ABR简介厌氧折流板反应器(Anaerobic BaffLted Reactor简称ABR)工艺首先由美国stanford大学的McCarty等于1981年在总结了各种第二代厌氧反应器处理工艺特点性能的基础上开发和研制的一种高效新型的厌氧污水生物技术[10]。清华大学的黄永恒认真比较分析了SMPA工艺和ABR反应器的性能特点,认为ABR反应器完美的实现了SMPA工艺的思想要点,是一种很有发展前途的高效厌氧反应器。
ABR简介
厌氧折流板反应器(Anaerobic BaffLted Reactor简称ABR)工艺首先由美国stanford大学的McCarty等于1981年在总结了各种第二代厌氧反应器处理工艺特点性能的基础上开发和研制的一种高效新型的厌氧污水生物技术[10]。清华大学的黄永恒认真比较分析了SMPA工艺和ABR反应器的性能特点,认为ABR反应器完美的实现了SMPA工艺的思想要点,是一种很有发展前途的高效厌氧反应器。
从图2-1可以看出,由于在反应器中使用一系列垂直安装的折流板,将反应器分隔成串联的几个反应室,每个反应室都可以看作一个相对独立的上流式污泥床系统(upfLow sLudge bed,简称USB)。被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动,依次通过每个反应室的污泥床,废水中的有机基质通过与微生物接触而得到去除。借助于处理过程中反应器内产生的气体使反应器内的微生物固体在折流板所形成的各个隔室内作上下膨胀和沉淀运动,而整个反应器内的水流则以较慢的速度作水平流动。水流绕折流板流动而使水流在反应器内的流经的总长度增加,再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用,生物固体被有效地截留在反应器内。因此ABR反应器的水力流态更接近推流式。其次由于折流板在反应器中形成各自独立的隔室,因此每个隔室可以根据进入底物的不同而培养出与之相系统的处理效果和运行的稳定性。适应的微生物群落,从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到了分离,使ABR反应器在整体性能上相当于一个两相厌氧系统,实现了相的分离。最后,ABR反应器可以将每个隔室产生的沼气单独排放,从而避免了厌氧过程不同阶段产生的气体相互混合,尤其是酸化过程中产生的H2可先行排放,利于产甲烷阶段中丙酸、丁酸等中间代谢产物可以在较低的H2分压下能顺利的转化。
图2-1 ABR的构造
ABR反应器在整体性能上相当于一个两相厌氧处理系统。一般认为,两相厌氧工艺通过产酸相和产甲烷相的分离,两大类厌氧菌群可以各自生长在最适宜的环境条件下,有利于充分发挥厌氧菌群的活性,提高系统的处理效果和运行的稳定性。Lettinga教授在预测未来厌氧反应器的发展动向是提出了极具潜力和挑战性的新工艺思想,即分阶段多相厌氧工艺(Staged multi phase anaerobic reactor,简称SMPA)。
ABR反应器与单个UASB有显著不同。1)UASB可近似看作是一种复杂混合型反应器,而ABR是一种复杂混合型水力流态。2)UASB中酸化和产甲烷两类不同的微生物相交织在一起,各自不能很好的利用自身优势。ABR就不同了,它在各个反应室中的微生物相是逐级递变的,两大类厌氧菌群可以各自生长在最适宜的环境条件下。且递变的规律和底物降解过程协调一致,从而确保相应的微生物相拥有最佳的活性,提高系统的处理效果和运行的稳定性。
清华大学的黄永恒认真比较分析了SMPA工艺和ABR反应器的性能特点,认为ABR反应器完美的实现了SMPA工艺的思想要点,是一种很有发展前途的高效厌氧反应器。总的来说,ABR反应器具有构造简单、能耗低、抗冲击负荷能力强、处理效率高等一系列优点。当然,ABR反应器也有其不利的方面。首先,为了保证一定的水流和产气上升速度,ABR反应器不能太深。其次,进水如何均匀分布也是一个问题。再有,与单级UASB反应器相比,ABR反应器的第一格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷,这可能会导致处理效率的下降。
2.2 ABR反应器的改进
ABR反应器自80年代初诞生以来,科研人员进一步提高它的性能或者处理某些特别难降解的废水,对它进行了不同形式的优化改造。各种形式的ABR见图2-2。
图2-2 各种形式的ABR
