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厌氧ABR反应器工艺思想及特点

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学社编辑 发表于 2019-9-12 08:36 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
实践表明,一个成功的厌氧反应器必须具备以下特点:
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9 O9 z; Q+ [, l/ S) c/ e1.良好的污泥截留性能,以保证拥有足够的生物量。由于厌氧微生物的较长世代期,因此高污泥保有量是保证微生物转化总量,即厌氧生物处理效率的基础和前提。
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  [" I8 M' B3 }5 {! x2.良好的水力流态。局部的完全混合使生物污泥能够与进水基质充分混合接触,以保证微生物能够充分利用其活性降解水中的基质,而整体的椎流保证一定的底物浓度梯度,提高出水水质。' A" [/ E- ]9 Z' C0 t) B2tech.cn
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3.良好的微生物功能分区,即相分离特性。具有提供不同类型微生物所适宜的不同的生长环境条件的功能,以使不同种群的厌氧微生物在最优环境条件下发挥功能、稳定运行。
. f& ~! @" }6 e2 ?: |基于此,Lettinga提出了分阶段多相厌氧反应器技术(staged mufti-phase anaerobic reactor,SMPA)的概念,SMPA并非特指某个反应器,而是一种新工艺思想。
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其理论思路如下。9 e" R- `$ J- I2 g8 ]; \. s2tech.cn
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1.依靠各级处理单元内基质组成及环境因子(如pH值、H2分压、代谢中间产物等)的不同,在各级处理单元中分别培养出适合环境条件的厌氧微生物种类;
( E9 F2 o  {$ U7 O8 r3 J2.阻止各级处理单元中的厌氧污泥相互混合;  y' ]# ]. L( T9 t  |  |, Q- N2tech.cn
3.各级处理单元产生的气体单独排放;, Z/ C  c6 P6 [% W9 m+ C2tech.cn
4.使流态更接近于推流式,以提高处理效率。
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Lettinga认为SMPA工艺的适用范围更为广泛,从低温(小于10℃)到高温(大于55℃)均可运行,而且对各种含抑制性化合物的化工废水也具有较高的降解效能。厌氧折流板反应器(ABR)正是源于SMPA理论的第三代新型厌氧反应器。
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ABR具有以下显著的特点

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1.运行稳定,操作灵活。由于ABR特有的挡板构造,大大减小了堵塞和污泥床膨胀等现象发生的可能性,可长期稳定运行。并且ABR可根据水质、水量的不同,通过改变挡板间距,调节HRT,甚至还可以进行间歇操作,来满足出水水质的要求。ABR还可在适当的隔室进行好氧操作,以达到在同一反应器内除氮的目的。# n; X+ p! P( ?. i2tech.cn
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2.工艺简单,投资少,运行费用较低。ABR设计简单,没有活动部件,同传统的厌氧消化池相比,无需机械搅拌装置,也不需要额外的澄清沉淀池。同UASB和AF相比,ABR不需要昂贵的进水系统,也不需要设计复杂的三相分离器。因此,ABR的投资少,运行费用较低。% @( Y" C; r9 m3 {% H4 j2tech.cn
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3.固液分离效果好,出水水质好。厌氧生物团絮凝同好氧活性污泥法的模式类似,是由细菌对基质的有限浓度引起,F/M值对其有重要影响。低F/M值有利于微生物絮凝,沉降加快,出水悬浮固体浓度低。ABR的分格构造和水流的推流状态,使F/M随水流逐渐降低,在最后一隔室内F/M值最低,且产气量最小,最有利于固液分离,所以能够保证有良好的出水水质。
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( L! T% m; h& C) v  o% {: q* ]# v  j4.对有毒物质适应性强。由于隔板将反应器分隔开,所以有毒物质对反应器的影响主要集中在ABR反应器的前部,对后部的危害较小。这使得只有少数微生物暴露在有毒物质的影响下,有利于整个反应器系统的驯化并能在较短的时间恢复到正常的水平。6 o7 q. z; u9 a1 u% n/ [2tech.cn
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5.良好的生物分布。挡板构造在反应器内形成几个独立的隔室,所以能在每个隔室内驯化培养与该隔室环境条件相适应的微生物群落,形成良好的种群配合和良好的沿程分布,避免了不同种群间生态幅的过多重复,从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性,必要时还可以通过合理设置各隔室的废水水质,来稳定运行工况,提高处理效果,实现在一个反应器内完成一体化的两相或多相处理。: ]2 R% x$ W5 F( q2tech.cn

