ABR工艺设计工程设计

1、厌氧折流板反应器(anaerobicba 用 edreactor，abr)是 mccarty 和 bachmann 等人于 1982 年，在总结了第二代厌氧反应器工艺性能的基础上，开发和研制的一种新型高效的厌氧生物 处理装置。其特点是：反应器置竖向导流板，将反应器分隔成几个串联的反应室，每个反应 室都是一个相对独立的上流式污泥床系统，其中的污泥以颗粒化形式或絮状形式存在。水流 由导流板引导上下折流前进，逐个通过反应室的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触 而得以降解去除。abr 因其特殊的结构，与其它厌氧生物处理工艺相比，具有许多优点，见表 1。目前，对 abr 的研究已成为废水厌氧生物处理

2、方面的热点，其在工程实践中的应用也日益增 多。但在实际工程应用中，abr 设计的一些关键参数主要还依赖于经验和试验研究数据。本 文对 abr 在工程设计时需要考虑的结构形式、部件尺寸、操作条件等问题进行了分析讨论， 以期为 abr 的中试研究和工程设计提供参考。1 结构形式的选择厌氧折流板反应器自产生以来，出现了几种不同结构的形式，如图 1 所示结构的 abr 因具有 结构简单、造价低廉等优点，在废水处理工程中得到了很好的应用，本文所述均是基于此基 本形式的反应器。因废水厌氧处理对环境温度要求较高，一般不能低于 15c，故在工程设计时应注意 abr 反 应器外部的保温，建议采用半地下式结构。反

3、应器一般采用钢筋混凝土结构，壁要做适当的 防腐处理。2 主要部件的确定2.1 填料的选择在反应室上部空问架设填料的 abr 称为复合式厌氧折流板反应器(habr)。增设填料后，方面 利用原有的无效容积增加了生物总量，另外还加速了污泥与气泡的分离，从而减少了污泥的 流失。研究结果表明，加装填料后的 abr 在启动期问和正常运行条件下的性能均优于加装前， 而添加填料并不会明显增加反应器的造价。至于填料可能带来的堵塞问题未曾见报道。因此， 建议在 abr 设计时考虑增加填料。常用的填料有铁炭填料、半软性塑料纤维等。2.2 隔室数的选择隔室数的设置，应根据所处理废水的特点和所需达到的处理程度合理地设计

4、。一股而言，在 处理低浓度废水时，不必将反应器分隔成很多隔室，以 34 个隔室为宜；而在处理高浓度 废水时，宜将分隔数控制在 68 个，以保证反应器在高负荷条件下的复合流态特性。2.3 上下流室宽度比的选择上流室宽度的设计与选耳义的上升流速有关，应尽量使反应器在一般 hrt 下处于较好的水力 流态。上流室与下流室的宽度之比一般宜控制在 5：13：111,9-1q。2.4 单个隔室长宽高的比值研究表明，长宽高的比值会影响反应器的水力流态。反应器上流室沿水流前进方向的长宽比 宜控制在 1：11：2 之间，宽高 ll-一般采用 1：3，具体的有待于进一步实践研究。2.5 进水管的布置abr 反应器主

5、要有以下儿种进水方式：隔室上部进水，中部进水，下部穿孔管进水。具体可 根据工程需要选用。2.6 产气收集方式的选择集气方式有分格集气和集中集气。分格集气可使各隔室处于各自的最佳反应条件，利于产气， 只是结构比集中集气稍显复杂。工程中尽量选用分格集气。2.7 折流板结构的选择折流板的折角，一般取 4560。，折板要伸入上流室的中间，以利于均匀布水，防 j_= 沟流。至于折板距池底的高度，可通过水力计算得到一个比较好的冲击速度，以利于后续隔 室的进水。2.8 隔室挡板的结构对于在隔室上部未设填料的 abr，隔室挡板上端建议采用锯齿形结构，以减少污泥流失；同 时可增加水流湍动，促进基质在 abr 宽

