肖隆文， 匡敬忠
(南方冶金學(xué)院環(huán)境與建筑工程系，江西贛州 341000)

　　摘 要： 提出了開發(fā)序批式厭氧/好氧一體化生物反應(yīng)器的構(gòu)想。從理論上探討了該反應(yīng)器恒水位間歇操作的可行性。分析表明，該反應(yīng)器具有可操作性，將是一種經(jīng)濟(jì)、高效、占地省的污水處理新工藝。
　　關(guān)鍵詞： SBR； 一體化生物反應(yīng)器；理論分析
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2002)01-0039-02

　　傳統(tǒng)的污水處理工藝普遍將各處理單元分設(shè)，往往還需要進(jìn)行污泥回流和污水循環(huán)，這勢(shì)必增加基建及管路設(shè)備投資。因此，研究處理系統(tǒng)一體化的設(shè)施自然成為一種必然趨勢(shì)。

1 改進(jìn)SBR的構(gòu)想

1.1 基本構(gòu)造與運(yùn)行方式
　　一體化生物反應(yīng)器的基本構(gòu)造見圖1。

　　設(shè)想中的序批式厭氧/好氧一體化生物反應(yīng)器的主體被分割成上下兩部分，上半部是好氧反應(yīng)池，下半部是厭氧生物濾池。
好氧反應(yīng)池設(shè)有曝氣系統(tǒng)和出水堰，與常見的SBR反應(yīng)池沒有什么區(qū)別。可根據(jù)需要在好氧反應(yīng)池的底部設(shè)計(jì)回流縫，以使好氧生物污泥可直接進(jìn)入?yún)捬跎餅V池消化。下部厭氧生物濾池通過折板與好氧反應(yīng)池相通，折板的上端是氣體收集罩。
　　好氧反應(yīng)池與常規(guī)SBR的運(yùn)行方式是一樣的，但厭氧生物濾池的間歇操作只有兩個(gè)步驟：進(jìn) /出水期，反應(yīng)期。相互間的連貫關(guān)系如圖2。
　　新的運(yùn)行周期開始時(shí)，好氧反應(yīng)池處于排水期的末期或閑置期(可省去)。從厭氧生物濾池底部進(jìn)水，在一定的流速下，上升流處于層流狀態(tài)，將厭氧濾池內(nèi)已處理的水“頂”出，并從 折板的上端進(jìn)入好氧反應(yīng)池，然后停止進(jìn)水，整個(gè)反應(yīng)器進(jìn)入反應(yīng)期。厭氧生物濾池內(nèi)隨著 有機(jī)物被逐步降解，其濃度越來越低，氣體產(chǎn)生量亦減少到最小值，厭氧生物濾池也就進(jìn)入下一次循環(huán)。由于進(jìn)水的有機(jī)物濃度很低，好氧反應(yīng)池的反應(yīng)期結(jié)束較早，在厭氧過程反應(yīng) 期的后半部，好氧反應(yīng)池依次進(jìn)入沉淀期、排水期、閑置期(可省去)。