不同形式的ABR反应器极大的丰富了ABR研究的内容,实
际研究工作时可以根据各自的需要选择合适的ABR反应器。
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ABR中生物种群及污泥的颗粒化
ABR独特的结构使不同种群的厌氧微生物在不同的隔室里生长,并呈现出良好的种群分布,实现处理功能的协调。反应器中微生物种类取决于底物、pH及温度等条件。一般随隔室的推移,反应器中的生物种群从甲烷八叠球菌为优势菌种逐渐向甲烷丝菌属、异养甲烷菌和脱硫弧菌属等转变。Boopathy等研究了HABR处理高浓度糖浆废水时污泥的颗粒化现象。启动COD容积负荷ρt从0.97kgm-3d-1逐步上升到4.33kgm-3.d-1,上流速度低于0.46m/h。仅过了一个月,反应器的三格反应室中均出现了灰色的球形颗粒污泥,它们的平均粒径约为0.55mm。三个月后这些颗粒污泥也不断长大,粒径最大可达3~3.5mm。镜检发现,在前两格反应室中,主要有两种不同形态的颗粒污泥:一种表面带有白色,主要由结构相对松散一些的长丝状菌构成;另一种外观呈深绿色,也主要由丝状菌构成,但密实程度比前一种紧,主要由金属硫化物形成。Boopathy等认为,在高选择压的作用下,甲烷丝菌容易附着在一些微小颗粒物质的表面从而形成结构松散的颗粒污泥,甲烷八叠球菌属自身容易凝聚成颗粒污泥,但密度小、容易流失,只有被甲烷丝菌属心房成的颗粒污泥捕捉、缠绕,才会形成沉降性能良好的颗粒污泥。
Barber认为颗粒污泥的粒径在反应器中部达到最大、然后沿程递减相一致。沈耀良在运用六个隔室的ABR处理高浓度的葡萄糖人工废水中也发现,第二和第三的隔室中的粒径为0.3~0.5mm、最大达4mm的污泥颗粒。其中第二隔室多为棒状污泥,第三隔室中多为椭形状。另外Orozco在用ABR处理稀释后的碳水化合物发现颗粒污泥的直径从第一隔室的5.4mm下降到第二隔室的1.5mm,而且反应器中部的污泥颗粒粒径大,数量最多。从大多数研究中还发现不同反应室中颗粒污泥浓度或粒径差异较大,在一定程度上表现出中间高 (二、三格)、两头低 (一、四)的趋势。
此外添加聚合物也对污泥颗粒化有很大的影响。如在处理高浓度冰淇淋废水中,Uyanik-S等在ABR中添加最有效的抗抑制聚合物Kymene SLX-2来加速颗粒的形成。添加聚合物也是利用大量生物膜的存在以及污泥被洗脱得少的有利条件。在有机负荷率为15kgCOD/m3d时,COD的去除率为99%。其添加聚合物的反应器中产生的甲烷要比不添加的产生的多,而且污泥颗粒形成得更早、更大、更紧凑。研究也指出ABR中不可能发生完全了产酸菌和产甲烷菌的相完全了分离。通过电镜观察,发现产酸菌在起始1、2隔室起主导作用,如甲烷球菌属、甲烷短杆菌属;产甲烷菌在第三、四隔室中起作用,如甲烷八叠球菌属。
总的来说,对ABR中污泥的颗粒化问题研究远不如UASB颗粒污泥那样广泛和深入。虽然可以借鉴对UASB颗粒污泥的研究成果,但两者反应器在构造和水力流态的不同导致生物种群上的分布和结构也有很大不同。
ABR的水力特性
反应器的水力特性及其内部的混合程度决定着废水中基质与反应器中微生物的接触情况,从而影响整个反应器的处理效果。不同的研究成果均说明另外ABR反应器具有良好的水力条件及较低的死区百分率。Grobicki和Stuckey利用示踪响应方法研究了不同水力停留时间、不同污泥浓度、不同分格数的ABR反应器的水力特性和死区百分率。结果表明,在清水条件下ABR反应器的死区百分率(水力死区+生物死区)的范围一般在5%-20%之间。实际运行条件下,ABR反应器的死区空间可以分为水力死区和生物死区。水力死区随着水力停留时间(HRT)及反应器结构的不同而变化,HRT减少则水力死区增加。生物死区与污泥浓度、气体产率及HRT有关。HRT减少则生物死区也随之减少。水力死区和生物死区随HRT相反的变化关系表明,死区百分率与HRT无明显的相关关系。Grobicki等认为ABR反应器可以看作一系列串联的完全混合反应器(CSTRs) 组合,并且各级之间基本不存在返混现象。在单个反应室内,ABR的水力特性接近于完全混合式,但从整体上看则近似于推流式,且分格数越多,ABR的水力特性越接近于推流式。
