李亞新， 田揚(yáng)捷
（太原理工大學(xué)環(huán)境與市政工程系，山西 太原 030024）

　　摘 要： 介紹了厭氧序批式反應(yīng)器(ASBR)工藝的基本操作方式，高負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)理及國(guó)外關(guān)于污泥顆?；屠肁SBR技術(shù)的最新研究進(jìn)展。
　　關(guān)鍵詞： ASBR； 污泥顆?；?； 污水處理
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2000)09-0024-03

　　近年來(lái)，美國(guó)Dague教授及其合作者對(duì)一種新型厭氧反應(yīng)器進(jìn)行了研究，這種新型厭氧反應(yīng)器正是將SBR工藝應(yīng)用于厭氧生物處理，并正式命名為“厭氧序批式反應(yīng)器”(AnaerobicSequen-cing Batch Reactor)，簡(jiǎn)稱ASBR(美國(guó)專利號(hào)：5 185 079)。ASBR工藝對(duì)于克服厭氧污泥流失問(wèn)題是一種具有創(chuàng)新性的解決辦法。除此之外，還因?yàn)橥顿Y省、操作靈活、能夠生成顆粒污泥，從而具有較高的去除效率和工藝穩(wěn)定性，并能適應(yīng)常溫下處理低濃度廢水等優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越引起人們的重視。

　　1 基本操作

　　ASBR工藝的運(yùn)行以間歇操作為主要特征。每個(gè)ASBR池的運(yùn)行操作在時(shí)間上是按次序排列的 ，一般可按運(yùn)行次序分為四個(gè)階段，即進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀和排水階段，稱為一個(gè)運(yùn)行周期( 見圖1)。

　　進(jìn)水階段：廢水進(jìn)入ASBR反應(yīng)器，同時(shí)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)水體積的確定基于許多因素，包括預(yù)先設(shè)定的水力停留時(shí)間(HRT)、有機(jī)負(fù)荷率(OLR)以及污泥的沉淀性能。
　　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，反應(yīng)所需時(shí)間取決于幾個(gè)因素，包括 廢水成分和濃度、要求達(dá)到的水質(zhì)、活性污泥濃度、攪拌效果以及溫度。其中，攪拌對(duì)于均化環(huán)境條件(溫度、pH值、基質(zhì)濃度等)是很重要的。但是Dague教授認(rèn)為，過(guò)強(qiáng)的攪拌會(huì)剪 碎污泥絮體，從而導(dǎo)致較差的沉淀效果。同時(shí)在研究中發(fā)現(xiàn)：間歇攪拌(2min/h)與連續(xù)攪 拌相比，COD去除率基本不變，而污泥沉降性能得到改善，產(chǎn)氣增多。由此Dague認(rèn)為，間 歇攪拌比連續(xù)攪拌更加優(yōu)越。
　　沉淀階段：停止攪拌，ASBR池此時(shí)的功能和沉淀池相同，以達(dá)到充分的固液分離。所需的沉 淀時(shí)間有所不同，取決于污泥的沉降能力，典型值在10～30 min范圍內(nèi)。反應(yīng)器內(nèi)的MLSS濃 度是影響污泥沉降速度和待排上清液澄清程度的一個(gè)重要變量，另一個(gè)重要變量是F∶M(食 料∶微生物)值。
排水階段：經(jīng)過(guò)充分的固液分離后進(jìn)行排水，排水體積一般與本周期進(jìn)水體積相等，排水時(shí) 間由排水體積和排水流量確定。一旦排水結(jié)束，即可進(jìn)行下一周期的操作^［1］。

