方芳 龍騰銳
(重慶建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院)

　　近十多年來在普通厭氧生物濾池(Anaerobic Biofilter,AF)基礎(chǔ)上，逐漸出現(xiàn)了一些變型，如厭氧生物濾池兩級串聯(lián)工藝、兩級循環(huán)工藝、厭氧污泥床——濾層反應(yīng)器、變速厭氧/缺氧生物濾池等。目前，一批生產(chǎn)性的AF已投入運(yùn)行，處理效果良好，運(yùn)行管理方便。

1 AF反應(yīng)器特點(diǎn)

　　AF是一種內(nèi)部填充有微生物載體的厭氧生物反應(yīng)器。厭氧微生物部分附著生長在填料上，形成厭氧生物膜，部分在填料空隙間處于懸浮狀態(tài)。廢水流過被淹沒的填料，污染物被去除并產(chǎn)生沼氣。
　　典型的生產(chǎn)性AF呈筒狀，常用直徑和高度分別為6～26m和3～13m。濾池中可維持相當(dāng)高的微生物濃度，一般可達(dá)5～15 kgVSS/m³，故AF能承受較高的有機(jī)物體積負(fù)荷［生產(chǎn)性使用裝置的最大有機(jī)負(fù)荷通常在10～16kgCOD/(m³·d)之間］。由于較高的污泥濃度和長達(dá)100d以上的泥齡，AF具有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性，較能承受水質(zhì)或水量的沖擊負(fù)荷，在常溫下能處理城市污水等低濃度有機(jī)廢水。AF出水可不回流，但如果出水回流，可降低進(jìn)水濃度，減小堵塞的可能性，使填料中生物量趨向于均勻分布。
　　AF的另一特點(diǎn)是反應(yīng)器內(nèi)污泥產(chǎn)率低，運(yùn)行啟動快。有資料報(bào)導(dǎo)，生產(chǎn)性AF在600d的運(yùn)行中沒有廢棄污泥。Jhung等在UASB和AF的對比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水為高濃度糖蜜廢水，有機(jī)負(fù)荷為0.8kgCOD/(m³·d)時，UASB需6周啟動時間，而AF只用了4周。嚴(yán)偉等也曾報(bào)導(dǎo)，用大孔聚氨脂泡沫塑料的AF處理橄欖廠稀釋廢水，其啟動時間比活性污泥法和UASB明顯縮短。
　　該工藝也存在一些問題，主要是：用AF處理含懸浮物濃度高的有機(jī)廢水易發(fā)生堵塞；對布水裝置要求較高，否則易發(fā)生短流，影響處理效果。