天津大学的郭静等在污泥浓度为定值时测定了ABR反应器在不同水力停留时间下的水力特性。结果表明,随着HRT的减少,ABR内死区百分率也随之减少。郭静等认为这主要是生物死区减少的结果。通过对离散数D/μL的计算,得出下列结论:ABR反应器介于理想推流式和完全混合式之间,且随着HRT的增大,离散数减小,ABR向理想推流式过度。郭静等的结果与Grobicki等的结果有矛盾的地方,王建龙认为这可能是由于郭静实验所用反应器的生物死区比水力死区大很多,故生物死区和水力死区随相反的变化趋势仅表现为生物死区的变化趋势。以上仅是笔者的一种推测,还有赖于进一步的实验验证。
王建龙等对ABR的水力特性进行了较为系统的研究。结果表明,Levenspiel方法可作为一种定性的方法来反映ABR反应器死区百分率的相对大小。我们利用数值方法完成了CSTRs模型、近似推流模型G和模型D以及Levenspiel模型的液龄分布分析,指出近似推流模型G可以较好的模拟ABR反应器在实际运行状态下的流态。
目前关于ABR反应器水力特性的研究还远远不
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ABR的特点
ABR不仅具有厌氧反应器的一系列优点,还有许多其它厌氧反应器所不具有的优点。具体如下:
工艺简单 、投资少
ABR设计简单,没有活动部件,不需要UASB、AF昂贵的进水系统和设计复杂的三相分离器,也不需要传统的厌氧消化池的机械搅拌装置和额外的澄清沉淀池。
良好的生物分布和生物固体截留能力
ABR中污泥与废水能良好混合接触,有效容积利用率高(即死区容积分数D/µL降低),因而利于污泥絮体及颗粒污泥的形成和生长,使反应器内厌氧微生物在自然地形成良好的微生物种群的分布,这利于增强反应器对冲击负荷的适应性。此外可在较短的时间内形成具有良好沉淀性能的絮凝性污泥和颗粒污泥,这也利于取得良好的固液分离效果,获得良好的出水水质,长期运行也不需要排泥。另外反应器内的折流板的阻挡作用及折流板间距的合理设置,为污泥的沉降和截留创造了一个良好的条件。
对有毒物质适应性强
由于隔板将反应器各格分隔开,所以有毒物质对反应器的影响主要集中在ABR前部,对后部的危害较小。
良好的水力条件
ABR内的折流板阻挡了各隔室间的返混作程度,减少了死区容积,有效容积大,即减少了堵塞和污泥床膨胀等现象发生的可能性,能够长时间稳定运行。有关资料也表明:在不同污泥浓度和不同水力停留时间(HRT)且稳态运行的条件下,ABR中的死区容积分数与HRT无明显的相关性。这些都利于获得良好的水力条件。
当然ABR也有其不利的方面,主要表现在:(1)为了保证一定的水流和产气上升速度,ABR不能太深;(2)进水如何均匀分布是一个问题;(3)与单极的UASB相比,ABR的第一隔室不得不承受远大于平均负荷的局部负荷,这对运行不利。
ABR反应器的启动
影响厌氧反应器启动的因素很多,包括废水的组成及浓度、接种污泥的数量和活性、环境条件(pH、θ/℃)、微量元素的补充、操作条件(COD容积负荷、水力停留时间)和反应器的结构尺寸等诸多因素[22]。WeiLand和Rozzi[23]在讨论高效厌氧反应器的启动问题时特别提出了以下需注意的问题:1. 为了丰富污泥中产甲烷菌的种类,采用几种不同来源的厌氧污泥进行接种;2.温度应在33~37℃或50~55℃范围内,pH值应在7.2~7.6范围内 ,以保证产甲烷菌的最大活性;3. COD:N:P=100:(10~1):(5~1),NH3-N<1000mg/L;4.微量金属元素的需求,尤其是Fe、Ni、Co、Mo。Henze等人则建议启动的初始COD容积负荷应低一些(ρt<1.2kgm-3 d-1 ),这有利于厌氧活性污泥的生长。Baber和D.C.Stuckey[24]系统的研究了ABR的启动方式,采取了两种启动方式:(1)固定进水基质浓度,逐步缩短HRT的启动方式;(2)固定HRT,逐步提高进水基质浓度的启动方式,因为前者从COD去除率、运行的稳定性及污泥的流失量方面衡量均优于采用后者方式启动的反应器,一般采用前者为ABR的启动方式。
ABR反应器的运行影响因素
ABR反应器运行的主要影响因素有:挥发性脂肪酸(VFA)、容积负荷、水力停留时间(HRT)、水力特性、温度、pH值等。
挥发性脂肪酸是有机物厌氧发酵过程中的重要中间产物,它反映了废水可生化性的改变情况。但VFA的过度积累会抑制甲烷菌的生长,从而使反应器的稳定时间延长。特别当反应器中的碱度充足时,用pH值很难判断挥发酸的积累程度,因此控制反应器内挥发酸浓度就显得十分重要。
