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1、厌氧折流板反应器ABR简介1、什么是 ABR 反应器？ABR 被称为第三代厌氧反应器，其不仅生物固体截留能力强，而且水力混合 条件好。随着厌氧技术的发展，其工艺的水力设计已由简单的推流式或完全混合 式发展到了混合型复杂水力流态。第三代厌氧反应器所具有的特点包括：反应器 具有良好的水力流态，这些反应器通过构造上的改进，使其中的水流大多呈推流 与完全混合流相结合的复合型流态，因而具有高的反应器容积利用率，可获得较 强的处理能力；具有良好的生物固体的截留能力，并使一个反应器内微生物在不 同的区域内生长，与不同阶段的进水相接触，在一定程度上实现生物相的分离， 从而可稳定和提高设施的处理效果；通过构造上
2、改进，延长水流在反应器内的流 径，从而促进废水与污水的接触。厌氧折流反应器是在UASB基础上开发出的一种新型高效厌氧反应器，厌氧 折流反应器（ABR ）的优点：指标优点反应器结构结构简单、无运动部件、无需机械混合装置、造价低、容积利用率 高、不易阻塞、污泥床膨胀程度较低而可降低反应器的总高度、投 资成本和运转费用低生物量特性对生物体的沉降性能无特殊要求、污泥产率低、剩余污泥量少、泥 龄高、污泥无需在载体表面生长、不需后续沉淀池进行泥水分离工艺的运行水力停留时间短、可以间歇的方式运行、耐水力和有机冲击负荷能力强，对进水中的有毒有害物质具有良好的承受力、可长运行时间而无需排泥2、ABR 反应器的基
3、本原理及其工艺构造：ABR 反应器中使用一系列垂直安装的折流板使被处理的废水在反应器内沿 折流板作上下流动，借助于处理过程中反应器内产生的沼气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。由于污水在折流板的作用下，水流绕折流板流动而使 水流在反应器内的流径的总长度增加，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。由此可见，虽然在构造上 ABR 可以看作是多个 UASB 的简单串联，但在工艺 上与单个UASB有着显著的不同，UASB可近似看作是一种完全混合式反应器，ABR 则由于上下折流板的阻挡和分隔
4、作用，使水流在不同隔室中的流态呈完全混合态 （水流的上升及产气的搅拌作用），而在反应器的整个流程方向则表现为推流态。 在反应动力学的角度，这种完全混合与推流相结合的复合型流态十分利于保证反 应器的容积利用率、提高处理效果及促进运行的稳定性，是一种极佳的流态形式。 同时，在一定处理能力下，这个复合型流态所需的反应器容积也比单个完全混合 式的反应器容积低很多。ABR工艺在反应器中设置了上下折流板而在水流方向形成依次串联的隔室， 从而使其中的微生物种群沿长度方向的不同隔室实现产酸和产甲烷相的分离，在 单个反应器中进行两相或多相的运行。也就是说，ABR工艺可在一个反应器内实 现一体化的两相或多相处理过
5、程。在结构构造上，ABR比UASB更为简单，不需要结构较为复杂的三相分离器, 每个隔室的产气可单独收集以分析各隔室的降解效果、微生物对有机物的分解途 径、机理及其中的微生物类型，也可将反应器内的产气一起集中收集。ABR反应器有两种不同的构造型式。图一为改进前的ABR反应器构造型式。 这种反应器中的折流板是等间距均匀设置的，折板上不设转角。这种构造型式的ABR反应器所存在的不足是，由于均匀地设置了上下折流板，加之进水一般为下 向流形式的，因而容易产生短流、死区及生物固体的流失等问题。图二为改进后 的ABR反应器构造型式。改进后的ABR反应器中，其折流板的设置间距是不均等的， 且每一块折流板的末端
