ABR 厌氧折流板反应器 概述

废水中氨氮的构成主要有两种，一种是氨水形成的氨氮，一种是无机氨形成的氨氮，主要是硫酸铵、氯化铵等。氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一， 对这类污水进行回收利用时还会对管道中的金属产生腐蚀作用， 缩短设备和管道的寿命，增加维护成本。

  一、 ABR 反应器概念  

美国Stanford大学的McCarty及其合作者于1982年在厌氧生物转盘反应器的基础上改进开发出了厌氧折板反应器ABR(Anaerobic Baffled Reactor，简称ABR)。ABR又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。

二、ABR 反应器的基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1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2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都带有一定角度的转角。

   三、ABR特点   

（1）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；

（2）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；

（3）通过构造上改进，延长水流在反应器内的流径，从而促进废水与污水的接触。

  四、ABR 的优缺点  

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。

缺点：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。

  五、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。

   六、影响因素   

1、温度

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。

2、容积负荷

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水力停留时间来实现。

3、水力停留时间(HRT)

水力停留时问是控制ABR反应器运行的主要参数，它直接影响了ABR中的COD去除91。不同的HRT决定着不同的上流室上升流速，而上升流速是ABR反应器设计中需要考虑的一个重要因素。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(Vs)。但在确定值s时，应根据拟处理废水的不同情况加以区别对待。对于低浓度废水，建议采用较短的HRT，以增强传质效果，促进水流混合，缓解反应器后部污泥基质不足的问题。但HRT不宜过短，过短的HRT容易造成沟流现象，不仅影响处理效果，而且会使污泥流失。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s下运行。故对高浓度废水，建议采用较长的HRT，以防止因产气作用而造成的污泥流失，否则须加装填料以减少污泥流失。

4、pH值

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。总的来说， ABR 内水解菌与产酸菌对 pH 值有较大范围的适应性。

5、挥发性脂肪酸(VFA)

挥发性脂肪酸是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。因此控制反应器内VFA的含量就显得十分重要。

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