容积负荷直接反应了食物与微生物之间的平衡关系,容积负荷的变化可通过改变进水浓度或改变水力停留时间来实现。
水力停留时间是控制ABR反应器运行的主要参数,它直接影响了ABR中的COD去除率。
ABR的工艺特性与其水力特性紧密相关。HRT也是影响反应器混合效果和死区百分率的重要因素,死区是指在反应器的实际运行中,存在的死角、短流和沟流现象。它使得水流在实际运行中的水力停留时间小于理论停留时间,导致运行工况与预期效果出现偏差,死区又包括水力死区与生物死区。
有机物的厌氧分解分为产酸和产甲烷两个阶段,而温度又是厌氧反应的重要影响因素之一。在一定的范围内,温度的提高不仅能加快厌氧硝化菌对有机污染物分解速率,而且还可能降低厌氧污泥混合液的粘度,而与粘度相关的污泥沉降性能又直接影响了反应器的出水水质。据报导,固体颗粒在较高的温度下有更好的沉降性能。而ABR通过控制水力停留时间,将反应控制在水解酸化阶段改变了大分于有机物的化学结构,使废水的可生化性能得到较好的改善。
pH值是常规厌氧过程中的重要参数。水解与发酵菌及产氢产乙酸菌对pH的适应范围大致为5-6.5,而甲烷菌对 pH的适应范围在6.6-7.5,一般控制在7.0左右。在硝化系统中,若水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过产甲酸阶段,则pH值降低,抑制了甲烷菌的生长。因此,选择适当的碱性药剂或对投加的碱液进行预处理很重要。但若pH值过高,可提高进水负荷使得系统内挥发酸积累,从而导致pH值下降。总的来悦,ABR内水解菌与产酸菌对pH值有较大范围的适应性,所以,用它未处理水质水波动大的工业废水非常
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5楼
有关ABR的一些论文资料,希望对大家有所帮助!!!
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6楼
上面一些资料需要CAJ阅览器!!
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7楼
又多了解了一个工艺,谢谢!
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8楼
请问ABR池里要不要填料
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9楼
ABR反应器由于其构造简单,因而其设计与UASB相比,无特殊要求。对改进型的ABR而言,其工艺设计所需考虑的主要问题是反应器的分隔数(n)和隔室内的上升流速(us)。
在具体设计中,除应在反应器的细部构造上注意创造良好的水力流线条件外,应注意所处理废水的特征和所需达到的处理程度合理地设计反应器的分隔数。一般而言,在处理低浓度废水时,不必将反应器分隔成很多隔室,而以3~4个隔室为宜;而在处理较高浓度废水时,宜将分隔数控制在6~8个,以保证在高负荷条件下,保证反应器具有复合流态特性。此外,反应器隔室的平面布置的优劣将对反应器的运行有较大的影响,研究表明,反应器上流室沿水流前进方向的长宽比宜控制在1:1~1:2之间,上流室与下流室的长度之比宜控制在10:1~5:1之间。表2-20列出了ABR处理不同废水时,不同研究推荐考虑的构造形式、相应的运行方式及应注意的问题。
上升流速ABR反应器设计中另一个重要参数。为保证良好的泥水混合接触条件,必须合理控制反应器上升流隔室的流速(us)。但在确定值us时,应根据处理高浓度有机废水和低浓度有机废水两种不同情况加以区别对待。处理高浓度废水时,其产气对促进泥水混合的作用占主导地位,因而对上升流速的控制范围较宽,且可在很低的us值下运行。一般而言,当进水CODcr浓度在3000mg/L以上时,可将us值控制在0.1~0.5m/h;当处理低浓度废水时,流速对泥水混合的促进作用就显得较为重要,宜将其控制在0.6~3.0m/h。
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10楼
你有关于ABR工艺的设计计算公式?????
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11楼
是啊,计算公式方面?
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