傅大放¹，靳強(qiáng)¹，周培國(guó)¹，周學(xué)峰²，馬運(yùn)才³
(1.東南大學(xué)土木工程學(xué)院，2. National University of Singapore；3.?滕州市污水處理廠)

　　摘要：通過(guò)正交試驗(yàn)，探討了ASBR工藝最為重要的兩個(gè)操作參數(shù)即充水時(shí)間和負(fù)荷率對(duì)ASBR工藝過(guò)程的影響。試驗(yàn)表明，充水時(shí)間和負(fù)荷率顯著影響著ASBR的工藝過(guò)程，如出水水質(zhì)、循環(huán)周期等。而且，充水時(shí)間和負(fù)荷率相互之間也存在著制約關(guān)系。
　　關(guān)鍵詞：ASBR；工藝特性；廢水處理
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2000)10-0001-05

Study on Performance of Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) Process
FU Da?fang1，JIN Qiang1，ZHOU Pei?guo¹，ZHOU Xue?feng²，MA Yun?cai³
(1.School of Civil Eng.,Southeast Univ.,Nanjing 210096,China; 2.National Univ.of Singapore; 3.Tengzhou Wastewater Treatment Plant,Tengzhou 277500,China)

　　Abstract：Two essential operational parameters of (ASBR)-fill time and organic loading rate were discussed for their effects on the process performance through orthogonal tests.The results showed that fill　time and organic loading rate affected the process performance such as effluent quality and cycle time significantly.Furthermore,fill time and organic loading rate were conditioned each other.Keywords:ASBR;process performance;wastewater treatment

　　年來(lái)，厭氧條件下的SBR工藝(即ASBR)也成為研究的熱點(diǎn)。自1986年起，美國(guó)、新加坡等國(guó)的學(xué)者對(duì)ASBR的啟動(dòng)、處理效果的提高及影響因素作了初步的探討，1995年后，國(guó)外學(xué)者對(duì)ASBR工藝的研究才有所細(xì)化。大量的文獻(xiàn)表明，目前對(duì)ASBR工藝的研究還不夠充分^［1～6］，而國(guó)內(nèi)至今未見關(guān)于ASBR工藝研究的報(bào)道。
　　作者在國(guó)內(nèi)率先開展了對(duì)ASBR工藝特性的研究，通過(guò)充水時(shí)間及負(fù)荷率的正交試驗(yàn)，來(lái)探討其對(duì)ASBR工藝過(guò)程的影響，并進(jìn)一步確定ASBR工藝的最佳操作參數(shù)，為ASBR工藝向工業(yè)化方向發(fā)展提供基礎(chǔ)技術(shù)資料。

　　1  試驗(yàn)設(shè)備與方案

　　1.1 反應(yīng)器
　　反應(yīng)器有效體積為4.0 L(如圖1)。

　　1.2 廢水水樣
　　試驗(yàn)采用人工葡萄糖配水，為了準(zhǔn)確地確定充水時(shí)間和負(fù)荷率對(duì)ASBR工藝的影響，在配水中以葡萄糖作為唯一碳源，同時(shí)加入?yún)捬跷⑸镎Ｉ砘顒?dòng)所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素及其他微量元素，具體配水方案見表1。

　　1.3 試驗(yàn)方案
　　以ASBR工藝兩個(gè)最為重要的操作參數(shù)充水時(shí)間及負(fù)荷率為變量，通過(guò)正交試驗(yàn)來(lái)確定其對(duì)底物降解規(guī)律、出水水質(zhì)、循環(huán)周期的影響。綜合考慮兩個(gè)重要因素影響的顯著性和反應(yīng)器所能承受的極限，按表2所示因素及水平進(jìn)行試驗(yàn)。

　　氣體采用排水集氣法，對(duì)所用水進(jìn)行酸化是為了防止氣體中某些組分的溶解，氣體體積以氣體高度與集 氣筒面積之積來(lái)計(jì)量。

　　2   試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1  充水時(shí)間對(duì)ASBR工藝過(guò)程的影響分析
　　①充水時(shí)間對(duì)底物降解規(guī)律的影響
　　在負(fù)荷為3.82 g/L和充水時(shí)間分別為10、60、420min時(shí)COD值隨時(shí)間的變化曲線如圖2。
　　圖2表明，ASBR工藝過(guò)程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。反應(yīng)器中COD值等都是時(shí)間的函數(shù)，都具有一個(gè)先增大后減小的過(guò)程，存在一個(gè)最大值和最后的穩(wěn)定值。最大值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)稱為極點(diǎn)，最先達(dá)到穩(wěn)定值的點(diǎn)稱為穩(wěn)定點(diǎn)，這兩個(gè)點(diǎn)是曲線的特征點(diǎn)。在不同的充水時(shí)間條件下，由于進(jìn)料速率和降解速率的差異，使得曲線的特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的最大值和穩(wěn)定值大小并不相同，這說(shuō)明充水時(shí)間顯著影響著ASBR的工藝過(guò)程。

　?、诔渌畷r(shí)間對(duì)出水水質(zhì)的影響
　　在不同工況下分別對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，COD去除率均高達(dá)99%以上，但用COD去除率來(lái)表征工藝性能有很大局限性，所以采用出水COD值和可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果如圖3和圖4所示。

