折流厌氧反应器（ABR）的设计

第33卷增刊 2008年6月 广西大学学报(自然科学版) JournalofGuangxiUniversity(NatSciEd) V01．33。Sup． June，2008 文章编号：1001—7445(2008)增-0378-03 折流式厌氧反应器的设计 马珑玲1，唐艳葵2，张寒冰1 (1．四川攀钢西昌新钢业公司，四川西昌615012；2．广西大学化学化工学院，广西南宁5300041) 摘要：阐述了折流式厌氧反应器的原理和设计原则．ABR的推流特性使反应器的运行也更加稳定，对冲击负 荷以及迸水中的有毒物质具有更好的缓冲适应能力．ABR还具有良好的生物固体的截留能力，延长水流在反 应器内的流径，从而促进废水与污泥的接触． 关键词：复合；折流式厌氧反应器；设计 中图分类号：X505 文献标识码：A Developmentanddesignofanaerobicbaffledreactor forwastewaterteratment MALong—linl，TANGYan—kui2，ZHANGHan—bin91 (1-XichangNewSteelCompanyofPanzhihuaSteelLTD．Xichang615012，China； 2．CollegeofChemistryandChemicalEngineering，GuangxiUniversity，Nanning530004，China) Abstract：Themechanismandthedesignprincipleoftheanaerobicbaffledreactor(ABR)for wastewatertreatmentiSpresented．Thereactorhasseveraladvantagesoverwellestablished systemssuchasbetterresiliencetohydraulicandorganicshockloadings，longerbiomass retentiontimes，lowersludgeyields，andtheabilitytopartiallyseparatebetweenthevarious phasesofanaerobiccatabolism． Keywords：anaerobicbaffledreactor；wastewatertreatment；reactordesign 1 ABR的工艺特点 折流式厌氧反应器(ABR，Anaerobicbaffled reactor)是McCarty等人[13于1982年前后提出的 一种新型高效厌氧反应器．该工艺使用一系列折 流板使反应器分隔成串连的一定数目的隔室，水 流由导流板引导上下折流前进，逐个通过反应器 内的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触 而得以降解去除．每一个隔室内培养出与该室环 境条件相适应的微生物群落，与不同阶段的进水 相接触，从而确保相应的微生物相拥有最佳的工 作活性，在一定程度上实现生物相的分离，从而可 稳定和提高设施的处理效果；ABR还具有良好的 生物固体的截留能力，延长水流在反应器内的流 径，从而促进废水与污泥的接触．相对于其他厌氧 反应器，ABR具有构造设计简单，不需气固液三 相分离器以及启动容易，能在不同条件和隔室中 形成性能不同的颗粒污泥．为了进一步提高ABR 的性能，可在反应器内增设填料． 2 ABR反应器类型 图1(a)是Fannin等设计的最初的ABR结构 示意图，随后，ABR在设计上做了很多改进，一是 为了延长污泥停留时间，另一目的是用于处理难 降解或高浓度废水．Bachmann等人[2]将降流室 缩窄并加入挡流板(图1(b))，提高了甲烷产率和 II收稿日期：2008．03—04；修订日期：2008—04．23 作者简介：马珑玲(1963一)，女，四川西昌人，四川攀钢西昌新钢业公司工程师；E—mail：xcmll@xichang．cn． 