6、度方向上的混合。隔室挡板的下端可选用图 2 所示的 几种结构。图 2(b)的结构可减少水力死区，降低水力损失，同时可增加竖向挡板的结构强 度，应尽量采用。2.9 第一隔室结构的确定与 uasb 相比，abr 反应器的第一隔室要承受远大于平均负荷的局部负荷，有资料表明，对 一个拥有 5 格反应器的 abr，其第一格的局部负荷约为系统平均负荷的 5 倍。一般对于低浓 度废水，采用和后边几个隔室相同的尺寸即可；但对于隔室数较多或者进水浓度较高的情况， 建议适当增大第一隔室的容积，以便有效地截留进水中的 ss。另外，为抑制反应器第一隔室可能出现的过度酸化现象，可在第一隔室的适当位置设置调节 剂加入口，

7、以便加入 nahco 等进行碱度调节。2.10 最后隔室结构的选择最后一个隔室，一般选用如图 3 所示的结构即可，如果拟处理的废水污泥沉降性能较差，可 选用图 3(b)所示的结构，以减少污泥流失。3 工艺操作条件的选择3.1 启动方式厌氧反应器的启动方式有两种：一是固定进水基质浓度而逐步缩短hrt；一是固定 hrt 而逐 渐增大进水基质浓度。wpbarber 和 dcstuckey 的研究表明，对于 abr，前种启动方式要优于 后者。建议参用固定进水浓度而缩短 hrt 的启动方式。abr 反应器的启动一般采用较低的初 始负荷，以利于污泥颗粒或絮体的形成；以较长的 hrt 启动，反应期气液上升流

8、速小，可减 少污泥的流失，并可增加各隔室甲烷菌属的含量。3.2 温度温度是影响厌氧反应的重要影响因素之一。在一定的围，温度的提高不仅能加快厌氧硝化菌 对有机污染物分解速率，而且还可以降低厌氧污泥混合液的粘度，而与粘度相关的污泥沉降 性能又直接影响了反应器的出水水质。snachaiyasit 等研究了低温对 abr 性能的影响，结果表明：在中等负荷条件下，反应器温 度由 35降至 25对 cod 去除率无明显影响，当温度进一步降至 15时，反应器的效率明 显下降，其主要原因是低温降低了细菌的代速率，使挥发性酯肪酸(vfa)的半饱和降解常数 ks 增大，同时可溶性细胞代产物增加。因此反应器在启动时

9、，应尽可能在气温较高的条件下进行，等反应器成功启动后一般可以在 相对低温下持续正常运行。3.3 容积负荷容积负荷直接反应了食物与微生物之间的平衡关系，容积负荷的变化可通过改变进水浓度或 水力停留时间来实现。3.4 水力停留时间(hrt)水力停留时问是控制 abr 反应器运行的主要参数，它直接影响了 abr 中的 cod 去除 91。不 同的 hrt 决定着不同的上流室上升流速，而上升流速是 abr 反应器设计中需要考虑的一个重 要因素。为保证良好的泥水混合接触条件，必须合理控制反应器上升流隔室的流速(vs)。但 在确定值 s 时，应根据拟处理废水的不同情况加以区别对待。对于低浓度废水，建议采用

10、较 短的 hrt，以增强传质效果，促进水流混合，缓解反应器后部污泥基质不足的问题。但 hrt 不宜过短，过短的 hrt 容易造成沟流现象，不仅影响处理效果，而且会使污泥流失。处理高 浓度废水时，其产气对促进泥水混合的作用占主导地位，因而对上升流速的控制围较宽，且 可在很低的 s 下运行。故对高浓度废水，建议采用较长的hrt，以防止因产气作用而造成的 污泥流失，否则须加装填料以减少污泥流失。一般而言，当进水 cod 浓度在 3000mgl以上时，可将 s 控制在 0-30.61tih；当处 理低浓度废水时，液体流速对泥水混合的促进作用就显得更为重要，宜将其控制在 0.6 3.0mgl。3.5 回