2 AF反應(yīng)器的填料

　　填料是AF的主體，AF所采用的填料以硬性填料為主，如砂石、陶粒、波爾環(huán)、玻璃珠、塑料球、塑料波紋板等。
　　Muller和Marcini是最先認(rèn)識到填料重要性的研究者之一。他們認(rèn)為采用輕質(zhì)、大空隙率的填料比實(shí)心的砂石更有利于生物固體的積累。Young評價了四種不同類型的填料，認(rèn)為溶解性COD去除率與填料類型、尺寸和形狀有很大關(guān)系，交叉流組件式填料比相同比表面積的松散填料(如波爾環(huán)和穿孔球等)性能好得多，后者性能較差的原因可能是由于局部堵塞和股流的影響。
　　Song和Young報(bào)導(dǎo)了填料放置方式對AF性能的影響：試驗(yàn)采用組件式塑料波紋板填料，結(jié)果表明，填料與水平面所成的角度越小，再分配水流的能力越強(qiáng)，微生物和有機(jī)物之間的接觸越充分，溶解性COD去除效果越好。考慮到填料長期抗堵塞能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，Song等建議最佳坡度應(yīng)在45°～60°。
　　Anderson研究了多孔和無孔填料與有機(jī)負(fù)荷、生物量之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，填料表面越粗糙，填料上生物膜附著速率和生物量累積速率越快，且多孔填料上由于剪力而造成的生物量損失比無孔填料少，因而多孔填料的AF在較高有機(jī)負(fù)荷時能保持較好的性能，且運(yùn)行較穩(wěn)定。
　　對于填料的比表面積，相當(dāng)多的研究者認(rèn)為不是影響濾池性能的主要因素。Tay等認(rèn)為，由于相當(dāng)部分COD是由填料空隙中被阻留的懸浮固體去除的，故填料的空隙率和孔的尺寸較比表面積對上向流AF性能的影響更大。
　　具有表面活性的填料對濾池內(nèi)微生物的生長是否更有利，目前尚有不同看法。勞善根等采用粒狀活性炭AF處理人工含酚廢水，經(jīng)過257d連續(xù)運(yùn)行，酚和COD_Cr的去除率分別達(dá)到98%和70%以上，活性炭仍能繼續(xù)有效地使用。Suidan等也采用粒狀活性炭AF處理人工合成廢水，當(dāng)負(fù)荷為7.22～9.33kgCOD/(m³·d)，COD去除率可達(dá)86%～90%，超過其它填料的AF的效率^［1］。但也有研究結(jié)果表明，采用活性炭填料的AF性能并不優(yōu)越^［1］，因此有關(guān)這方面的問題仍需進(jìn)一步研究。
　　還有的研究者研究了含微生物生長促進(jìn)劑的填料，利用這種填料的濾池，微生物生長快，啟動歷時短，可維持較高的生物量。

3 AF反應(yīng)器的水力特性

　　較多的研究者傾向于全充滿上向流AF中的流態(tài)接近完全混合。Young等則認(rèn)為，采用簡單的推流或完全混合模式都是不合適的。隋軍等認(rèn)為AF的流態(tài)是擴(kuò)散式的，可由擴(kuò)散模型模擬。盡管AF的混合模式尚無定論，但混合對基質(zhì)轉(zhuǎn)換的重要性已為許多研究者所重視。
　　關(guān)于氣體對混合的影響，所有研究者的觀點(diǎn)都相同：氣體的產(chǎn)生提高了混合程度。Chiang等觀察到，即使負(fù)荷低于1～2 kgCOD/(m³·d)，仍然有足夠的氣體產(chǎn)生顯著的混合和短流。
　　一般說來，上向流AF反應(yīng)器內(nèi)混合程度隨液體上升流速的增大而增加。Smith提出最大上升流速為25 m/d，Young則認(rèn)為小試AF的上升流速應(yīng)介于1～8 m/d，生產(chǎn)性AF中的上升流速可達(dá)50 m/d。這些結(jié)論差別較大，與所采用的填料、有機(jī)負(fù)荷等具體條件有關(guān)。但可以肯定，為使反應(yīng)器處于較好的性能狀態(tài)，存在一個最佳范圍的液體上升流速。
　　AF反應(yīng)器中的填料對混合模式有明顯影響。Smith的中試結(jié)果表明，填料體積減少，推流程度增加，但小試結(jié)果卻相反，這是由于填料是與反應(yīng)器尺寸、液體上升流速、氣泡氣流等共同對混合產(chǎn)生影響的。Young等通過試驗(yàn)證明，反應(yīng)器中的流態(tài)與雷諾數(shù)Re和填料有關(guān)。反應(yīng)器內(nèi)有填料比無填料的推流程度有所提高，而且隨填料比表面積的增加而提高。采用小孔徑、大比表面積填料(如20～30mm的波爾環(huán)、小石塊等)的AF的流態(tài)接近推流。
　　有關(guān)AF內(nèi)混合模式的研究較多，所得出的結(jié)論也不盡相同。其原因在于影響AF反應(yīng)器混合程度的因素很多，除上述外，還有如溫度梯度、污泥濃度、污泥沉降性、反應(yīng)器幾何尺寸(如徑高比)等等，筆者認(rèn)為，在這方面還有待進(jìn)一步研究，特別是關(guān)于水力特性相似律方面的研究。