万方数据 增刊 马珑玲等：折流式厌氧反应器的设计 379 处理效率，但结果仍不够理想；图1(c)用于处理高 浓度废水，隔室加大且放置了填料，在最后一个隔 室增加了沉淀区；根据处理的废水类型，ABR器 形还有其他改进型(图1(d)～图1(e))[3]，其中图1 (d)和图1(e)是装入不同类型填料的HABR (Hybridanaerobicbaffledreacfor)，使得微生物 的生长以3种形式进行：一是微生物自身固定方 式，即厌氧颗粒污泥；二是悬浮生长的污泥；三是 附着在填料上生长的生物膜．这种反应器成为复 合折流板式厌氧反应器(HABR，Hybrid anaerobicbaffledreactor)，与ABR相比，它可以 截流更多的生物量，提高了反应器的容积负荷和 处理效率．使得微生物的生长以3种形式进行：一 是微生物自身固定方式，即厌氧颗粒污泥；二是悬 浮生长的污泥；三是附着在填料上生长的生物膜． 这种反应器成为复合折流板式厌氧反应器 (HABR，Hybridanaerobicbaffledreactor)，与 ABR相比，它可以截流更多的生物量，提高了反 应器的容积负荷和处理效率，ABR也可以设计为 圆形结构，中部可设为二沉池或初沉池以减少占 地面积． 蝤8痂2尊B 斑6 w砬B 图1 ABR类型示意图 Fig．1Schematicdiagramofdifferentanaerobicbaffledreaeters 3 ABR工艺设计 2．1水力条件设计 反应器的水力流态及其优劣可用容积有效利 用率或反应器的死区容积分数(y一／v)来描述． ABR反应器的n／y值范围为7％～20％，其平 均数为9．8％． 水力停留时间是厌氧反应器的重要控制指 标，对浓度一定的废水，HRT决定着反应器的 处理能力，因此，应综合考虑HRT和COD去除率 两个方面的因素来选择合适的HRT．通过降低水 力停留时间，可增大有机负荷．实验表明，当有机 负荷一定时，反应器的COD去除率随着水力停留 时间的下降而先上升后下降．若水力停留时问过 长，则升流区上升流速过低，微生物不能很好地接 触到基质，因此去除率不高．停留时间太短，废水 与微生物不能充分地接触，从而使得COD的去除 率降低． 一般情况下，ABR反应器的工作方式是上部 进水，在降流区向下折流，再在升流区向上流动， 完成一个工作单元．在升流区，水力搅动使污泥悬 浮形成污泥悬浮层，污水中的底物与悬浮层中的 厌氧生物菌群接触而被其净化．降流室水流速度 很快，有利于厌氧污泥和废水的混合，增强传质效 果；但若流速过大则会将污泥带出，故配水系统设 计显得尤为重要．溶液中固体颗粒物的沉降速度 和其影响因素的关系Stokes方程给出． 在沉淀器的设计中，一般经验是要求表面水 力负荷小于lm3／m2，即颗粒的沉淀速度小于0．3 mm／s，若高于此值则沉淀效果不好．因此在ABR 设计中，为了既保证污泥充分悬浮又保证其不被 带出反应器，则理论上须确保升流速度大于0．3 mm／s即可，但在实际运行中，由于生成厌氧颗粒 污泥，使得肛变大，水流速度必须大于0．3mm／s 才可将污泥床浮起，但若升流速度超过 0．55mm／s，则有可能造成污泥流失． 工程上在ABR反应器的设计中，在底部设一 45。的斜板，使得平稳下流的水流速在斜板断面骤 然流速加大，对底部的污泥床形成冲击，使其浮 动达到使水流均匀通过污泥层的目的．由于底部 的折流缝决定了反应器内各折流板之间的水流速 度，因而也决定了污水在反应器中反应的时问和 万方数据 380 广西大学学报(自然科学版) 第33卷 反应器的尺寸． 3．2 隔室数量 在ABR中，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UASB系统，其中污泥可以以颗 粒化形式或以絮状形式存在．由于导流板的阻挡 和污泥自身的沉降性能，污泥在水平方向流速极 其缓慢，从而大量污泥被截留在反应室中，避免污 泥的损失．反应器内的水力流态是局部为完全混 合型流态，整体为推流式流态，故反应分隔数越 多，越接近推流式流态．前面的反应室具有很高的 有机负荷，起“粗”处理作用，后面反应室负荷较 低，起“精”处理作用．