　　2 工藝分析

　　2.1 固液分離
　　ASBR工藝與普通厭氧活性污泥法的一個(gè)顯著差別在于固液分離過(guò)程是在反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行，這 種內(nèi)部澄清過(guò)程免去了對(duì)出水的脫氣處理。而目前的普通厭氧活性污泥法一般需要對(duì)出水進(jìn) 行脫氣，以利于后繼的沉淀過(guò)程，原因是出水排出反應(yīng)器進(jìn)入大氣后，生物氣的分壓會(huì)大大 降低，從而導(dǎo)致CO?2等氣體逸出，使得污泥易于上浮。ASBR工藝則可避免這種情況的發(fā)生 ，因?yàn)樵诜磻?yīng)器內(nèi)生物氣的分壓是恒定的。這種內(nèi)部沉降的方式可以使污泥迅速沉降，從而 有能力既維持較長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間(SRT)，又可處理更多的廢水(較短的水力停留時(shí)間HRT)^［1］。
　　2.2 有機(jī)負(fù)荷(F/M)
　　Dague和Mckinney報(bào)道了厭氧活性污泥具有類似于好氧活性污泥的生物絮凝現(xiàn)象，而有機(jī)負(fù)荷正是影響厭氧生物絮凝的重要參數(shù)。當(dāng)F/M值較低時(shí)，污泥絮凝較好，且沉降迅速，使得 出水懸浮物較低^［1］。這就提出了一個(gè)問(wèn)題：“如何才能維持較低的F/M值以 獲得高效的絮凝和固液分離，同時(shí)仍然在高負(fù)荷下運(yùn)行”。較低的F/M值可通過(guò)降低食料濃度(F)和(或)增加微生物量(M)來(lái)達(dá)到，而反應(yīng)器中的微生物量是有一定限度的，受到固液分 離效果的制約。另一個(gè)變量是食料濃度(F)，在連續(xù)流反應(yīng)器中，基質(zhì)的降解處于穩(wěn)態(tài)，即 微生物周圍的食料濃度是恒定的；相反，在ASBR反應(yīng)器中，進(jìn)水階段完成后，食料濃度達(dá)到 最高，然后開始下降，沉淀時(shí)達(dá)到最小值。沉淀時(shí)的基質(zhì)濃度低于連續(xù)進(jìn)水系統(tǒng)的任何時(shí)侯，所以，ASBR工藝能夠獲得比連續(xù)進(jìn)水的普通厭氧活性污泥法更高效的生物絮凝(甚至顆?；?和固液分離效果。
　　上述現(xiàn)象是ASBR工藝的一項(xiàng)關(guān)鍵特征。在反應(yīng)器內(nèi)任何確定的MLSS濃度下，進(jìn)水結(jié)束瞬間的F∶M值較高，為微生物的代謝過(guò)程提供了較大的推動(dòng)力。其基質(zhì)濃度的變化在時(shí)間上是一個(gè) 理想的推流過(guò)程，這使得ASBR工藝具有較高的效率。
　　2.3 污泥顆?；?br> 　　ASBR工藝的一個(gè)重要特征是反應(yīng)器內(nèi)的絮狀污泥能夠逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌两岛?、活性高的顆粒污泥 。顆?；怯捎谖⑸锘ハ辔交蛘呶皆诙栊暂d體上，形成堅(jiān)實(shí)、致密的顆粒。在排水時(shí) 施加一定的選擇壓，ASBR工藝能夠加速顆?；M(jìn)程，排水時(shí)洗出沉淀性能差的絮體和分散態(tài) 有機(jī)物，留下較重的、沉降迅速的微生物聚集體，這樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，顆粒污泥在反應(yīng)器 中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，使得反應(yīng)器內(nèi)污泥的沉降性能強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，從而能夠達(dá)到較高 的處理負(fù)荷^［2］。
　　加快反應(yīng)器中污泥顆粒化的速度能夠大大縮短達(dá)到一定負(fù)荷率所耗費(fèi)的啟動(dòng)時(shí)間。Wirtz等研究了不同的方法以加速顆?；M(jìn)程，這些方法包括：投加粉狀活性炭(PAC)、顆粒活性 炭(GAC)、石榴石、硅砂、非離子聚合物、三氯化鐵、陽(yáng)離子絮凝劑等。結(jié)果陽(yáng)離子 絮凝劑的效果最好，與未采用任何輔助方法的ASBR反應(yīng)器相比，顆?；瘯r(shí)間能縮短75%，啟 動(dòng)后一個(gè)月內(nèi)即出現(xiàn)顆粒，2個(gè)月左右負(fù)荷率即達(dá)到6 g/(L·d)；其次是GAC，能縮短顆?；瘯r(shí)間約1.5～2個(gè)月；PAC能縮短顆?；瘯r(shí)間1個(gè)月；至于其他方法，均未觀察到明顯的效果^［2］。

