傅大放1，靳強1，周培國1，周學峰2，馬運才3
(1.東南大學土木工程學院，2. National University of Singapore；3.?滕州市污水處理廠) 摘要：通過正交試驗，探討了ASBR工藝最為重要的兩個操作參數即充水時間和負荷率對ASBR工藝過程的影響。試驗表明，充水時間和負荷率顯著影響著ASBR的工藝過程，如出水水質、循環周期等。而且，充水時間和負荷率相互之間也存在著制約關系。
關鍵詞：ASBR；工藝特性；廢水處理
中圖分類號：X505
文獻標識碼：A
文章編號：1000-4602(2000)10-0001-05 Study on Performance of Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) Process
FU Da?fang1，JIN Qiang1，ZHOU Pei?guo1，ZHOU Xue?feng2，MA Yun?cai3
(1.School of Civil Eng.,Southeast Univ.,Nanjing 210096,China; 2.National Univ.of Singapore; 3.Tengzhou Wastewater Treatment Plant,Tengzhou 277500,China) Abstract：Two essential operational parameters of (ASBR)-fill time and organic loading rate were discussed for their effects on the process performance through orthogonal tests.The results showed that fill time and organic loading rate affected the process performance such as effluent quality and cycle time significantly.Furthermore,fill time and organic loading rate were conditioned each other.Keywords:ASBR;process performance;wastewater treatment 年來，厭氧條件下的SBR工藝(即ASBR)也成為研究的熱點。自1986年起，美國、新加坡等國的學者對ASBR的啟動、處理效果的提高及影響因素作了初步的探討，1995年后，國外學者對ASBR工藝的研究才有所細化。大量的文獻表明，目前對ASBR工藝的研究還不夠充分［1～6］，而國內至今未見關于ASBR工藝研究的報道。
作者在國內率先開展了對ASBR工藝特性的研究，通過充水時間及負荷率的正交試驗，來探討其對ASBR工藝過程的影響，并進一步確定ASBR工藝的最佳操作參數，為ASBR工藝向工業化方向發展提供基礎技術資料。 1 試驗設備與方案 1.1 反應器
反應器有效體積為4.0 L(如圖1)。 
1.2 廢水水樣
試驗采用人工葡萄糖配水，為了準確地確定充水時間和負荷率對ASBR工藝的影響，在配水中以葡萄糖作為唯一碳源，同時加入厭氧微生物正常生理活動所需的氮、磷等營養元素及其他微量元素，具體配水方案見表1。 表1 葡萄糖配水方案| 化合物 | 加入量(mg/L) | 功用 | | 葡萄糖 | 960.00 | 碳源 | NH4OH
K2HPO4
KH2PO4 | 50.00
5.30
13.40 | 氮磷營養物質 | FeCl2·4H2O
MnCl2·H2O
CoCl2·4H2O
NiCl2·4H2O
ZnCl2
(NH4)6Mo7O24·4H2O
CuCl2·4H2O
HBO3 | 1.25
0.31
0.08
0.06
0.05
0.06
0.02
0.02 | 微量元素液用以刺激微生物生長 | | NaHCO3 | 4.0(g/L) | 酸堿緩沖溶液 | 1.3 試驗方案