一般来说，多级处理工艺比 单级处理的稳定性好，出水稳定．但过多的隔室会 增加占地面积和投资，通常设计为5～7个隔室． 一般地，每格的升流室和降流室长度比值为4 ：1，这样上流室中水流上升流速缓慢，可以将大 量微生物固体截留在各上流室内．根据所处理的 污水水质，隔室长度也可以随水推流方向渐次增 大，在最后的隔室里增加水力停留时间以提高出 水水质． 3．3反应器结构计算 在计算反应器尺寸时，主要参数为容积负荷 Nv(kgCOD／(m3·d)，可根据经验或实验值选 取，以此计算ABR有效容积，考虑填料，短流等问 题，实际容积取y宴际常取y有效的1．1～1．2倍．计算 的结果应进行水力停留时间和水力负荷的校核， 以达到预期的处理效果． 3．4填料的选择 HABR反应器特点是生物相被固定在填料 载体上形成生物膜，增加了生物量，有利于有机物 的降解．该反应器对流体流速要求不是很高．虽然 有立体弹性填料的立体空间比球形填料等，但是 立体弹性填料的立体空间比球形填料的大，附着 于填料上的老化生物膜容易脱落至反应器底部， 而球形填料内部的老化生物膜，尤其是位于球中 心的生物膜，即使老化后，也不易脱落下来，这样， 不仅使生物覆盖载体面积减小，而且，也影响了酸 化反应器的活性，故立体弹性填料处理效果比球 形填料要好HJ． 立体弹性填料可采用半软性组合填料(厌氧 转性填料)，这种填料由变性聚乙烯塑料制成，具 有特殊的结构性质和水力性质，既具有一定的刚 性又具有一定的柔性，无论在有无流体作用下，都 能保持一定形状，并有一定的变形能力．这种填料 具有较强的重新布水、布气能力，传质效果好，对 有机物去除效率高，耐腐蚀、不易堵塞，安装方便 灵活，还具有节能、降低运行费用的优点． 4 工程实例 一家产品主要为维生素类及抗生素类药物的 制药厂，污水排放量：900m3／d，平均时污水量： 37．5m3／h．平均废水水质为COD3000mg／L， BOD5为1220mg／L，SS为950mg／L． ABR反应器的设计采取了以下的设计参数： 校核水力停留时间(HRT)为13h，容积负荷为 5．65kgCOD／(m3·d)，反应温度为常温．折流区 上升流速0．55mm／s，水力负荷2m3／(m2·h)，折 流口降流流速2．0mm／s，设计为5格室，第一隔室 长度相对较小，第二第三隔室长度但等，第四和第 五隔室长度相等，但较第二第三隔室长度大一倍． ABR设计为圆形结构，最中心为二沉池，反应器 深度为6．5m，每隔室间开有300X300预留孔，在 第三隔室顶部安装一集气罐．填料采用厌氧专用 半软性填料，填料层高度为3000mm，填料间距 为200mm，底部距池底2000miD．．降流室导流板 倒角为45。，底部距池底1650ixlm．该ABR反应器 c0D去除率平均为80％，出水再经好氧处理，可 达到《污水综合排放(GB8978—1996)》一级 标准． 可以说ABR反应器是一种发展前途很广的 节能型厌氧反应器，在反应器的不同分格中，可以 找到水解酸化，产气和甲烷化的全部厌氧反应过 程，布局紧凑，占地面积小．但采用ABR反应器处 理废水时，不同的水质需要经过试验来确定其工 程参数和工艺参数，不可一概而论． 参考文献： [1]McCartyPL，BachmannA．UnitedStatesPatent [J]．1992，(5)：315． [23BachmannA，BeardVL．McCartyP L． Performancecharacteristicsof theanaerobic baffledreactor[J]．watRes，1985，19(1)：99—106． [3]BarberWP，StuckeyDC．Theuseoftheanaerobic baffledreactor(ABR)forwastewatertreatment [J]．AreviewWatRes，1999，33(7)：1559—1578． [43张振庭．宋铁红，王翠兰．不同填料ABR反应器酸化 效果对比研究口]．吉林建筑工程学院学报，2005， 22(1)：4卜43． (责任编辑唐汉民) 万方数据