ABR 反應器處理生活污水的研究
厭氧處理污水技術是一種有效的去除有機污染物的生物化學技術, 在處理高濃度有機廢水中得到了廣泛的應用. 近一二十年來, 人們發現用其處理生活污水亦有很好的優勢和應用前景, 因而國內外抓緊了對其進行了小試, 中試研究, 并建設了一批上流式厭氧污泥床反應器(UA SB) 示范工程.美國科學家M c Carty 等人在充分認識UA SB 等第二代厭氧反應器的優點及不足的基礎上, 開發出厭氧折流板反應器(A naerob ic Baff led Reacto r, 即ABR ) , 此工藝具有結構簡單、運行管理方便、無須填料及對生物量具有優良的截留能力等特點, 表明了許多優于第二代厭氧反應器的獨特優勢, 因而被稱為第三代厭氧反應器. 為此, 近年國內外對ABR 的研究較為活躍, 但一般局限于處理高濃度有機廢水的研究. 用ABR 處理生活污
水的研究在國內未見報道, 僅在國外有個別運行先例. 我們試驗了用ABR 處理生活污水, 取得明顯的效果.
1 實驗部分
1. 1 試驗裝置
自制35L 有機玻璃五隔室ABR 反應器.
1. 2 實驗指標和測定方法
1. 2. 1 實驗指標 選取生活污水常規污染指標,即有機物污染指標COD (化學需氧量) , 水體富營養化指標氨氮、磷酸鹽.
1. 2. 2 測定方法 測定方法及標準號見表1.
表1 污染指標測定方法[4 ]
污染指標名稱 測定方法 標準號
COD 重鉻酸鉀法 GB11914- 89
氨氮 預蒸鎦-滴定法 GB7478- 87
磷酸鹽 磷鉬藍光度法 GB11893- 89
1. 3 實驗方法
1. 3. 1 ABR 對污染物去除效率的實驗 取武漢化工學院職工宿舍生活污水水樣, 連續從高位槽按HRT 控制滴入速度輸入已啟動運行正常的ABR反應器中, 按日測一次試驗處理效果.
1. 3. 2 ABR 處理效果的影響因素及不同隔室作用效果實驗 控制不同的HRT、反應溫度、環境溫度, 測試ABR 出水水質及不同隔室的作用效果.
2 結果與討論
2. 1 試驗結果
2. 1. 1 ABR 對污染物去除效果的實驗結果ABR 對污染物去除效果的實驗中有統計價值的21 d 實驗, 結果見表2. 表2 中除10 月13 日HRT水力停留時間為3 h, 10 月17 日為2 h, 其他時間HRT 均為8 h.
2. 1. 2 ABR 對污染物去除效果影響因素及不同隔室作用效果 ABR 對污染物去除效果影響因素及不同隔室作用效果的實驗, 結果見表3.
2. 2 討論
2. 2. 1 ABR 對不同污染物的去除效果
(1) 對COD 的去除效果
COD 是化學需氧量的簡稱, 是衡量水體有機污染的一個最重要指標 , 也是國家“十五”期間對主要污染的實施總量控制的六大指標之一. 從表2可以看出ABR 反應器對COD 有很好的去除效果, 在21 d 的測試中, 已有16 d 的出水水質達GB8978- 1996《污水綜合排放標準》的二級排放標準(≤150 m g/L ) [ 6 ]、7 d 的水質達到或接近一級排放標準(≤100 m göL ) , 分別占76. 2%、33. 3% ,10 月8 日的實驗中, COD 從385. 0 m g/L 降至90. 0 m g/L , 去除率高達76. 62% , 表明ABR 反應器對去除有機污染物有巨大的潛能和廣闊的前景.
(2) 對氨氮的去除效果
ABR 反應器對氨氮的去除率普遍不高, 甚至出現負值, 這符合水體中氮素化合物的轉化規律.水體中的有機氮在厭氧條件下通過厭氧菌的作用轉化的氨氮, 可使氨氮含量上升; 而氨氮在無氧或缺氧條件下無法向NO 2、NO 3 轉化, 因而難以去除. 在生活污水處理系統中,ABR 必須與好氧處理單元聯用, 組成厭氧2好氧處理系統才能既有效去除COD, 又有效去除氨氮.
(3) 對磷酸鹽的去除效果
ABR 反應器對磷酸鹽的去除效果也普遍不佳, 甚至出現負值, 這也是從科學道理上可以預見的. 因為在厭氧條件下, 有機磷可以向無機磷酸鹽轉化, 使磷酸鹽出現上升的可能. 磷的脫除則須通過好氧過程大量吸收磷, 通過排泥過程使磷去除. ABR 和其他厭氧反應器一樣, 只能產生釋放磷作用, 當然, 這也是脫磷的一個不可缺少的程序.從除磷的要求來看, ABR 也必須參與厭氧2好氧(含排泥過程) 的處理系統才能完成.