以ASBR工藝兩個最為重要的操作參數充水時間及負荷率為變量，通過正交試驗來確定其對底物降解規律、出水水質、循環周期的影響。綜合考慮兩個重要因素影響的顯著性和反應器所能承受的極限，按表2所示因素及水平進行試驗。 表2正交試驗考察的因素及水平| 水平 | 因素 |
|---|
| 充水時間(min) | 有機負荷(g/L) |
|---|
| 1 | 10 | 3.82 | | 3 | 60 | 6.55 | | 2 | 420 | 11.9 | 氣體采用排水集氣法，對所用水進行酸化是為了防止氣體中某些組分的溶解，氣體體積以氣體高度與集 氣筒面積之積來計量。 2 試驗結果與分析 2.1 充水時間對ASBR工藝過程的影響分析
①充水時間對底物降解規律的影響
在負荷為3.82 g/L和充水時間分別為10、60、420min時COD值隨時間的變化曲線如圖2。
圖2表明，ASBR工藝過程是一個非穩態過程。反應器中COD值等都是時間的函數，都具有一個先增大后減小的過程，存在一個最大值和最后的穩定值。最大值所對應的點稱為極點，最先達到穩定值的點稱為穩定點，這兩個點是曲線的特征點。在不同的充水時間條件下，由于進料速率和降解速率的差異，使得曲線的特征點所對應的最大值和穩定值大小并不相同，這說明充水時間顯著影響著ASBR的工藝過程。 
②充水時間對出水水質的影響
在不同工況下分別對出水水質進行測定，COD去除率均高達99%以上，但用COD去除率來表征工藝性能有很大局限性，所以采用出水COD值和可揮發性脂肪酸(VFA)濃度作為評價指標，結果如圖3和圖4所示。 
在相同的負荷率條件下，當充水時間不同時，出水COD值、可揮發性脂肪酸(VFA)濃度的差別很小，在測量的誤差范圍之內。ASBR工藝過程是一個非穩態過程，微生物的生存環境也是一個動態過程，但是充水時間對過程的影響是短暫的，所以當反應時間充足時，不同的充水時間都可以達到相同的出水水質。
③充水時間對循環周期的影響
圖2表明，由于充水時間的不同，COD值、可揮發性脂肪酸(VFA)的濃度和產甲烷速率出現穩定值的時間有很大差別。為了研究的需要，本試驗中ASBR工藝的循環周期是一定的，但是在實際操作中是與充水時間有關的，是隨著工藝條件的變化而變化的，反應階段的終止應以COD值、可揮發性脂肪酸(VFA)的濃度和產甲烷速率出現穩定值的時間為標志。為了得到充水時間對循環周期的影響規律，把最先達到穩定值的時間對充水時間作圖于圖5。 
在相同負荷下，循環周期隨著充水時間的延長而增大，相反則縮短。如在負荷為3.82g/L，充水時間為10、60、420min時，循環周期分別為1 140、1200、1380min。這是因為充水時間短，使得每一循環前期底物的平均濃度高，酸化速率大，控速底物可揮發性脂肪酸(VFA)的濃度大，產甲烷速率大，出水COD值和可揮發性脂肪酸(VFA)的濃度較快達到穩定值，相反充水時間長，則較慢達到穩定值。由于沉降階段和排水階段所需的時間是基本不變的，所以充水時間顯著地影響著循環周期，且越短越好，避免VFA積累到抑制濃度或毒害濃度。
2.2 負荷對ASBR工藝過程的影響
①負荷對底物降解規律的影響
在充水時間為420 min和負荷分別為3.82、6.55、11.9 g/L所組成的工況下，COD值的降解曲線如圖6。
在相同的充水時間條件下，由于進水底物濃度的差異，使得不同負荷下降解曲線的特征點(最大值和穩定值)有很大的差異，故負荷率顯著地影響著ASBR工藝過程。 
②負荷對出水水質的影響
在不同工況下分別對出水水質進行測定，分別以出水COD值和可揮發性脂肪酸(VFA)為指標，結果如圖7、8。 
在相同的充水時間條件下，當負荷率不同時，出水COD值、可揮發性脂肪酸(VFA)濃度的差別很大。如在充水時間為60 min下，負荷率分別為3.82、6.55、11.9g/L時，出水COD值分別為97、128、172mg/L，負荷率對出水水質影響十分明顯，這一點與充水時間不同。在ASBR工藝過程中充水時間的不同對微生物生存環境的影響是短暫的，而負荷率的影響是長期的。負荷率增大，使工藝過程中起抑制作用的中間產物可揮發性脂肪酸(VFA)處于較高的濃度水平，顯著地改變了厭氧微生物群的組成，導致出水COD值和可揮發性脂肪酸(VFA)濃度相對較高，出水水質變差，即使有充足的反應時間也不能使出水水質變好。相反，負荷率降低，出水水質顯著改善。
