厭氧折流板反應器處理工業(yè)廢水的研究進展

張 娣，丁江濤

(1.國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000；2.北京時代桃源環(huán)境科技股份有限公司，北京 100096)

1 引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，生產生活中產生的廢水也越來越多。其中工業(yè)廢水因排放量大，有毒性，對環(huán)境的危害大，造成其處理難度大，處理工藝復雜，處理成本高，是廢水處理的難點[1,2]。近幾十年來，各國學者在工業(yè)廢水厭氧生物處理領域開展了科學研究和技術攻關，尤其是對厭氧反應器的開發(fā)投入了大量的精力，也取得了很多成果。其中ABR由于其獨特的推流式結構和相分離特征，是廢水厭氧反應器的研究熱點。ABR具有獨特的污泥截留能力，即使在較低的水力停留時間下，也能保持很高的微生物停留時間，甚至在不生成厭氧顆粒污泥的情況下，也能使廢水得到高效處理[3]，而且反應器可將產氫產乙酸和產甲烷過程分離，可顯著提高反應器的抗沖擊能力和處理效率[4,5]。

2 ABR的結構特點

20世紀80年代，McCarty等開發(fā)了ABR。該反應器結合了生物膜反應器和UASB反應器的特點，充分體現(xiàn)了多相厭氧反應器(Stage Multiphase Anaerobic Reactor,SMAR)的思想[6,7]。結構上ABR是在一個矩形反應器內安裝一系列垂直的折流板，反應器被折流板分隔成為不同的隔室，當廢水沿折流板上下流動時，折流板的分離作用和反應器整體的推流特征可將厭氧過程中產氫產乙酸菌和產甲烷菌分開，不同處理階段的廢水在推流過程中與各隔室污泥充分接觸發(fā)生厭氧消化反應，去除污染物[8]；與此同時，各隔室的污泥接觸不同處理階段的廢水，也形成各自的特點，表現(xiàn)出明顯的生物相分離特征[9]。

Peng等[10]研究了厭氧折流板反應器中微生物群落的分布情況。他們在中溫下采用自配葡萄糖廢水啟動和運行五隔室的ABR，運行穩(wěn)定后采用聚合酶鏈式反應的變性梯度凝膠電泳法分析了各隔室內的微生物種類，發(fā)現(xiàn)產酸發(fā)酵細菌主要分布在第一、二隔室，產甲烷細菌主要分布在第四、五隔室，證明反應器前后隔室出現(xiàn)了明顯的功能區(qū)劃分。

與其他的厭氧反應器相比，ABR具有很多優(yōu)點，如表1所示[11]。

表1 ABR的優(yōu)點

3 ABR在工業(yè)廢水處理上的應用研究

ABR由于其良好的固體截留能力及生物相分離特征[12]，適合不同濃度廢水的處理。在處理各種廢水時，采用合適運行方式可以極大的提高處理效率。表2[13]列出了ABR處理不同類型廢水時應該注意的問題。

3.1 ABR處理低濃度廢水

處理低濃度廢水時，為提高處理效率，可采取較低的水力停留時間和較低的溫度。Gopala Krishna等[14]用8隔室，總體積為10 L的ABR處理低濃度的混合廢水(自制的葡萄糖與溶膠廢水，COD為500 mg/L)。在反應溫度為20～32 ℃，水力停留時間分別為20、15、10、8、6 h的條件下，COD的去除率均達到88%以上，采用較低的水力停留時間和溫度，可提高廢水處理量和處理能耗。

表2 ABR處理不同廢水時應注意的問題

對較后隔室可能出現(xiàn)的營養(yǎng)不足問題，為此吳春篤等[15]研究了分段進水對ABR運行的影響。他們采用六隔室，總體積為32.5 L的ABR進行實驗，溫度為25～30 ℃，進水為自制廢水(成分為葡萄糖、尿素和磷酸，COD濃度為400～600 mg/L，其中C∶N∶P=200∶5∶1，各隔室從前至后按5∶4∶3∶2∶1的量進水。這種進水方式有效降低了第1隔室的有機負荷，同時向較后隔室提供了充足的營養(yǎng)，啟動運行效果較好。

3.2 ABR處理高濃度有毒廢水

ABR獨特的隔室結構和推流流態(tài)，能夠利用反應器結構保護較后隔室內敏感度更大的產甲烷菌，所以對高濃度和有毒廢水有較好的處理能力，因而在某些難降解的工業(yè)廢水的處理上有很大的優(yōu)勢，許多學者進行了研究。