　　3 試驗(yàn)研究

　　Dague等人在美國(guó)Iowa州立大學(xué)利用一系列ASBR反應(yīng)器進(jìn)行了處理脫脂奶粉模擬廢水的試驗(yàn)研究。在?HRT分別為48、24、12 h的條件下，COD負(fù)荷率從2g/(L·d)增至12 g/(L·d)，溶解性COD(SCOD)去除率均超過(guò)90%。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器的高徑比(H/D)對(duì) 污泥絮凝、顆?；俺恋硭俣扔绊懞艽?，測(cè)定結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)MLSS濃度相同時(shí)，H/D值越大，反應(yīng)器內(nèi)區(qū)域沉淀速度越大，形成的顆粒污泥粒徑也越大^［1］。
　　將厭氧工藝應(yīng)用于常溫下處理低濃度廢水是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。ASBR工藝能夠做到這一點(diǎn)，其理論根據(jù)是：由于生物絮凝/顆?；统恋黼A段的低產(chǎn)氣速率，ASBR反應(yīng)器能夠高效率 地保持活性污泥不流失，如果在低溫下運(yùn)行，活性污泥的內(nèi)源呼吸速率也相應(yīng)降低，從而使反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度增加，抵消了溫度下降帶來(lái)的影響。
　　Ndon等人在1997年的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在35、25、20、15 ℃的不同溫度下，用ASBR工藝處理COD濃度分別為1000、800、600、400mg/L的人工合成廢水，均取得了80%～90%的去除率 。 這一發(fā)現(xiàn)說(shuō)明了ASBR工藝能夠在常溫下處理低濃度廢水，這要比運(yùn)行費(fèi)用昂貴、污泥產(chǎn)率高 的好氧處理法明顯優(yōu)越^［3］。
　　Dague等人在1998年試驗(yàn)中進(jìn)一步證實(shí)了上述發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示：在20℃和25℃時(shí)，HRT分別為24、16、12、8和6h時(shí)，用ASBR工藝處理COD為600 mg/L的人工合成廢水，SCOD和BOD₅的去除率均超過(guò)90%；在溫度僅為5 ℃、HRT為6h的條件下，SCOD和BOD₅去除率分別為62%和75%；在5～20℃之間的不同溫度和不同HRT條件下，SCOD去除率在62%～90%之間，BOD₅去除率在75%～90%之間^［4］。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　由ASBR的基本操作方式和工藝特點(diǎn)可以看出，ASBR工藝與現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的連續(xù)流厭氧工藝相比，具有如下特點(diǎn)：
　?、?由于反應(yīng)器間歇進(jìn)水，因此不會(huì)產(chǎn)生短流或斷流等問(wèn)題，反應(yīng)器底部也不必像UASB和AF 那樣需要復(fù)雜的配水裝置。
　　② 活性污泥通過(guò)內(nèi)部沉降而保留，不需另建單獨(dú)的沉淀池，也不需要脫氣和回流設(shè)備。 而且由于靜沉，沉淀效率高，反應(yīng)器內(nèi)能維持較高的MLSS濃度。同樣條件下，較高的MLSS濃度能降低F/M值，因此具有更強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷和處理有毒或高濃度有機(jī)廢水的能力。
　?、?與連續(xù)流工藝相比，ASBR工藝在動(dòng)力學(xué)上具有顯著的優(yōu)越性，F(xiàn)/M值的高低交替變化， 即保證了反應(yīng)期間高的去除率，又導(dǎo)致了沉淀階段的高沉降效率。
　　④ ASBR反應(yīng)器中能夠形成顆粒污泥，使ASBR達(dá)到較高的負(fù)荷率，操作運(yùn)行也更加可靠穩(wěn)定 ，同時(shí)也為人工培養(yǎng)顆粒污泥提供了一條新途徑。
　　ASBR法的工藝特性順應(yīng)了當(dāng)代污水處理所要求的簡(jiǎn)易、高效、節(jié)能、靈活的發(fā)展趨勢(shì)，是一 種非常適合我國(guó)國(guó)情的污水處理工藝，尤其適合于食品、醫(yī)藥、啤酒類中小型企業(yè)高濃度廢 水的處理。

　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］ Sung S，Dague R R.Laboratory studies on the anaerobic sequencing batch reactor［J］.Water Environment Research,1995,67(3):294-301.
　?。?］ Wirtz R A，Dague R R.Enhancement of granulation and start-up in the anaerobic sequencing batch reactor［J］.Water Environment Research,1996,68( 5):883-892.
　?。?］Ndon U J，Dague R R.Effects of temperature and hydraulic ret ent ion time on anaerobic sequencing batch reactor treatment of low-strength wastewa ter［J］.Water Reserch,1997,31(10):2455-2466.
　?。?］ Dague R R,Banik G C，Ellis T G.Anaerobic sequencing bat ch reactor treatment of dilute wastewater at psychrophilic temperatures［J］.Wa ter Environment Research,1998,70(2):155-160.
　　［5］ 彭永臻.SBR法的五大優(yōu)點(diǎn)［J］.中國(guó)給水排水，1993，9(2)：29-31.

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收稿日期：2000-05-11