回流裝置,同UASB和AF相比,該反應器的地步不需要昂貴的進(jìn)水系統,具有工藝簡(jiǎn)單、結構緊湊,占地面積少,建設費用低等優(yōu)點(diǎn)。
        2、耐沖擊、適應性強完全混合式反應器比推流式反應器具有較強耐沖擊負荷及處理有毒或高濃度有機廢水的能力。ASBR反應器在反應期內本身的混合狀態(tài)屬典型的完全混合式,加之反應器內有較高M(jìn)LSS濃度,進(jìn)而使F/M值降低,因此具有反應推動(dòng)力大、耐沖擊負荷及適應性強的優(yōu)點(diǎn)。
        3、布局簡(jiǎn)單、易于設計、運行在UASB、AF等工藝中,布水設計的好壞直接影響到厭氧工藝的成功與否,因為設計難度大,而ASBR工藝中水是批式進(jìn)水,無(wú)需復雜的布水系統,也就不會(huì )產(chǎn)生斷流、短流的問(wèn)題,降低了設計難度,保證了處理的效果。
        4、運行操作靈活ASBR反應器在運行操作過(guò)程中,可根據廢水水量、水質(zhì)的變化,通過(guò)調整一個(gè)運行周期中各個(gè)工序的運行時(shí)間及HRT、SRT而滿(mǎn)足出水水質(zhì)的要求,具有很強的操作靈活性。
        5、固液分離效果好,出水澄清固液分離在反應器內部進(jìn)行,是ASBR工藝不同于其他厭氧工藝的一個(gè)顯著(zhù)特征。首先,厭氧生物團絮凝同好氧活性污泥法的模式類(lèi)似,是由細菌對基質(zhì)的有限濃度引起,F/M值對其有重要影響。低F/M值,有利于生物絮凝,沉降快,出水懸浮固體低。一個(gè)連續進(jìn)料完全混合的厭氧反應器穩態(tài)操作時(shí),F/M是一定值,而間歇操作的ASBR反應器進(jìn)水后為高F/M,隨著(zhù)反應的進(jìn)行,F/M逐漸降低,反應結束排水時(shí),F/M最低,且產(chǎn)氣量最小,易于固液分離。因此,從固液分離效果講,ASBR法的間歇操作模式要優(yōu)于其他厭氧法的連續操作模式。
        6、污泥性能好,處理能力強由于A(yíng)SBR出水時(shí)容易將沉淀性能不好的污泥隨水排出,而將沉淀性能較好的污泥保留下來(lái),所以系統中的污泥整體沉降性能較好。同時(shí),顆?;^(guò)程較短,大大提高了處理廢水的能力。
      三、影響ASBR運行的因素:

        1、進(jìn)水時(shí)間與反應時(shí)間之比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。ASBR工藝運行分為進(jìn)水、反應、沉淀和排水四個(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工藝的處理效率。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。
        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、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。

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