6、都带有一定角度的转角。3、ABR 反应器的改进研究 ：图三不同型式的ABR反应器改进型（A）统一集气；（B）独立设置集气室；（C）等间距折流板；（D）混合折流板;（E）设置填料和沉淀区的混合型；（F）等间距敞口式；（G）扩大第一隔室；（H-J） 增设填料的不同形式符号：W一废水；B沼气；E 出水；S污泥ABR 反应器改进研究主要集中于以下方面：（1）图三中（A）、（B）、（E）、（G-J）：减少下流室的宽度，增加上流室的宽度， 是污泥集中在上流室，以此增加泥水的接触，并利于污泥的截留。（2）图三中（A）、（B）、（E）、（G-J）：折流板边缘设置倾角（常为4045度）， 使废水通过下流室，从上
7、流室的底部中心进入，提高隔室进水的均匀性。（3）图三中（E）、（F）、（H-J）：在各隔室的上、中部或整体增设填料，或同时 在 ABR 的末端增设沉淀室，以拦截并贮存在高负荷条件下因大量产气的剧烈混合 带出的污泥，强化污泥截留能力，称为复合型 ABR。（4）图三中（G）：采用两隔室结构，增加第一隔室的容积，以减小其上升流速, 使进水中的 SS 和反应器内的污泥截留在第一隔室，利于处理高 SS 浓度的废水。（5）图三中（B）、（C）、（E）、（G）：将集气室分割独立设置，利于产气成分的分 析及运行稳定性的控制，主要是由于 ABR 前端隔室以产酸为主，其产气中含有较 多的H2和CO2，独立收集可以
8、减少各隔室的H2分压和CO2分压，利于PH值的 控制，防止酸化以及减少氢分压对物质转化过程的影响。（6）图三中（A）、（B）、（F-J）：它与原有反应器构造的不同之处还在于，改进 后的 ABR 中一方面采用了上向流室加宽、下向流室变在窄的结构形式，由于上向 流室中水流的上升流速较小而可使大量微生物固体被截留在各上向流室内；另一 方面在上向流室的进水一侧折流板的下部设置了一个角度约为45度的转角以避 免水流进入该室时产生的冲击作用，起到缓冲水流和均匀布水的作用，从而利于 对微生物固体的有效截留利用、利于微生物的生长并保证处理效果。这种构造形 式的反应器能在各个隔室（主要是上向流室）中形成性能稳定
9、、种群配合良好的 微生物链，以适应于流经不同隔室的水流水质情况，有机物被不同隔室中的不同 类型微生物降解。4、ABR 反应器的工艺特征：（ 1 ） 良好的水力条件： 反应器内的水力条件是影响处理效果的重要因素之一。通过使用示踪剂对反 应器内水流停留时间分布，可分析其死区容积分数和混合状态。研究表明， ABR 的容积利用率要高于其他型式的反应器。随处理水量的增加，产气量提高，促进 了返混作用，但同时由于折流板的阻挡作用，阻止了各间隔室间的混合作用，因 而就整个反应器而言，具有推流式的流态，且分隔室越多，越趋于推流态。因此， 可把运行中的 ABR 看作一个由一系列混合良好的 CSTR 的串联反应器
10、，因而具有 较强的处理能力，如图：进术PF下淞室CSTR,CSTRlCSTRn图四朮右流芬(2) 稳定的生物固体截留能力：ABR具有对生物固体的良好而稳定的截留能力。ABR反应器中80%的生物固体 集中在上向流室内形成高浓度的污泥层，其浓度可高达50-80g/l。污泥具有良 好的沉降性能，不受进水量的变化而影响产气。但UASB则可能在高的水力负荷 条件下发生污泥流失问题。ABR的生物固体截留能力是由上述良好的水力流态造 成的。因此，ABR的运行是稳定可靠的。(3) 良好的颗粒污泥形成及微生物种群的分布：ABR中，上向流室中的水流类似于UASB。虽然颗粒污泥的形成并不是ABR工 艺的关键，但它可