③負荷對循環周期的影響
圖6表明，由于負荷率的不同，使得COD值、可揮發性脂肪酸(VFA)的濃度和產甲烷速率出現穩定值的時間有很大差別，這一點與充水時間是一致的。為了得到負荷率對循環周期的影響規律，根據試驗的數據，以負荷率為橫坐標，以循環周期為縱坐標作圖于圖9。 
在相同充水時間下，隨著負荷率的增大，循環周期變長，相反則縮短。如在充水時間為60min下，負荷率分別為3.82、6.55、11.9g/L時，循環周期分別為1200、1740、2340min。這是因為負荷率增大，污泥負荷率也增大，反應器中有機基質與微生物量的比(F/M)增高，從而COD值、可揮發性脂肪酸(VFA)的濃度和產甲烷速率最先達到穩定值的時間也增長，相反則縮短。由于反應階段所需的時間是循環周期的主要組成部分，沉降時間和排水時間基本不變，因此負荷率增大，循環周期變長，相反則循環周期變短。 3 結論 ① 試驗在中溫條件下進行，試驗中維持了較高的污泥濃度，污泥的MLSS為35.0 g/L，而MLVSS為18.0 g/L，出水SS約在160 mg/L左右(可能是緩沖層較小而有所偏高)。試驗表明，在容積負荷率為3.82 g/L，進水COD為9 000 mg/L時，出水COD在100g/L以下；而在容積負荷率為11.9 g/L，進水COD為28 000 mg/L時，出水COD仍維持在200 mg/L以下，這表明ASBR工藝是一種生化性能優良的工藝。
②充水時間和負荷率都是非常重要的操作參數，它們都顯著影響著厭氧過程和效率。在低負荷條件下，充水時間的縮短會使過程中的基質濃度增大，達到一定出水水質所需的循環周期也縮短；負荷率的減小會使F/M增大，也會使循環周期縮短。
③充水時間和負荷率之間存在相互制約的關系。在低負荷條件下，充水過程也可以增加底物濃度，從而增大生化反應速率，提高反應器效率。因此，在不產生濃度抑制的情況下，充水時間越短越好。但在高負荷條件下，由于酸化過程和甲烷化過程的矛盾使得抑制物快速積累，充水過程的延長可以減小過程中抑制物的積累程度，使厭氧過程得以順利進行下去。而且，充水時間存在一個最佳值，這時反應器的效率才最高。
④ASBR反應器運行時，每周期的充水時間可以依負荷及抑制情況而變，反應時間約為20 h左右(具體依水質及負荷而變)，沉降時間只要0.5～1.5h，因ASBR工藝產泥較少，一般不設排泥時間。而且ASBR工藝可有較長的閑置期，操作較靈活。
⑤ASBR工藝與其他厭氧工藝比較有許多優點(見表3)。 表3 ASBR工藝與其他厭氧工藝的比較| 反應器類型 | 進水COD(mg/L) | 出水COD(mg/L) | 去除率(%) | 最大負荷率(g/L) | HRT(h) | 二沉池及回流泵 | | 顆粒化UASB | 1000～3500 | 450 | 85 | 大 | | 有 | | 厭氧過濾器 | 3 000 | 450 | 79 | 大 | 72 | 有 | | ASBR | 9 000 | 90 | 99 | 小 | 52 | 無 | | 平推流反應器 | 9 000 | 90 | 99 | 小 | 52 | 有 | ⑥ ASBR工藝除具有SBR工藝的一切優點外，還具有產生沼氣回收作能源、動力消耗低等優點。ASBR工藝是一種非常有潛力的良好工藝，在我國有著廣泛的應用前景。 參考文獻：
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[6] Timur H,Ozturk L.…[J].Water Science and Technology Proceedings of the 1997 8th IAWQ Intemational Conference on Anaerobic Digestion,1997,36(6-7). 作者簡介：傅大放(1966-)，男，江蘇南通人，東南大學副教授，研究方向：環境污染控制及資源化。
電話：(025)3793223
E-mail:fudafang@public1.ptt.js.cn
收稿日期：2000-04-05 | 