9 u0 f! w$ a- h# Z3 ^6 [1 w6.耐冲击负荷,适应性强。由于折流板良好的滞留微生物的能力和污泥良好的沉降性能,再有ABR中的微生物环境具有良好的生物级配,ABR对冲击负荷的适应性很强。因此,ABR对于处理流量和浓度变化较大的工业废水有很好的应用前景。3 ]1 W8 f! l' u" v* n$ m2tech.cn

( k! [5 B: @/ @& M% L. w7.良好的生物固体截留能力。由于折流板的阻挡作用及通过对折流板间距的合理设置(水流在上向流室中的上升流速相对较小)为污泥的沉降和截留创造了一个良好的条件,因而ABR反应器内能截留大量的微生物,其微生物质量浓度可达到72.08g/L。
4 L% P( g2 N7 x/ o% T, \
, K; C$ h6 b: c) I3 F还存在着如下的不利因素:: @! A% _9 \: }1 H7 U) w2tech.cn

4 l- h7 [$ G+ L+ \$ \5 W1.通常情况下,液体及气体上升速度不宜超过1.0m/h,所以要求反应器的深度不易过深。
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- I4 p* O2 t0 f8 n: j+ ~; w3 i2.由于ABR中的水流在池中做上下的绕流运动,系统内必然存在着死角,所以均匀配水比较困难,要使单个反应室中的液体保持完全混合状态几乎是不可能的。
% i: A) v. ]; _1 n  X2 j: B+ n1 m) V. m- A' K2tech.cn
3.在相同的有机负荷情况下,同单级的UASB反应器相比,ABR反应器的第一分格承受大于平均负荷的局部负荷。- ~6 q* _0 z9 O1 ^" v) L$ d2tech.cn

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精彩评论2

 楼主| 学社编辑 发表于 2019-9-12 08:37 | 显示全部楼层
ABR反应器的优缺点

7 c. w/ N) C0 z8 b! E% P; U
) g1 C# G, |, w. w0 G, Z% ]+ CABR反应器同其他厌氧反应器相比具有以下优点:
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) }! O9 C, m1 w- _& S( S1.构造方面:设计简单;没有移动部分;无需动力搅拌设备;基建费用低;孔隙率高;大大降低反应器堵塞的可能性;可以大幅度降低污泥床发生膨胀的可能性;维护和运行费用低。; E7 f7 e5 C# B* d! F$ ~- ^2tech.cn
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2.污泥方面:因为有挡板的作用,所以反应器不要求其中的污泥具备特殊的沉淀性能,也就是说,反应器正常运行时,不要求必须形成颗粒污泥,但是正常运行的ABR反应器均能形成颗粒污泥;污泥产率低;固体停留时间长;无需采用沉淀来截留污泥;无需特殊的气体或固体分离设备。9 W' y1 l, l" |$ R5 F% X2tech.cn
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3.运行方面:水力停留时间短;可以间歇运行;具有非常强的抗水力负荷冲击能力;对进水中所含有的有毒物质具有较强的缓冲适应能力;可以长时间运行而不必担心污泥会大量流失;对有机负荷冲击具有非常强的承受能力。+ {& S0 |3 h8 W2tech.cn
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在试验及工程设计中存在如下的不利因素:
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* t( _8 h2 s4 [1.为了满足反应器中的液体、气体具有合理的上升流速,通常情况下,液体的上升流速不肩{超过1.0m/h,气体的上升流速目前还未见有详细介绍,但是也应不超过1.0m/h,所以要求反应器的深度不宜过大。# a: o- R5 c: g3 `' a. c2tech.cn

6 x, J- p% f# d: d! b2.由于ABR反应器的水流在池中做上下的绕流运动,在挡板的上部和下部,必然存在着液体的湍流运动和死角,所以对反应器来说均匀配水较为困难,也就是说单个反应室内的液体保持推流状态几乎是不可能的。
" x/ j. Q  g( T$ ?" E/ y; t( b
" ^( S- m5 P2 H4 K, b- D+ L3.在相同的总有机负荷情况下,同单级的UASB相比,ABR反应器的第一分格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷。以拥有5反应室的ABR反应器为例,其第一格的局部负荷是平均负荷的5倍。如何降低局部负荷过载的不利影响还有待深入研究。, w/ j( C) F" H; m; n2tech.cn