1.2 理論分析
　　序批式厭氧/好氧一體化生物反應(yīng)器是否可行，關(guān)鍵在于厭氧生物濾池恒水位間歇操作方式是否具有可行性。即厭氧生物濾池的進(jìn)、出水同時(shí)進(jìn)行的設(shè)想是否可以很好地實(shí)現(xiàn)。它可分 解為以下幾個(gè)問題：①上升流保持層流狀態(tài)的流速有何要求?②在層流狀態(tài)下懸浮生長在填 料空隙間的微生物被洗出厭氧生物濾池的機(jī)會(huì)有多大?原水與出水的混合(發(fā)生短路)造成處 理效果下降的機(jī)會(huì)有多大?
　　假定雷諾數(shù)Re=500，流速v=20 m/h(顆粒污泥的最小沉降速度)，可以算出管徑為90 mm。一般用于生物處理的蜂窩管管徑為20～36 mm，水流流速不超過10 m/h，說明上升流保 持層流狀態(tài)是充分可行的。如果孔隙率小的話，進(jìn)水可以視為一過濾過程，懸浮污泥及游離 微生物被截留在填料層內(nèi)。另外從現(xiàn)有的資料看，顆粒污泥的沉降速度大多高于50 m/h，最低為20 m/h［1］，因此只要保持反應(yīng)器高度使污泥有足夠的沉降時(shí)間和較低的上升 流速，顆粒污泥被洗出的機(jī)會(huì)就很小。
　　對(duì)于原水與出水的混合比例或混合區(qū)的問題，其影響因素較多，因而也比較復(fù)雜。假定在滲流、等球體顆粒填料自然地密集堆積且時(shí)間較短的情況下，原水與出水混合的主要方式是射流、 紊流引起的，而不是擴(kuò)散。在邊界條件(反應(yīng)器壁)下，射流在碰到顆粒后折返形成紊流，故引起的影響大約局限在2～3倍顆粒直徑高度范圍內(nèi)，但是邊界的流速明顯高于平均流速，因此引起的混合區(qū)還要擴(kuò)大些，這似乎與反應(yīng)器的高度并無太大的關(guān)系，P.arnz等人通過試驗(yàn)已證實(shí)這一點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果還表明，反應(yīng)器的直徑與顆粒直徑的比值越高，對(duì)邊界水流的影 響越小［2］。
1.3 需進(jìn)一步考察的問題
　　顯然，從設(shè)想到應(yīng)用還有很多問題要解決，但最值得注意的問題似乎是填料的孔隙率。孔隙率大，有利于增加反應(yīng)器容積的利用效率和防止堵塞，而且填料的成本也可下降，但可能不利于截留懸浮污泥。可以考慮使用不同粒徑的填料，采用上小下大或其他組合來加以解決。另外一個(gè)問題是反應(yīng)器高度，增加高度可節(jié)省占地面積，但是若氣體的溶解度變化過大，可能會(huì)對(duì)反應(yīng)周期與排水產(chǎn)生不利影響。這些問題只能通過將來的試驗(yàn)和實(shí)踐來解決。

2 一體化生物反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)

　　序批式厭氧/好氧一體化生物反應(yīng)器實(shí)質(zhì)上是對(duì)目前高效厭氧反應(yīng)器的一種改進(jìn)。利用好氧反應(yīng)池作為厭氧生物濾池出水的后續(xù)處理來改善出水水質(zhì)。恒水位間歇運(yùn)行方式可更充分利用反應(yīng)器的空間，占地省、運(yùn)行效率高。常規(guī)的高效厭氧反應(yīng)器如UASB、AF，其污水中有機(jī)物的降解大多在底部0.3～1 m處完成，增加反應(yīng)器的高度對(duì)出水水質(zhì)的改善不起作用。為更有效地利用空間，現(xiàn)行的一種方式是加大流速和出水循環(huán)，如EGSB、厭氧生物流化床等；另一種方式是采用間歇操作，使整個(gè)反應(yīng)器處于完全混合狀態(tài)以均衡負(fù)荷。第二種方式的優(yōu)點(diǎn)是無需昂貴的布水系統(tǒng)和三相分離器，缺點(diǎn)是常規(guī)的變?nèi)莘e操作方式使得厭氧條件的保持發(fā)生困難，而同時(shí)進(jìn)、出水的方式既可解決這一難題，又壓縮了反應(yīng)周期，提高了運(yùn)行效率。很明顯，該系統(tǒng)將是一種經(jīng)濟(jì)、高效、靈活、占地省的污水處理新工藝。

3 展望

　　從當(dāng)前國情來看，必須發(fā)展一批適用不同情況下的投資低、運(yùn)行成本低、管理操作要求低、占地少的污水處理新工藝。厭氧生物處理具有節(jié)約能源并能產(chǎn)生能源、剩余污泥量低、容積負(fù)荷大、占地較少的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)和利用厭氧生物技術(shù)進(jìn)行污水處理，必然能夠同時(shí)收到減輕污染和緩解能源短缺的功效。中國目前絕大部分地區(qū)的污水治理體系還沒有區(qū)域化或綜合化，各污染源處于分散治理狀態(tài)，傳統(tǒng)的活性污泥法等連續(xù)流生物處理工藝在處理水量較小、變幅大的污水時(shí)難以正常穩(wěn)定運(yùn)行，而SBR靈活的運(yùn)行方式可解決這一難題。序批式厭氧/ 好氧一體化生物反應(yīng)器恰具備了上述兩者的優(yōu)點(diǎn)，因此研究開發(fā)這種經(jīng)濟(jì)、高效、靈活、占地省的污水處理新工藝具有比較重大的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

　　［1］ 賀延齡.廢水的厭氧生物處理［M］.北京：中國輕工業(yè)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