4 AF反應(yīng)器處理有機(jī)廢水

　　AF主要用于處理溶解性有機(jī)廢水，AF處理工業(yè)廢水研究的部分成果見表1，AF處理生活污水研究的部分成果見表2。
　　80年代初以來，AF在美國、加拿大等國已被廣泛用于處理各種不同類型的廢水，最大的AF容積達(dá)12500m³，多數(shù)在中溫條件30～38℃下運(yùn)行，有機(jī)負(fù)荷0.1～15kgCOD/(m³·d)不等，常采用的有機(jī)負(fù)荷為4～8kgCOD/(m³·d)，COD去除率在60%～95%的范圍內(nèi)變動。

表1 AF處理工業(yè)廢水研究的部分成果 廢水類型 處理溫度（℃） 進(jìn)水COD（g/L） 容積負(fù)荷[kgCOD/(m3.d)] COD去除率（%） 運(yùn)行方式 HRT（h） 備注 制藥廢水 35 4.0 8.0 94 小試 12 1978年 35 8.0 8.0 95 24 35 16.0 8.0 98 48 蔬菜廢水 22～33 16.0 8.0 81 小試 48 1980年 22～33 16.0 16.0 86 24 22～33 16.0 32.0 90 12 人工合成廢水 30 8.70 2.5～10 79～93 小試 　 1981年 檸檬酸廢水 36 6.8～9.1 3.16 73 小試 48 1993年 酵母菌廢水 36 8.77～16.48 3.0 65 小試 60 1993年 海魚加工廢水 55 10～50 0.79～6.76 67～78 小試 53～372 1995年 37 10～50 0.76～7.50 67～77 48～415 印染廢水 35 0.21～2.23 0.5～2.0 70～86.6 小試 18.3 1995年 鍋爐廢水 36～38 38 3 81.2 小試 30 1996后

表2 AF處理生活污水研究的部分成果 出處（見參考文獻(xiàn)） 體積（m³） 溫度（℃） HRT（h） 有機(jī)負(fù)荷[（kgCOD/(M3.D)] 進(jìn)水濃度（mg/L) 去除率（%） [4] 0.0089 11.0～27.8 4或6 0.53～0.71 COD=230.9～410.1 56.9～71.8 BOD=134.9～172.0 61.5～78.5 SS=49.0～86.9 57.1～81.5 [5] 0.016 20～30 24 0.32 COD=288 73 BOD=181 79 SS=118 73 [6] 13 22～24 8.6～37 　 BOD=150～222 81～87 SS=200～250 91～97 [1] 102 　 13 　 BOD 53 SS 69 [7] 19 12～24 　 　 BOD=100～150 55 SS 75 [7] 190 ＞20 9～10 0.35～1.2 COD 50 BOD 63 SS 80 [2] 0.0376 17～23 ≥12 ≤2.31 COD=200～30 59.3～77.9 ≥8 ≤4.54 58.2～63.2 [3] 0.0393 18～37 6 0.3～1.0 COD=100～300 60

