ABR 反应器处理生活污水的研究

 厌氧处理污水技术是一种有效的去除有机污染物的生物化学技术, 在处理高浓度有机废水中得到了广泛的应用. 近一二十年来, 人们发现用其处理生活污水亦有很好的优势和应用前景, 因而国内外抓紧了对其进行了小试, 中试研究, 并建设了一批上流式厌氧污泥床反应器(UA SB) 示范工程.美国科学家M c Carty 等人在充分认识UA SB 等第二代厌氧反应器的优点及不足的基础上, 开发出厌氧折流板反应器(A naerob ic Baff led Reacto r, 即ABR ) , 此工艺具有结构简单、运行管理方便、无须填料及对生物量具有优良的截留能力等特点, 表明了许多优于第二代厌氧反应器的独特优势, 因而被称为第三代厌氧反应器. 为此, 近年国内外对ABR 的研究较为活跃, 但一般局限于处理高浓度有机废水的研究. 用ABR 处理生活污水的研究在国内未见报道, 仅在国外有个别运行先例. 我们试验了用ABR 处理生活污水, 取得明显的效果.

        1 实验部分

        1. 1 试验装置

        自制35L 有机玻璃五隔室ABR 反应器.

        1. 2 实验指标和测定方法

        1. 2. 1 实验指标　选取生活污水常规污染指标,即有机物污染指标COD (化学需氧量) , 水体富营养化指标氨氮、磷酸盐.

        1. 2. 2 测定方法　测定方法及标准号见表1.

        表1　污染指标测定方法[4 ]

        污染指标名称 测定方法 标准号

        COD 重铬酸钾法 GB11914- 89

        氨氮 预蒸镏-滴定法 GB7478- 87

        磷酸盐 磷钼蓝光度法 GB11893- 89

        1. 3 实验方法

        1. 3. 1 ABR 对污染物去除效率的实验　取武汉化工学院职工宿舍生活污水水样, 连续从高位槽按HRT 控制滴入速度输入已启动运行正常的ABR反应器中, 按日测一次试验处理效果.

        1. 3. 2 ABR 处理效果的影响因素及不同隔室作用效果实验　控制不同的HRT、反应温度、环境温度, 测试ABR 出水水质及不同隔室的作用效果.

        2 结果与讨论

        2. 1 试验结果

        2. 1. 1 ABR 对污染物去除效果的实验结果ABR 对污染物去除效果的实验中有统计价值的21 d 实验, 结果见表2. 表2 中除10 月13 日HRT水力停留时间为3 h, 10 月17 日为2 h, 其他时间HRT 均为8 h.

        2. 1. 2 ABR 对污染物去除效果影响因素及不同隔室作用效果　ABR 对污染物去除效果影响因素及不同隔室作用效果的实验, 结果见表3.

        2. 2 讨论

        2. 2. 1 ABR 对不同污染物的去除效果

        (1) 对COD 的去除效果

        COD 是化学需氧量的简称, 是衡量水体有机污染的一个最重要指标 , 也是国家“十五”期间对主要污染的实施总量控制的六大指标之一. 从表2可以看出ABR 反应器对COD 有很好的去除效果, 在21 d 的测试中, 已有16 d 的出水水质达GB8978- 1996《污水综合排放标准》的二级排放标准(≤150 m g/L ) [ 6 ]、7 d 的水质达到或接近一级排放标准(≤100 m göL ) , 分别占76. 2%、33. 3% ,10 月8 日的实验中, COD 从385. 0 m g/L 降至90. 0 m g/L , 去除率高达76. 62% , 表明ABR 反应器对去除有机污染物有巨大的潜能和广阔的前景.

        (2) 对氨氮的去除效果

        ABR 反应器对氨氮的去除率普遍不高, 甚至出现负值, 这符合水体中氮素化合物的转化规律.水体中的有机氮在厌氧条件下通过厌氧菌的作用转化的氨氮, 可使氨氮含量上升; 而氨氮在无氧或缺氧条件下无法向NO 2、NO 3 转化, 因而难以去除. 在生活污水处理系统中,ABR 必须与好氧处理单元联用, 组成厌氧2好氧处理系统才能既有效去除COD, 又有效去除氨氮.

        (3) 对磷酸盐的去除效果

        ABR 反应器对磷酸盐的去除效果也普遍不佳, 甚至出现负值, 这也是从科学道理上可以预见的. 因为在厌氧条件下, 有机磷可以向无机磷酸盐转化, 使磷酸盐出现上升的可能. 磷的脱除则须通过好氧过程大量吸收磷, 通过排泥过程使磷去除. ABR 和其他厌氧反应器一样, 只能产生释放磷作用, 当然, 这也是脱磷的一个不可缺少的程序.从除磷的要求来看, ABR 也必须参与厌氧2好氧(含排泥过程) 的处理系统才能完成.

