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序批間歇式厭氧反應(yīng)器(ASBR)
一、概述及原理:
序批間歇式厭氧反應(yīng)器ASBR是一種新型高效厭氧反應(yīng)器,它能使污泥在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間SRT大大延長(zhǎng),增加反應(yīng)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(yīng)器內(nèi),具有高SRT,低HRT。雖然ASBR運(yùn)行上類似于厭氧接觸法,但ASBR的固液分離在反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行,不需另設(shè)澄清池,不需真空脫氣設(shè)備。出水時(shí)反應(yīng)器內(nèi)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(fù)雜的三相分離器。ASBR具有工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行方式靈活、生化反應(yīng)推動(dòng)力大并耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。ASBR工藝是一種以序批間歇運(yùn)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(yīng)器組成。運(yùn)行時(shí),從廢水分批進(jìn)入反應(yīng)器中,經(jīng)與厭氧污泥進(jìn)行混合接觸、生化反應(yīng)和沉淀,到凈化后的上清液排出,完成一個(gè)運(yùn)行周期,其一個(gè)完整運(yùn)行周期依次分為四個(gè)階段,即進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水。
1、進(jìn)水階段廢水進(jìn)入ASBR反應(yīng)器,同時(shí)由生物氣、液體再循環(huán)攪拌或機(jī)械進(jìn)行攪拌,基質(zhì)濃度迅速增加,根據(jù)Monod動(dòng)力學(xué)方程,微生物代謝速率也相應(yīng)增大,直到進(jìn)水完畢達(dá)到最大值。進(jìn)水體積由下列因素決定:設(shè)計(jì)的HRT、有機(jī)負(fù)荷OLR及預(yù)料的污泥床沉降特性等。
2、反應(yīng)階段該階段是有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物氣的關(guān)鍵步驟,所需時(shí)間由下列參數(shù)決定:基質(zhì)特征、要求的出水質(zhì)量、污泥的濃度,反應(yīng)的環(huán)境溫度等,其中攪拌對(duì)COD去除率及甲烷產(chǎn)量的影響,在顆粒成長(zhǎng)過(guò)程中的有重要作用。
3、沉淀階段停止攪拌,讓生物團(tuán)在禁止的條件下沉降,形成低懸浮固體的上清液。反應(yīng)器此時(shí)變成澄清器,沉降時(shí)間可根據(jù)生物團(tuán)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(zhǎng),否則因生物氣繼續(xù)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(tuán)量之比(F/M)是影響生物團(tuán)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(jié)束后,反應(yīng)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(yùn)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(xiàn)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(yīng)器內(nèi)微生物量。一個(gè)連續(xù)進(jìn)水的完全混合式反應(yīng)器,在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行,微生物周圍的基質(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(shù),在ASBR的運(yùn)行中,基質(zhì)濃度梯度大,進(jìn)水階段結(jié)束時(shí),基質(zhì)濃度可以比進(jìn)水系統(tǒng)中任何時(shí)候都低,,因此,在ASBR的運(yùn)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。顆粒化是指絮凝生物體逐漸轉(zhuǎn)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(yīng)器內(nèi)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(fù)操作之后,反應(yīng)器內(nèi)的微生物主體是顆粒狀污泥。
根據(jù)以上ASBR的工藝特征,可總結(jié)如下:
1、工藝簡(jiǎn)單,占地面積少,建設(shè)費(fèi)用低ASBR法的主題工藝設(shè)備,只有一個(gè)或幾個(gè)間歇反應(yīng)器,同傳統(tǒng)的厭氧工藝相比,此反應(yīng)器集混合、反應(yīng)、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(yīng)器的地步不需要昂貴的進(jìn)水系統(tǒng),具有工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積少,建設(shè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
2、耐沖擊、適應(yīng)性強(qiáng)完全混合式反應(yīng)器比推流式反應(yīng)器具有較強(qiáng)耐沖擊負(fù)荷及處理有毒或高濃度有機(jī)廢水的能力。ASBR反應(yīng)器在反應(yīng)期內(nèi)本身的混合狀態(tài)屬典型的完全混合式,加之反應(yīng)器內(nèi)有較高M(jìn)LSS濃度,進(jìn)而使F/M值降低,因此具有反應(yīng)推動(dòng)力大、耐沖擊負(fù)荷及適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
