李亞新， 田揚捷
（太原理工大學環境與市政工程系，山西 太原 030024）

　　摘 要： 介紹了厭氧序批式反應器(ASBR)工藝的基本操作方式，高負荷運行的機理及國外關于污泥顆粒化和利用ASBR技術的最新研究進展。
　　關鍵詞： ASBR； 污泥顆粒化； 污水處理
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：B
　　文章編號： 1000-4602(2000)09-0024-03

　　近年來，美國Dague教授及其合作者對一種新型厭氧反應器進行了研究，這種新型厭氧反應器正是將SBR工藝應用于厭氧生物處理，并正式命名為“厭氧序批式反應器”(AnaerobicSequen-cing Batch Reactor)，簡稱ASBR(美國專利號：5 185 079)。ASBR工藝對于克服厭氧污泥流失問題是一種具有創新性的解決辦法。除此之外，還因為投資省、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定性，并能適應常溫下處理低濃度廢水等優點而越來越引起人們的重視。

　　1 基本操作

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

　　進水階段：廢水進入ASBR反應器，同時進行攪拌，基質濃度迅速增加，根據Monod動力學方 程，微生物代謝速率也相應增大，直到進水完畢達到最大值。進水體積的確定基于許多因素，包括預先設定的水力停留時間(HRT)、有機負荷率(OLR)以及污泥的沉淀性能。
　　反應階段：該階段是有機物轉化為生物氣的關鍵步驟，反應所需時間取決于幾個因素，包括 廢水成分和濃度、要求達到的水質、活性污泥濃度、攪拌效果以及溫度。其中，攪拌對于均化環境條件(溫度、pH值、基質濃度等)是很重要的。但是Dague教授認為，過強的攪拌會剪 碎污泥絮體，從而導致較差的沉淀效果。同時在研究中發現：間歇攪拌(2min/h)與連續攪 拌相比，COD去除率基本不變，而污泥沉降性能得到改善，產氣增多。由此Dague認為，間 歇攪拌比連續攪拌更加優越。
　　沉淀階段：停止攪拌，ASBR池此時的功能和沉淀池相同，以達到充分的固液分離。所需的沉 淀時間有所不同，取決于污泥的沉降能力，典型值在10～30 min范圍內。反應器內的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重要變量，另一個重要變量是F∶M(食 料∶微生物)值。
排水階段：經過充分的固液分離后進行排水，排水體積一般與本周期進水體積相等，排水時 間由排水體積和排水流量確定。一旦排水結束，即可進行下一周期的操作^［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顯著差別在于固液分離過程是在反應器內部進行，這 種內部澄清過程免去了對出水的脫氣處理。而目前的普通厭氧活性污泥法一般需要對出水進 行脫氣，以利于后繼的沉淀過程，原因是出水排出反應器進入大氣后，生物氣的分壓會大大 降低，從而導致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生 ，因為在反應器內生物氣的分壓是恒定的。這種內部沉降的方式可以使污泥迅速沉降，從而 有能力既維持較長的污泥停留時間(SRT)，又可處理更多的廢水(較短的水力停留時間HRT)^［1］。
　　2.2 有機負荷(F/M)
　　Dague和Mckinney報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象，而有機負荷正是影響厭氧生物絮凝的重要參數。當F/M值較低時，污泥絮凝較好，且沉降迅速，使得 出水懸浮物較低^［1］。這就提出了一個問題：“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，同時仍然在高負荷下運行”。較低的F/M值可通過降低食料濃度(F)和(或)增加微生物量(M)來達到，而反應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。另一個變量是食料濃度(F)，在連續流反應器中，基質的降解處于穩態，即 微生物周圍的食料濃度是恒定的；相反，在ASBR反應器中，進水階段完成后，食料濃度達到 最高，然后開始下降，沉淀時達到最小值。沉淀時的基質濃度低于連續進水系統的任何時侯，所以，ASBR工藝能夠獲得比連續進水的普通厭氧活性污泥法更高效的生物絮凝(甚至顆粒化)和固液分離效果。
　　上述現象是ASBR工藝的一項關鍵特征。在反應器內任何確定的MLSS濃度下，進水結束瞬間的F∶M值較高，為微生物的代謝過程提供了較大的推動力。其基質濃度的變化在時間上是一個 理想的推流過程，這使得ASBR工藝具有較高的效率。
　　2.3 污泥顆粒化
　　ASBR工藝的一個重要特征是反應器內的絮狀污泥能夠逐漸轉變為沉降好、活性高的顆粒污泥 。顆粒化是由于微生物互相吸附或者吸附在惰性載體上，形成堅實、致密的顆粒。在排水時 施加一定的選擇壓，ASBR工藝能夠加速顆粒化進程，排水時洗出沉淀性能差的絮體和分散態 有機物，留下較重的、沉降迅速的微生物聚集體，這樣經過一段時間后，顆粒污泥在反應器 中逐漸占據主導地位，使得反應器內污泥的沉降性能強、系統穩定性高，從而能夠達到較高 的處理負荷^［2］。
　　加快反應器中污泥顆粒化的速度能夠大大縮短達到一定負荷率所耗費的啟動時間。Wirtz等研究了不同的方法以加速顆粒化進程，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、陽離子絮凝劑等。結果陽離子 絮凝劑的效果最好，與未采用任何輔助方法的ASBR反應器相比，顆粒化時間能縮短75%，啟 動后一個月內即出現顆粒，2個月左右負荷率即達到6 g/(L·d)；其次是GAC，能縮短顆粒化時間約1.5～2個月；PAC能縮短顆粒化時間1個月；至于其他方法，均未觀察到明顯的效果^［2］。