2. 2. 2 ABR 對污染物去除效果的影響因素及不同隔室的作用效果
(1)HRT 的影響
HRT 對污染物去除效果的影響見表2. 一般說來, HRT 越長, 去除效果越好, 但過長的HRT則不利于處理量, 因此, 達到較為理想的去除效果的前提下, 應盡可能減小HRT. 本實驗中6～ 10 h的HRT 已有較理想的去除率, 主要指標COD 僅通過ABR 一般即可達二級排放標準. 采用UA SB處理城市生活污水, 取得> 65%以上的COD 去除率, HRT 須13～ 15 h, 由此可見, ABR 優于UA SB. 10 月13 日曾將HRT 縮短為3 h, 10 月17日將HRT 縮短為2 h, 去除率明顯下降, 因而用ABR 處理城市生活污水HRT 在6 h 以上為宜.
(2) 反應溫度的影響厭氧處理一般不適于處理溫度低于20℃的污水, 主要原因是厭氧菌生長緩慢, 反應時間過長, 用UA SB 處理城市生活污水取得> 65%以上的COD去除率, HRT 控制為13～ 15 h, 反應溫度須不低于20℃. 但本研究采用ABR 的實驗結果表明, 大于20℃的反應溫度固然有較好的處理效果, 但低于20℃仍可獲得較理想的出水水質. 12 月21 日ABR進水水溫為18℃, 出水為13℃; 12 月23 日出水水溫為16. 5℃, ABR 出水水質分別為128 m g/L 、142 m g/L , 均已達二級排放標準, 為下一單元用好氧法處理使其達一級標準創造了良好條件.
(3) 環境溫度的影響
表3 所進行的試驗均在冬季進行, 實驗室環境溫度均只有幾度, 甚至低到0℃, 為使ABR 反應器能進行正常運行, 對進口原水進行了不同程度的加溫試驗, 而對ABR 則只進行了簡易的保溫處理.從表3 的數據可見, 環境溫度過低(8℃以下) 會對
處理效果帶來不良影響. 若將ABR 應用于埋地式處理系統中, 穩定的地下溫度條件將對ABR 的運行將十分適宜.
(4) 不同隔室的處理效果
從表3 可以看出, 第一隔室一般有較為明顯的COD 去除效果, 這符合厭氧消化的一般規律. COD總去除率較高的12 月21 日和10 月22 日(分別為65. 78% 和70. 9% ,ABR 出水COD 指標均已達到GB8978- 1996 二級水質要求) , 第三隔室卻發揮了非常關鍵的作用, 其去除率分別高達12. 30%、34. 49%. 12 月27 日ABR 出水水質未達二級標
準, 但其進口原水水質COD 較高(470 m göL ) , 出水COD 去除率也達55. 53% , 其中第二隔室發揮了較好的去除作用, COD 去除貢獻率為21. 28%.第三隔室的去除作用也比較明顯, COD 去除貢獻率為8. 93%. 如何創造條件, 強化第二隔室、第三隔室的去除作用, 是下一步應繼續深入研究的問題. 這也是使ABR 發揮第三代厭氧反應器優勢的關鍵所在. ABR 隔室數量應設計為幾個最為適宜,也待進一步深化研究.
3 結論
(1)ABR 反應器對生活污水中的COD 有很好的去除效果, 單獨使用即可使生活污水中的COD出水指標達到GB8978- 1996 的二級水質標準, 較理想的操作可使其達到或接近一級水質標準.(2)ABR 應用在生活污水處理系統中, 須與其他處理單元聯用, 以使進一步保證COD 穩定地達到一級排放標準, 并同時去除氨氮和磷酸鹽, 使出水水質氮磷達標.
(3)ABR 反應器處理生活污水6～ 10 h 即可得到較好的出水效果, 明顯優于UA SB 13～ 15 h的水平.
(4) 18℃左右的反應溫度亦取得了較好去除效果, 明顯優于UA SB 對生活污水水溫高于20℃的要求. 由此可見,ABR 反應器適宜于埋地式應用.
(5) 環境溫度過低不利于ABR 運行, 須進行保溫處理.
(6) 第二、第三隔室對ABR 去除COD 發揮了明顯的關鍵作用. 為何創造條件, 進一步強化第二、第三隔室的作用, 須進一步研究.
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