        2. 2. 2 ABR 对污染物去除效果的影响因素及不同隔室的作用效果

        (1)HRT 的影响

        HRT 对污染物去除效果的影响见表2. 一般说来, HRT 越长, 去除效果越好, 但过长的HRT则不利于处理量, 因此, 达到较为理想的去除效果的前提下, 应尽可能减小HRT. 本实验中6～ 10 h的HRT 已有较理想的去除率, 主要指标COD 仅通过ABR 一般即可达二级排放标准. 采用UA SB处理城市生活污水, 取得> 65%以上的COD 去除率, HRT 须13～ 15 h, 由此可见, ABR 优于UA SB. 10 月13 日曾将HRT 缩短为3 h, 10 月17日将HRT 缩短为2 h, 去除率明显下降, 因而用ABR 处理城市生活污水HRT 在6 h 以上为宜.

        (2) 反应温度的影响厌氧处理一般不适于处理温度低于20℃的污水, 主要原因是厌氧菌生长缓慢, 反应时间过长, 用UA SB 处理城市生活污水取得> 65%以上的COD去除率, HRT 控制为13～ 15 h, 反应温度须不低于20℃. 但本研究采用ABR 的实验结果表明, 大于20℃的反应温度固然有较好的处理效果, 但低于20℃仍可获得较理想的出水水质. 12 月21 日ABR进水水温为18℃, 出水为13℃; 12 月23 日出水水温为16. 5℃, ABR 出水水质分别为128 m g/L 、142 m g/L , 均已达二级排放标准, 为下一单元用好氧法处理使其达一级标准创造了良好条件.

        (3) 环境温度的影响

        表3 所进行的试验均在冬季进行, 实验室环境温度均只有几度, 甚至低到0℃, 为使ABR 反应器能进行正常运行, 对进口原水进行了不同程度的加温试验, 而对ABR 则只进行了简易的保温处理.从表3 的数据可见, 环境温度过低(8℃以下) 会对
处理效果带来不良影响. 若将ABR 应用于埋地式处理系统中, 稳定的地下温度条件将对ABR 的运行将十分适宜.

        (4) 不同隔室的处理效果

        从表3 可以看出, 第一隔室一般有较为明显的COD 去除效果, 这符合厌氧消化的一般规律. COD总去除率较高的12 月21 日和10 月22 日(分别为65. 78% 和70. 9% ,ABR 出水COD 指标均已达到GB8978- 1996 二级水质要求) , 第三隔室却发挥了非常关键的作用, 其去除率分别高达12. 30%、34. 49%. 12 月27 日ABR 出水水质未达二级标
准, 但其进口原水水质COD 较高(470 m göL ) , 出水COD 去除率也达55. 53% , 其中第二隔室发挥了较好的去除作用, COD 去除贡献率为21. 28%.第三隔室的去除作用也比较明显, COD 去除贡献率为8. 93%. 如何创造条件, 强化第二隔室、第三隔室的去除作用, 是下一步应继续深入研究的问题. 这也是使ABR 发挥第三代厌氧反应器优势的关键所在. ABR 隔室数量应设计为几个最为适宜,也待进一步深化研究.

        3 结论

        (1)ABR 反应器对生活污水中的COD 有很好的去除效果, 单独使用即可使生活污水中的COD出水指标达到GB8978- 1996 的二级水质标准, 较理想的操作可使其达到或接近一级水质标准.(2)ABR 应用在生活污水处理系统中, 须与其他处理单元联用, 以使进一步保证COD 稳定地达到一级排放标准, 并同时去除氨氮和磷酸盐, 使出水水质氮磷达标.

        (3)ABR 反应器处理生活污水6～ 10 h 即可得到较好的出水效果, 明显优于UA SB 13～ 15 h的水平.

        (4) 18℃左右的反应温度亦取得了较好去除效果, 明显优于UA SB 对生活污水水温高于20℃的要求. 由此可见,ABR 反应器适宜于埋地式应用.

        (5) 环境温度过低不利于ABR 运行, 须进行保温处理.

        (6) 第二、第三隔室对ABR 去除COD 发挥了明显的关键作用. 为何创造条件, 进一步强化第二、第三隔室的作用, 须进一步研究.