　　3 試驗研究

　　Dague等人在美國Iowa州立大學利用一系列ASBR反應器進行了處理脫脂奶粉模擬廢水的試驗研究。在?HRT分別為48、24、12 h的條件下，COD負荷率從2g/(L·d)增至12 g/(L·d)，溶解性COD(SCOD)去除率均超過90%。同時還發現，反應器的高徑比(H/D)對 污泥絮凝、顆粒化及沉淀速度影響很大，測定結果表明，當反應器內MLSS濃度相同時，H/D值越大，反應器內區域沉淀速度越大，形成的顆粒污泥粒徑也越大^［1］。
　　將厭氧工藝應用于常溫下處理低濃度廢水是當前的一個研究熱點。ASBR工藝能夠做到這一點，其理論根據是：由于生物絮凝/顆粒化和沉淀階段的低產氣速率，ASBR反應器能夠高效率 地保持活性污泥不流失，如果在低溫下運行，活性污泥的內源呼吸速率也相應降低，從而使反應器內的污泥濃度增加，抵消了溫度下降帶來的影響。
　　Ndon等人在1997年的試驗中發現：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 。 這一發現說明了ASBR工藝能夠在常溫下處理低濃度廢水，這要比運行費用昂貴、污泥產率高 的好氧處理法明顯優越^［3］。
　　Dague等人在1998年試驗中進一步證實了上述發現，試驗結果顯示：在20℃和25℃時，HRT分別為24、16、12、8和6h時，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 結語

　　由ASBR的基本操作方式和工藝特點可以看出，ASBR工藝與現在廣泛應用的連續流厭氧工藝相比，具有如下特點：
　　① 由于反應器間歇進水，因此不會產生短流或斷流等問題，反應器底部也不必像UASB和AF 那樣需要復雜的配水裝置。
　　② 活性污泥通過內部沉降而保留，不需另建單獨的沉淀池，也不需要脫氣和回流設備。 而且由于靜沉，沉淀效率高，反應器內能維持較高的MLSS濃度。同樣條件下，較高的MLSS濃度能降低F/M值，因此具有更強的耐沖擊負荷和處理有毒或高濃度有機廢水的能力。
　　③ 與連續流工藝相比，ASBR工藝在動力學上具有顯著的優越性，F/M值的高低交替變化， 即保證了反應期間高的去除率，又導致了沉淀階段的高沉降效率。
　　④ ASBR反應器中能夠形成顆粒污泥，使ASBR達到較高的負荷率，操作運行也更加可靠穩定 ，同時也為人工培養顆粒污泥提供了一條新途徑。
　　ASBR法的工藝特性順應了當代污水處理所要求的簡易、高效、節能、靈活的發展趨勢，是一 種非常適合我國國情的污水處理工藝，尤其適合于食品、醫藥、啤酒類中小型企業高濃度廢 水的處理。

　　參考文獻：
　　［1］ Sung S，Dague R R.Laboratory studies on the anaerobic sequencing batch reactor［J］.Water Environment Research,1995,67(3):294-301.
　　［2］ 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.
　　［3］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.
　　［4］ 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法的五大優點［J］.中國給水排水，1993，9(2)：29-31.

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收稿日期：2000-05-11