11、确实形成颗粒污泥。形成颗粒污泥的甲烷菌在ABR中具有良好 的分布，而在不同隔室中以优势种群存在。如在前端隔室中主要以八叠球菌属为 主；在中间隔室中以甲烷丝菌属为主；在后端隔室中则存在异氧甲烷菌和脱硫弧 菌等。这种分布使ABR具有稳定而高效的处理效果。(4) 良好而稳定的处理效果：ABR 反应器处理工艺能很有效地处理不同中高浓度有机废水5、ABR 反应器数学模型的研究( 1) ABR 反应器混合流态理论 废水厌氧生物处理反应器通常是以连续的方式运行，因而其中物料的混合状 况反应了进水基质在反应器内停留的时间(HRT)的分布状况，常将这种具有不 同HRT的物料之间的混合称之为返混。理论上把反应器内
12、完全不存在物料间返 混流态称作推流(PF)，并将反应器称之为推流式反应器(CPFR)；把反应器内 不同物料间存在最大限度返混的流态称之为完全混合流，该反应器称之为完全混 合反应器(CSTR)。CSTR 和 CPFR 是理想流态生物反应器的两种典型代表。 这两种不同的流 动特性与反应器中所进行的反应本身的动力学密切相关。由生物反应动力 学米门（ M-M ）方程可知，对于无抑制单一底物的生化反应，在相同反应 条件下达到相同的有机底物去除率时， CSTR 和 CPFR 两者所需的反应器容积 比可用下式表示。K （卩 、U +m （ CSTR）V cstr S 1 一卩CSTR =0CSTRV K1C
13、PFR 卩+ m n CPFRS 1 一 卩0CPFR式中： V CSTR 所需的容积；CSTRV CPFR 所需的容积；CPFR卩 一CSTR中底物最大降解速率；CSTR卩 一CPFR中底物最大降解速率；CPFRK 一饱和常数；mS 一有机底物初始浓度。0由上式可知， 为达到相同有机底物降解效果， CSTR 所需的容积比 CPFR 所需的大，或前者比后需要更多的生物量（污泥） ，并且所要求达到的去除 率越高，两者所需的容积差异越大。这说明，所要求的处理率越高，则返 混作用的影响愈明显。因而为获得既经济合理又良好的处理效果，应采用 CPFR 流态的反应器运行方式及相应的构造形式。此外，随着K
14、/Cs 值由零m0 逐渐向无穷大过渡时，反应速率与反应物浓度的关系由零级变为一级，相 应两种反应器所需的容积比增大，反之则减小。这说明，在低的底物浓度 下，返混作用对处理效果的影响将变得十分明显，而在高的底物浓度下， 返混的影响将削弱。显然，理想推流和理想完全混合是反应器内返混情况的两个极端，实际生物 反应器内流体的返混状况往往介于上述两种情况之间，为非理想流态。实际 反应 器中 混合 流态 可通 过寿 命停 留时 间分 布（ Retention Time DistributionRTD）的方法加于研究。物料粒子在反应器中的RTD是一个随机 过程，通常可用概率分布的方法，即RTD密度函数E（t
15、）来加于描述。E （t） 的含义为：在同时进入反应器的 N 个粒子中，其中停留时间在介于 t 和 t+dt 之间的流体粒子所占的百分率定义为E (t) dt (如图2所示)根据E (t)的定义, 有：E (t) =0(tVO)E (t)O (tO)L E (t )dt 二 10dtt t+dt图2 反应器的 RTD 密度函数RTD通常采用示踪应答实验方法测定，其中最常用的是脉冲法。计算公式如下：tc(t )At0艺 c(t )At12 c(t )At5 =- (t )2t yc(t)At0其中：(t)为平均停留时间;方差5 2表示均值的离散程度； tC(t)表示时间t时测定的示踪剂质量浓度，mg/L；At 表示示踪剂测定取样时间间隔。实际工程运行中，根据废水厌氧处理的要求，往往有数个反应器或将一个反应器分隔为数个隔室串联运行，因而研究串联系统中流体或生物处理反应器中的 混合状况并由此对处理工艺进行优化设计和运行控制，需要了解个反应器的混合 状况及最优的反应器或分隔数，因而需要对系统的混合模式加于考察。其中模型 参数N和反映反应器轴向混合的毕克列准数（Peclet）是两个重要参数。N是表 示用N个串联的完全混合反应器来模拟一个实际反应器的混合流态