11、流将反应器出水进行回流是提高反应器水力负荷(隔室水流上升速度)的常用方法。适当回流， 可以解决反应器前端隔室因产生较多 vfa 而引起的 ph 值降低等问题，并可在处理某些含蛋 白质废水时抑制丝状菌的生长，还可稀释进水中的有毒有害物质，从而提高处理效果。 setiadit 等人采用 abr 处理棕榈油生产废水时，在平均负荷 15.6gcodl1.d。研究了回流 比从 5 到 25 变化时对反应器出水的影响。结果表明，当回流比在 15 以上时可保证系统的ph 高于 6.8，从而无需额外的碱度补充。但另有研究表明，不仅应对回流比加以适当的控制， 而且最好不进行回流。其根据在于：(1)不适当的回流将

12、加剧反应器流体的混合，改变反应器的水力流态，增加死 区容积。nachaiyasit 等人的研究表明n 一 4j，当回流比增加到 2 时，死区容积高达 40， 而回流比达 4 时，导致了突发性的较为严重的污泥流失问题；(2)出水回流将使反应器回复 到单相状态，破坏产酸菌和产甲烷菌各自的良好运行环境及其相互协同作用功 ii,因此而失 去 abr 所特有的在一个反应器实现产酸和产甲烷相分离的优点。bachmann 等人的研究发现， 由于回流而使产甲烷菌的活性在整个反应器的分布趋于均匀，使后端隔室中的产甲烷菌进入 高基质浓度、高 h：分压及低 ph 等不利环境条件下，从而影响处理效果。nachaiya

13、sit 等人的研究也发现，增加回流比将使产气量和气体中甲烷的含量沿反应各隔室 而下降。可见，目前关于出水回流对 abr 反应器效能的影响尚存争论。是否采用回流要视所 处理的废水水质而定，如果原水 ph 过低而酸化作用过烈、原水含有高浓度的有毒物质或运 行需要在高水力负荷下进行，则可考虑出水部分回流。但对出水回流应持谨慎态度，一般情 况下尽量不要采用。3.6 挥发性脂肪酸(v11a)挥发性脂肪酸是厌氧发酵过程中的重要中间产物，它反映了废水可生化性的改变情况。但 vfa 的过度积累会抑制甲烷菌的生长，从而使反应器的稳定时间延长。因此控制反应器 vfa 的含量就显得十分重要。3.7 分段进水abr

14、反应器在较高有机负荷条件下启动时，容易发生 vfa 积累、ph 降低等情况，从而导致运 行失败。为避免这些不利情况，可考虑采用分段进水，如图 4 所示。pjsallis 等人分别采用普通进水 abr(nfabr)和分段进水 abr(sfabr)对高浓度啤酒废水的处 理进行了对比研究。结果发现，在启动和正常运行时期，sfabr 均表现出了优于 nfabr 的性 能。采用 sfabr 可降低废水中毒性物质对前面隔室的冲击，同时可为后面隔室提供足够的微 生物营养。在有机负荷为 10.5kgcodm。d。条件下，sfabr 对 c0d 的去除率达到了 95。 具体参见.dowater.更多相关技术文档

15、。3.8ph 与碱度ph 是厌氧处理系统中重要的工艺控制参数之一，产甲烷过程只有在 ph 接近中性条件下才能 有效进行，ph 高于 8.0 或低于 6-3 时，产甲烷速率将大大降低。碱度在系统中的作用是中 和产酸阶段生成的 vfa，建立有效的酸碱缓冲体系，降低系统 ph 的变化幅度。为保证反应 器有足够的缓冲能力，可根据需要在进水中投加一定量的 nahco 进行碱度调节。根据德林等的研究结果，控制出水 ph6.5 是确保 abr 反应器正常工作的必要条件，为此应 保持进水碱度在 800mgl。以上。4 结论abr 因其特殊的结构，具有水力条件好、抗冲击负荷、构造简单、造价低廉等诸多优点，是 一种非常有应用前景的废水厌氧生物反应器。多年来，abr 在工程实践不断发展，加装填料 提高污泥与气泡分离效果、采用合适的挡板结构和部件尺寸，控制好水力停留时间等减少反 应器中死区