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序批间歇式厌氧反应器(ASBR)

一、概述及原理:

  序批间歇式厌氧反应器ASBR是一种新型高效厌氧反应器,它能使污泥在反应器内的停留时间SRT大大延长,增加反应的污泥浓度,并能够进行充分的泥水混合,从而提高厌氧污泥的处理能力。ASBR中可以形成颗粒污泥,污泥沉降快且易于保留在反应器内,具有高SRT,低HRT。虽然ASBR运行上类似于厌氧接触法,但ASBR的固液分离在反应器内部进行,不需另设澄清池,不需真空脱气设备。出水时反应器内部生物气的分压使沉淀污泥不易上浮,沉降性能良好。另外,ASBR中不需UASB中的复杂的三相分离器。ASBR具有工艺简单、运行方式灵活、生化反应推动力大并耐冲击负荷等优点。ASBR工艺是一种以序批间歇运行操作为主要特征的废水厌氧生物处理工艺。它由一个或几个ASBR反应器组成。运行时,从废水分批进入反应器中,经与厌氧污泥进行混合接触、生化反应和沉淀,到净化后的上清液排出,完成一个运行周期,其一个完整运行周期依次分为四个阶段,即进水、反应、沉淀、排水。
  1、进水阶段废水进入ASBR反应器,同时由生物气、液体再循环搅拌或机械进行搅拌,基质浓度迅速增加,根据Monod动力学方程,微生物代谢速率也相应增大,直到进水完毕达到最大值。进水体积由下列因素决定:设计的HRT、有机负荷OLR及预料的污泥床沉降特性等。
  2、反应阶段该阶段是有机物转化为生物气的关键步骤,所需时间由下列参数决定:基质特征、要求的出水质量、污泥的浓度,反应的环境温度等,其中搅拌对COD去除率及甲烷产量的影响,在颗粒成长过程中的有重要作用。
  3、沉淀阶段停止搅拌,让生物团在禁止的条件下沉降,形成低悬浮固体的上清液。反应器此时变成澄清器,沉降时间可根据生物团的沉降特性确定,典型时间在10~30min 间变化,沉降时间不能过长,否则因生物气继续产出会造成沉降颗粒重新悬浮。混合液悬浮固体浓度(MLSS)、进料量与生物团量之比(F/M)是影响生物团沉降速率及排除液清澈程度的重要可变因素。
  4、排水阶段充分的液固分离完成后,将上清液排出,排水体积等于进水体积。排水时间由每次循环排水的总体积和排水速率决定。排水结束后,反应器将进入下一个循环。
二、工艺特征:
  污泥絮凝是ASBR工艺的重要特征,间歇运行过程中,厌氧生物污泥会发生絮凝,同时还发现F/M值是影响厌氧生物污泥絮凝的重要因素,即在低F/M值的情况下污泥絮凝效果好,沉淀速度快,出水中SS浓度很低,一般降低F/M值可能有两种措施,一是降低基质浓度;二是提高反应器内微生物量。一个连续进水的完全混合式反应器,在稳定状态下运行,微生物周围的基质浓度总是保持在一个恒定的值,也就是说F/M值是一个常数,在ASBR的运行中,基质浓度梯度大,进水阶段结束时,基质浓度可以比进水系统中任何时候都低,,因此,在ASBR的运行条件下,生物污泥容易发生絮凝,以致颗粒化。污泥颗粒化也是ASBR工艺的一个重要特征。颗粒化是指絮凝生物体逐渐转化成活性高、沉淀性能好的生物污泥颗粒的过程,在出水阶段向液面施加一定的压力可以促进颗粒化的进程,出水阶段一些沉淀性能差及离散状的微生物体会随出水流失,截留在反应器内的是比较密实的微生物絮体,经过一段时间的反复操作之后,反应器内的微生物主体是颗粒状污泥。
  根据以上ASBR的工艺特征,可总结如下:
  1、工艺简单,占地面积少,建设费用低ASBR法的主题工艺设备,只有一个或几个间歇反应器,同传统的厌氧工艺相比,此反应器集混合、反应、沉降等功能于一体,不需额外的澄清沉淀池,不需要液体或污泥回流装置,同UASB和AF相比,该反应器的地步不需要昂贵的进水系统,具有工艺简单、结构紧凑,占地面积少,建设费用低等优点。
  2、耐冲击、适应性强完全混合式反应器比推流式反应器具有较强耐冲击负荷及处理有毒或高浓度有机废水的能力。ASBR反应器在反应期内本身的混合状态属典型的完全混合式,加之反应器内有较高MLSS浓度,进而使F/M值降低,因此具有反应推动力大、耐冲击负荷及适应性强的优点。
  3、布局简单、易于设计、运行在UASB、AF等工艺中,布水设计的好坏直接影响到厌氧工艺的成功与否,因为设计难度大,而ASBR工艺中水是批式进水,无需复杂的布水系统,也就不会产生断流、短流的问题,降低了设计难度,保证了处理的效果。
  4、运行操作灵活ASBR反应器在运行操作过程中,可根据废水水量、水质的变化,通过调整一个运行周期中各个工序的运行时间及HRT、SRT而满足出水水质的要求,具有很强的操作灵活性。
  5、固液分离效果好,出水澄清固液分离在反应器内部进行,是ASBR工艺不同于其他厌氧工艺的一个显著特征。首先,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,有利于生物絮凝,沉降快,出水悬浮固体低。一个连续进料完全混合的厌氧反应器稳态操作时,F/M是一定值,而间歇操作的ASBR反应器进水后为高F/M,随着反应的进行,F/M逐渐降低,反应结束排水时,F/M最低,且产气量最小,易于固液分离。因此,从固液分离效果讲,ASBR法的间歇操作模式要优于其他厌氧法的连续操作模式。
  6、污泥性能好,处理能力强由于ASBR出水时容易将沉淀性能不好的污泥随水排出,而将沉淀性能较好的污泥保留下来,所以系统中的污泥整体沉降性能较好。同时,颗粒化过程较短,大大提高了处理废水的能力。
三、影响ASBR运行的因素:

  1、进水时间与反应时间之比ASBR艺过程是一个非稳定过程,反应器中有机物浓度是时间的函数。进水结束时达最高值,这说明充水时间影响着ASBR的工艺的处理效果。ASBR工艺运行分为进水、反应、沉淀和排水四个阶段。沉淀和排水时间在同一反应中一般固定且时间短,而进水时间与反应时间是工艺运行的主要参数,其比值影响ASBR工艺的处理效率。过去曾有人认为快速进水可使相应的反应时间加长,且可提高反应速率。但是当基质浓度超过半饱和常数时,反应速率成零级反应,且在ASBR中不能以CODcr去除率作为唯一指标。快速进水由于产酸菌产生挥发性脂肪酸(VFA)速率高于产甲烷菌消耗有机酸的速率,使反应器中大量积累VFA,当负荷大于某一值时,甲烷化能力急剧下降。进水时间长,尽管反应速度慢,但中间产物VFA的及时消耗有利于ASBR顺利进行。在低负荷时tf/tr值对反应影响较小,高负荷情况下tf/tr造成的影响大。处理有毒有害废水时应适当控制tf/tr值。
  2、碱度ASBR运行时要求混合液具有一定的pH缓冲能力,启动初期颗粒污泥没有形成时,对pH值极为敏感,一旦pH值低于7.0产气不活跃。把pH值调为7.0-7.5时,产气明显增加,说明进水碱度对形成的颗粒污泥作用很关键,特别在低温时,混合液粘滞性大,使生物气泡附着于污泥上不容易释放,当附着的生物气泡越集越多时,容易造成污泥上浮使污泥大量流失。出现这种情况时不应增加污泥负荷,而应加人适当碱度使生物气泡释放出来,使沉降性能变好。操作稳定时,适于增大负荷,此时颗粒污泥生长加快,当颗粒污泥形成并稳定一段时间后,操作适当时不易解体。此时碱度可比启动阶段有所降低,但要保持足够的碱度,处理以碳水化合物为主的废水时,进水碱度与CODcr之比应大于3。
  3、温度ASBR能在5~65℃范围内处理多种废水,为在低温和常温下廉价处理废水提供了可能性。但恒温对ASBR保持系统的稳定性有重要作用,不同种群产甲烷菌对生长的温度范围均有严格要求,从而需要保持恒温。不论何种原因导致温度的短期突变,均会对厌氧发酵过程产生明显的影响,高温发酵时最为敏感。

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