3、布局簡(jiǎn)單、易于設(shè)計(jì)、運(yùn)行在UASB、AF等工藝中,布水設(shè)計(jì)的好壞直接影響到厭氧工藝的成功與否,因?yàn)樵O(shè)計(jì)難度大,而ASBR工藝中水是批式進(jìn)水,無(wú)需復(fù)雜的布水系統(tǒng),也就不會(huì)產(chǎn)生斷流、短流的問(wèn)題,降低了設(shè)計(jì)難度,保證了處理的效果。
4、運(yùn)行操作靈活A(yù)SBR反應(yīng)器在運(yùn)行操作過(guò)程中,可根據(jù)廢水水量、水質(zhì)的變化,通過(guò)調(diào)整一個(gè)運(yùn)行周期中各個(gè)工序的運(yùn)行時(shí)間及HRT、SRT而滿足出水水質(zhì)的要求,具有很強(qiáng)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(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行,是ASBR工藝不同于其他厭氧工藝的一個(gè)顯著特征。首先,厭氧生物團(tuán)絮凝同好氧活性污泥法的模式類似,是由細(xì)菌對(duì)基質(zhì)的有限濃度引起,F(xiàn)/M值對(duì)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(xù)進(jìn)料完全混合的厭氧反應(yīng)器穩(wěn)態(tài)操作時(shí),F(xiàn)/M是一定值,而間歇操作的ASBR反應(yīng)器進(jìn)水后為高F/M,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,F(xiàn)/M逐漸降低,反應(yīng)結(jié)束排水時(shí),F(xiàn)/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(xù)操作模式。
6、污泥性能好,處理能力強(qiáng)由于ASBR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(tǒng)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(yùn)行的因素:
1、進(jìn)水時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間之比ASBR藝過(guò)程是一個(gè)非穩(wěn)定過(guò)程,反應(yīng)器中有機(jī)物濃度是時(shí)間的函數(shù)。進(jìn)水結(jié)束時(shí)達(dá)最高值,這說(shuō)明充水時(shí)間影響著ASBR的工藝的處理效果。ASBR工藝運(yùn)行分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀和排水四個(gè)階段。沉淀和排水時(shí)間在同一反應(yīng)中一般固定且時(shí)間短,而進(jìn)水時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間是工藝運(yùn)行的主要參數(shù),其比值影響ASBR工藝的處理效率。過(guò)去曾有人認(rèn)為快速進(jìn)水可使相應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間加長(zhǎng),且可提高反應(yīng)速率。但是當(dāng)基質(zhì)濃度超過(guò)半飽和常數(shù)時(shí),反應(yīng)速率成零級(jí)反應(yīng),且在ASBR中不能以CODcr去除率作為唯一指標(biāo)??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(jī)酸的速率,使反應(yīng)器中大量積累VFA,當(dāng)負(fù)荷大于某一值時(shí),甲烷化能力急劇下降。進(jìn)水時(shí)間長(zhǎng),盡管反應(yīng)速度慢,但中間產(chǎn)物VFA的及時(shí)消耗有利于ASBR順利進(jìn)行。在低負(fù)荷時(shí)tf/tr值對(duì)反應(yīng)影響較小,高負(fù)荷情況下tf/tr造成的影響大。處理有毒有害廢水時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制tf/tr值。
2、堿度ASBR運(yùn)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(duì)pH值極為敏感,一旦pH值低于7.0產(chǎn)氣不活躍。把pH值調(diào)為7.0-7.5時(shí),產(chǎn)氣明顯增加,說(shuō)明進(jìn)水堿度對(duì)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,使生物氣泡附著于污泥上不容易釋放,當(dāng)附著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(xiàn)這種情況時(shí)不應(yīng)增加污泥負(fù)荷,而應(yīng)加人適當(dāng)堿度使生物氣泡釋放出來(lái),使沉降性能變好。操作穩(wěn)定時(shí),適于增大負(fù)荷,此時(shí)顆粒污泥生長(zhǎng)加快,當(dāng)顆粒污泥形成并穩(wěn)定一段時(shí)間后,操作適當(dāng)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(yīng)大于3。
3、溫度ASBR能在5~65℃范圍內(nèi)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(duì)ASBR保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要作用,不同種群產(chǎn)甲烷菌對(duì)生長(zhǎng)的溫度范圍均有嚴(yán)格要求,從而需要保持恒溫。不論何種原因?qū)е聹囟鹊亩唐谕蛔?,均?huì)對(duì)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。