Ji等[17]利用ABR對重油生產過程中的含鹽廢水進行了處理。此廢水COD∶TN∶TP=1200∶15∶1，鹽濃度為1.15%～1.46%，反應器啟動成功后在常溫，有機負荷為0.2 kg COD/(m3/d)的條件下運行，COD和重油的去除率分別達到了65%和88%。在沖擊測試中，進水COD濃度提升到原來的2.5倍時反應器依然能夠穩(wěn)定運行，說明ABR對含油含鹽廢水有很強的耐受能力，而且抗沖擊能力強。

3.3 ABR處理高固含量廢水

ABR具有良好的固體截留能力，因此具有較長的固體停留時間，這使得ABR在處理高固含量廢水時有很好的效果[18]。Fernanda M.Ferraz等[19]采用四隔室，總體積為4 L的ABR處理木薯廢水，進水COD濃度為2000～7000 mg/ L，固含量為5～8 mg/L。用UASB反應器的顆粒污泥做接種物，在水力停留時間為3.5 d，有機負荷從0.5 g COD/(L·d)逐漸上升到2.0 g COD/(L·d)，穩(wěn)定后COD去除效率可以達83%～92%，固體截留能力在60%以上。

4 組合式ABR在廢水處理中的研究應用

由于厭氧工藝污染物降解程度的限制，厭氧過程中產生的中間產物，如溶解性微生物產物(Soluble Microbial Products,SMP)[20,21]較難進一步降解，所以一般單一厭氧處理的廢水很難達到排放標準。基于此，ABR與其他處理工藝耦合的方法被越來越多的研究和應用。耦合式ABR的形式多種多樣，包括隔室負載型ABR，厭氧好氧組合式工藝等，通過結合各種工藝的優(yōu)勢，可以使廢水得到更好的凈化處理。

王建龍等[22]研究了在ABR各隔室上部添加填料對處理自配葡萄糖廢水啟動性能的影響，發(fā)現(xiàn)加入填料的ABR在啟動第14 d COD去除率接近80%，第28 d COD去除率在95%以上，而未加填料的ABR啟動63 d后，系統(tǒng)出水COD仍然保持較高，且穩(wěn)定性也不如加入填料后的ABR。作者認為增設的填料不但充分利用了反應器上部的無效空間，而且顯著提高了反應器的污泥截留能力和泥、水、氣三相分離的效果。

Wei等[23]采用ABR+序批式活性污泥法(sequencing batch reactor,SBR)的組合工藝進行了制革廢水處理的研究。他們首先采用ABR處理廢水，除去部分易降解的污染物，出水進入SBR，通過消化和反消化作用去除剩余的污染物。整個工藝的COD去除率可穩(wěn)定在64%～72%之間。和普通的活性污泥法相比，此工藝能明顯提高COD去除率，出水水質能達到國家二級排放標準。胡志強[24]等采用ABR-SBR組合工藝對餐飲廢水進行了處理。試驗結果表明：進水COD濃度為2000～3000 mg/L，水力停留時間為14 h時，即使在冬季低溫條件下(10～15 ℃)，采用ABR-SBR組合工藝對餐飲廢水也有良好的處理效果。COD、NH3-N、TP、TN去除率分別達到86%、92%、85%和75%，出水水質達到國家一級排放標準。

黃繼國等[25]采用ABR+生物接觸氧化工藝對低COD/N的生活污水進行了處理研究，發(fā)現(xiàn)在進水COD/N為2～7范圍內，當HRT=10 h，R= 2.5、T=30 ℃時，系統(tǒng)對TN的去除效果良好，出水TN質量濃度小于15 mg/L。王顯勝[26]等采用ABR+接觸氧化+化學氧化組合工藝對垃圾滲濾液進行了處理。在進水有機負荷小于10 kgCOD/(m3/d)時，ABR+接觸氧化組合的去除率可以穩(wěn)定在80%～85%；好氧池出水經過Fenton氧化處理，出水COD小于100 mg/L。

5 結論

ABR的結構使其對工業(yè)廢水具有很好的適應性和處理效果，其耐毒性、抗沖擊負荷能力對工業(yè)廢水，特別是有毒工業(yè)廢水的處理有很好的應用前景，在工業(yè)廢水處理領域的應用會日益增加。但ABR工藝也存在厭氧處理工藝共同的缺點，就是直接處理的廢水很難達到較高的排放標準[27]，需進一步處理，實際工程中應將ABR與其他工藝聯(lián)合運用。結合ABR的分段特點，可以將ABR工藝與好氧工藝集成為一個聯(lián)合反應器，這對諸如煤化工廢水、石油化工廢水及制革廢水等難降解廢水的處理，有良好的應用價值。