5 工藝穩(wěn)定性和沖擊負(fù)荷的影響

　　李亞新等用AF處理印染廢水，進(jìn)水COD一般在300～600mg/L，試驗(yàn)期間歷經(jīng)兩次沖擊負(fù)荷，一次COD由364.3mg/L突增至1 038 mg/L，出水COD值仍可達(dá)303.8mg/L，COD去除率70.8%；另一次COD由351.4mg/L突增至1327.4mg/L，出水COD僅為151.3mg/L，去除率高達(dá)88.6%。山本曾以高達(dá)平均流量3倍的水量負(fù)荷持續(xù)2～3h沖擊反應(yīng)器，結(jié)果表明，AF出水水質(zhì)幾乎不受影響^［7］。Chiang等用AF處理高濃度酸性廢水，運(yùn)行第一階段，在1d內(nèi)HRT由42d降至7d，出水水質(zhì)只是pH值稍有波動；運(yùn)行第二階段，在2d內(nèi)HRT由73d降至2d，結(jié)果pH值略有降低，氣體產(chǎn)量沒有增長，揮發(fā)酸濃度提高，有機(jī)物去除率降至54%。當(dāng)HRT恢復(fù)到42d后，出水COD和SS恢復(fù)到比沖擊負(fù)荷發(fā)生前略高。
　　曾有人比較UASB和AF的運(yùn)行性能，當(dāng)進(jìn)水pH值變化時，UASB用了3周時間恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，而AF在2周內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，表明UASB較AF對pH值變動更為敏感。在對不同基質(zhì)的適應(yīng)性研究中發(fā)現(xiàn)，AF性能也比UASB好。當(dāng)兩個反應(yīng)器中均已形成大量顆粒污泥后，進(jìn)水由揮發(fā)酸廢水變?yōu)楦邼舛忍敲蹚U水，結(jié)果UASB用了6周時間恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，而AF僅用了2周。顯然，AF反應(yīng)器更能適應(yīng)性質(zhì)多變的工業(yè)廢水。
　　Parkin等用漿液瓶和上向流厭氧固定床反應(yīng)器(USMAR)研究氰化物、氯仿、甲醛、銨、鎳和硫化物對厭氧微生物的毒性，結(jié)果表明，較高濃度的毒物不致引起系統(tǒng)的破壞，生物膜上的甲烷菌能夠逐步被馴化。Parkin等認(rèn)為，較長的SRT是使系統(tǒng)免于破壞的關(guān)鍵。Blum等還用USMAR成功地處理了含有大量通常被認(rèn)為對厭氧系統(tǒng)有毒的高濃度酚的碳?xì)饣瘡U水，當(dāng)HRT為18h時，高達(dá)1885 mg/L的酚可降低至1mg/L。
　　AF很適宜處理間歇排放的廢水，進(jìn)水暫停一段時間(1～3d)，系統(tǒng)的性能不受影響。某生產(chǎn)性AF在運(yùn)行中由于維修而停運(yùn)，10 d后重新啟動，有機(jī)物去除率迅速恢復(fù)到停運(yùn)前水平，后來，該AF由于維修又停運(yùn)13d，再次啟動后COD去除率立即恢復(fù)正常，且在隨后的20d中，都維持在80%以上。另據(jù)報(bào)導(dǎo)，AF在厭氧條件下停運(yùn)半年，仍可迅速恢復(fù)生物活性。
　　AF反應(yīng)器具有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性，能適應(yīng)廢水濃度和水力負(fù)荷的變化而不致引起長時間的性能破壞，可在低pH值和含毒物條件下穩(wěn)定運(yùn)行，而且再啟動迅速。較長的SRT和較高的污泥濃度是AF抗沖擊負(fù)荷的關(guān)鍵，據(jù)報(bào)導(dǎo)，SRT為100d以上，也有研究者測定的SRT為142～165d，甚至達(dá)到350d。

6 結(jié)語

　　綜上所述，AF反應(yīng)器是一種簡易、高效、低耗的廢水處理裝置，已在廢水處理中得到較為廣泛的應(yīng)用，同時，有些問題值得進(jìn)一步研究：如①反應(yīng)器放大設(shè)計(jì)的相似理論問題；②加強(qiáng)反應(yīng)器顆粒化規(guī)律及生物膜附著過程機(jī)理的研究，以縮短啟動時間；③加強(qiáng)填料技術(shù)的研究，以開發(fā)性能更好、價格低廉的新型填料；④從生態(tài)學(xué)角度深入研究AF中微生物的組成及其相互關(guān)系，以明了AF性能的本質(zhì)因素等。

參考文獻(xiàn)

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　　作者通訊處：400045 重慶市沙坪壩 重慶建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院
　　(收稿日期 1998-09-08)