开发厌氧/好氧序批式一体化反应器的构想

肖隆文， 匡敬忠
(南方冶金学院环境与建筑工程系，江西赣州 341000)

　　摘 要： 提出了开发序批式厌氧/好氧一体化生物反应器的构想。从理论上探讨了该反应器恒水位间歇操作的可行性。分析表明，该反应器具有可操作性，将是一种经济、高效、占地省的污水处理新工艺。
　　关键词： SBR； 一体化生物反应器；理论分析
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：B
　　文章编号： 1000-4602(2002)01-0039-02

　　传统的污水处理工艺普遍将各处理单元分设，往往还需要进行污泥回流和污水循环，这势必增加基建及管路设备投资。因此，研究处理系统一体化的设施自然成为一种必然趋势。

1 改进SBR的构想

1.1 基本构造与运行方式
　　一体化生物反应器的基本构造见图1。

　　设想中的序批式厌氧/好氧一体化生物反应器的主体被分割成上下两部分，上半部是好氧反应池，下半部是厌氧生物滤池。
好氧反应池设有曝气系统和出水堰，与常见的SBR反应池没有什么区别。可根据需要在好氧反应池的底部设计回流缝，以使好氧生物污泥可直接进入厌氧生物滤池消化。下部厌氧生物滤池通过折板与好氧反应池相通，折板的上端是气体收集罩。
　　好氧反应池与常规SBR的运行方式是一样的，但厌氧生物滤池的间歇操作只有两个步骤：进 /出水期，反应期。相互间的连贯关系如图2。
　　新的运行周期开始时，好氧反应池处于排水期的末期或闲置期(可省去)。从厌氧生物滤池底部进水，在一定的流速下，上升流处于层流状态，将厌氧滤池内已处理的水“顶”出，并从 折板的上端进入好氧反应池，然后停止进水，整个反应器进入反应期。厌氧生物滤池内随着 有机物被逐步降解，其浓度越来越低，气体产生量亦减少到最小值，厌氧生物滤池也就进入下一次循环。由于进水的有机物浓度很低，好氧反应池的反应期结束较早，在厌氧过程反应 期的后半部，好氧反应池依次进入沉淀期、排水期、闲置期(可省去)。

1.2 理论分析
　　序批式厌氧/好氧一体化生物反应器是否可行，关键在于厌氧生物滤池恒水位间歇操作方式是否具有可行性。即厌氧生物滤池的进、出水同时进行的设想是否可以很好地实现。它可分 解为以下几个问题：①上升流保持层流状态的流速有何要求?②在层流状态下悬浮生长在填 料空隙间的微生物被洗出厌氧生物滤池的机会有多大?原水与出水的混合(发生短路)造成处 理效果下降的机会有多大?
　　假定雷诺数Re=500，流速v=20 m/h(颗粒污泥的最小沉降速度)，可以算出管径为90 mm。一般用于生物处理的蜂窝管管径为20～36 mm，水流流速不超过10 m/h，说明上升流保 持层流状态是充分可行的。如果孔隙率小的话，进水可以视为一过滤过程，悬浮污泥及游离 微生物被截留在填料层内。另外从现有的资料看，颗粒污泥的沉降速度大多高于50 m/h，最低为20 m/h［1］，因此只要保持反应器高度使污泥有足够的沉降时间和较低的上升 流速，颗粒污泥被洗出的机会就很小。
　　对于原水与出水的混合比例或混合区的问题，其影响因素较多，因而也比较复杂。假定在渗流、等球体颗粒填料自然地密集堆积且时间较短的情况下，原水与出水混合的主要方式是射流、 紊流引起的，而不是扩散。在边界条件(反应器壁)下，射流在碰到颗粒后折返形成紊流，故引起的影响大约局限在2～3倍颗粒直径高度范围内，但是边界的流速明显高于平均流速，因此引起的混合区还要扩大些，这似乎与反应器的高度并无太大的关系，P.arnz等人通过试验已证实这一点。试验结果还表明，反应器的直径与颗粒直径的比值越高，对边界水流的影 响越小［2］。
1.3 需进一步考察的问题
　　显然，从设想到应用还有很多问题要解决，但最值得注意的问题似乎是填料的孔隙率。孔隙率大，有利于增加反应器容积的利用效率和防止堵塞，而且填料的成本也可下降，但可能不利于截留悬浮污泥。可以考虑使用不同粒径的填料，采用上小下大或其他组合来加以解决。另外一个问题是反应器高度，增加高度可节省占地面积，但是若气体的溶解度变化过大，可能会对反应周期与排水产生不利影响。这些问题只能通过将来的试验和实践来解决。

2 一体化生物反应器优点

　　序批式厌氧/好氧一体化生物反应器实质上是对目前高效厌氧反应器的一种改进。利用好氧反应池作为厌氧生物滤池出水的后续处理来改善出水水质。恒水位间歇运行方式可更充分利用反应器的空间，占地省、运行效率高。常规的高效厌氧反应器如UASB、AF，其污水中有机物的降解大多在底部0.3～1 m处完成，增加反应器的高度对出水水质的改善不起作用。为更有效地利用空间，现行的一种方式是加大流速和出水循环，如EGSB、厌氧生物流化床等；另一种方式是采用间歇操作，使整个反应器处于完全混合状态以均衡负荷。第二种方式的优点是无需昂贵的布水系统和三相分离器，缺点是常规的变容积操作方式使得厌氧条件的保持发生困难，而同时进、出水的方式既可解决这一难题，又压缩了反应周期，提高了运行效率。很明显，该系统将是一种经济、高效、灵活、占地省的污水处理新工艺。

3 展望

　　从当前国情来看，必须发展一批适用不同情况下的投资低、运行成本低、管理操作要求低、占地少的污水处理新工艺。厌氧生物处理具有节约能源并能产生能源、剩余污泥量低、容积负荷大、占地较少的优点，开发和利用厌氧生物技术进行污水处理，必然能够同时收到减轻污染和缓解能源短缺的功效。中国目前绝大部分地区的污水治理体系还没有区域化或综合化，各污染源处于分散治理状态，传统的活性污泥法等连续流生物处理工艺在处理水量较小、变幅大的污水时难以正常稳定运行，而SBR灵活的运行方式可解决这一难题。序批式厌氧/ 好氧一体化生物反应器恰具备了上述两者的优点，因此研究开发这种经济、高效、灵活、占地省的污水处理新工艺具有比较重大的现实意义。

参考文献：

　　［1］ 贺延龄.废水的厌氧生物处理［M］.北京：中国轻工业出版社，1998.
　　［2］ Arnz P,et al.Simultaneous loading and draining as a means to enhance efficacy of sequencing biofilm batch reactor［J］.Water Research,2000，34(5)：1763-1766 .

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　　收稿日期：2001-08-19