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 楼主| 学社编辑 发表于 2019-9-12 08:39 | 显示全部楼层
1.良好的水力条件
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无论在化学反应工程还是生物处理工程中,反应器或反应系统中液体介质的流态对产物的转化率或生物处理效果均有重要影响。* h. A' m4 m& b" |3 p6 a4 Q7 B5 `2tech.cn
  Y# }/ {3 \8 {$ {/ c$ g! a2tech.cn
良好的流态应当满足:' ^5 B( E  k6 d3 R  o* H3 v2tech.cn
a.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;
  c9 W& z0 \( V2 qb.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抨率或处理效果。2 ]- r5 w0 T' C8 R# ?/ m2 e. C2tech.cn

0 d! H. B6 U" M5 [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。完全混合式可满足要求a,却难以满足条件b;而推流式相反。" S5 ]; l; P  G' R3 N2 c2tech.cn
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ABR独特的结构,使其容积利用率要高于其他形式的反应器,并且随着进水量的增大,大大促进了返混作用,即各隔室呈现出全混(CSTR)的流态,但同时由于折流板的阻挡作用,阻止了各隔室间的返混作用,因而从整个反应器而言,则具有水平推流(PF)的流态,且分隔数越多,推流越式越明显。6 \. x5 d3 i' p( L9 E, m1 G$ K2tech.cn

6 Y6 P/ w2 h0 X( Y. a0 a& [因此,可把运行中的ABR看作一个由一系列混合良好的CSTR串联。这种整体为推流、个体为完全混合态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。
0 V6 R6 n5 Z, c+ L) r4 ?
! g+ M2 I$ f' t$ U0 p( y2.稳定的生物固体截留能力
: p+ s1 |5 J- u8 P7 \( {) ?! L9 n6 g5 M2 [% l2 Y2tech.cn
ABR具有对生物固体良好而稳定的截留能力。从其工艺构造可以看出,反应器中80%的生物固体集中在上向流室内,在上向流室内形成高浓度的污泥层,其浓度可高达50~80g/L。
( A! e  |4 s, }" e. `; H! N4 A; Q1 S- ^) M6 I3 X* j2tech.cn
污泥具有良好的自身沉降性能,可以在比较高的水力负荷下而不会发生大量流失现象,从而保证整个处理过程的高效运作。研究表明,ABR反应器中的生物固体最小停留时间可达68天。
5 h; S* c6 l) M- u
$ j9 z- j( ^7 t! w' G  A- b3.菌群的合理分布及颗粒污泥的形成
" q5 ~7 Z4 ~# ~% q, W' z5 i; ?
/ d- W3 H8 F5 \+ j; yABR反应器在处理废水的过程中可以自然地在各室形成具有合适菌群配合的颗粒污泥。
0 B" H, {  P  ~: w1 q* ~8 i  E
# v! z8 \+ ^1 Y/ N, q! K) M在进水的第一隔室,由于以有机质的分解酸化为主,会自然富集产酸细菌,形成以产酸细菌优势的颗粒污泥。具体表现为颗粒污泥粒径大、颜色呈灰色,且由于产酸菌生长快,污泥生成也会较快。1 ]6 j% \; c% d" E2 j! h( e2tech.cn

9 m% X3 d( k, G从第二隔室开始到出水隔室,由于有机质经过分解含量变少、趋微,相应的菌种富集情况会发生变化,厌氧的环境及丰富的乙酸、丙酸等底物会使各种产甲烷菌逐渐处于优势。实验中镜检表明,在第二隔室产酸的球菌、杆菌,产甲烷的八叠球菌、甲烷丝状菌都有所分布。, j" Z" G1 ]( `# I2tech.cn
! s$ A! ]" x0 t' k& W2tech.cn
而在出水隔室则明显以甲烷丝状菌为主,各室颗粒污泥的粒径也依次趋小,颜色趋黑,污泥生长速度趋慢。& L/ S6 ^. [* I' l. K2tech.cn

" _+ \; P% U- p
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