　　在相同的負(fù)荷率條件下，當(dāng)充水時(shí)間不同時(shí)，出水COD值、可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度的差別很小，在測(cè)量的誤差范圍之內(nèi)。ASBR工藝過(guò)程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，微生物的生存環(huán)境也是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，但是充水時(shí)間對(duì)過(guò)程的影響是短暫的，所以當(dāng)反應(yīng)時(shí)間充足時(shí)，不同的充水時(shí)間都可以達(dá)到相同的出水水質(zhì)。
　?、鄢渌畷r(shí)間對(duì)循環(huán)周期的影響
　　圖2表明，由于充水時(shí)間的不同，COD值、可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的濃度和產(chǎn)甲烷速率出現(xiàn)穩(wěn)定值的時(shí)間有很大差別。為了研究的需要，本試驗(yàn)中ASBR工藝的循環(huán)周期是一定的，但是在實(shí)際操作中是與充水時(shí)間有關(guān)的，是隨著工藝條件的變化而變化的，反應(yīng)階段的終止應(yīng)以COD值、可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的濃度和產(chǎn)甲烷速率出現(xiàn)穩(wěn)定值的時(shí)間為標(biāo)志。為了得到充水時(shí)間對(duì)循環(huán)周期的影響規(guī)律，把最先達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間對(duì)充水時(shí)間作圖于圖5。

　　　在相同負(fù)荷下，循環(huán)周期隨著充水時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，相反則縮短。如在負(fù)荷為3.82g/L，充水時(shí)間為10、60、420min時(shí)，循環(huán)周期分別為1 140、1200、1380min。這是因?yàn)槌渌畷r(shí)間短，使得每一循環(huán)前期底物的平均濃度高，酸化速率大，控速底物可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的濃度大，產(chǎn)甲烷速率大，出水COD值和可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的濃度較快達(dá)到穩(wěn)定值，相反充水時(shí)間長(zhǎng)，則較慢達(dá)到穩(wěn)定值。由于沉降階段和排水階段所需的時(shí)間是基本不變的，所以充水時(shí)間顯著地影響著循環(huán)周期，且越短越好，避免VFA積累到抑制濃度或毒害濃度。
　　2.2  負(fù)荷對(duì)ASBR工藝過(guò)程的影響
　?、儇?fù)荷對(duì)底物降解規(guī)律的影響
　　在充水時(shí)間為420 min和負(fù)荷分別為3.82、6.55、11.9 g/L所組成的工況下，COD值的降解曲線如圖6。
　　在相同的充水時(shí)間條件下，由于進(jìn)水底物濃度的差異，使得不同負(fù)荷下降解曲線的特征點(diǎn)(最大值和穩(wěn)定值)有很大的差異，故負(fù)荷率顯著地影響著ASBR工藝過(guò)程。

　?、谪?fù)荷對(duì)出水水質(zhì)的影響
　　在不同工況下分別對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，分別以出水COD值和可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)為指標(biāo)，結(jié)果如圖7、8。

　　在相同的充水時(shí)間條件下，當(dāng)負(fù)荷率不同時(shí)，出水COD值、可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度的差別很大。如在充水時(shí)間為60 min下，負(fù)荷率分別為3.82、6.55、11.9g/L時(shí)，出水COD值分別為97、128、172mg/L，負(fù)荷率對(duì)出水水質(zhì)影響十分明顯，這一點(diǎn)與充水時(shí)間不同。在ASBR工藝過(guò)程中充水時(shí)間的不同對(duì)微生物生存環(huán)境的影響是短暫的，而負(fù)荷率的影響是長(zhǎng)期的。負(fù)荷率增大，使工藝過(guò)程中起抑制作用的中間產(chǎn)物可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)處于較高的濃度水平，顯著地改變了厭氧微生物群的組成，導(dǎo)致出水COD值和可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度相對(duì)較高，出水水質(zhì)變差，即使有充足的反應(yīng)時(shí)間也不能使出水水質(zhì)變好。相反，負(fù)荷率降低，出水水質(zhì)顯著改善。
　?、圬?fù)荷對(duì)循環(huán)周期的影響
　　圖6表明，由于負(fù)荷率的不同，使得COD值、可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的濃度和產(chǎn)甲烷速率出現(xiàn)穩(wěn)定值的時(shí)間有很大差別，這一點(diǎn)與充水時(shí)間是一致的。為了得到負(fù)荷率對(duì)循環(huán)周期的影響規(guī)律，根據(jù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，以負(fù)荷率為橫坐標(biāo)，以循環(huán)周期為縱坐標(biāo)作圖于圖9。

在相同充水時(shí)間下，隨著負(fù)荷率的增大，循環(huán)周期變長(zhǎng)，相反則縮短。如在充水時(shí)間為60min下，負(fù)荷率分別為3.82、6.55、11.9g/L時(shí)，循環(huán)周期分別為1200、1740、2340min。這是因?yàn)樨?fù)荷率增大，污泥負(fù)荷率也增大，反應(yīng)器中有機(jī)基質(zhì)與微生物量的比(F/M)增高，從而COD值、可揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的濃度和產(chǎn)甲烷速率最先達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間也增長(zhǎng)，相反則縮短。由于反應(yīng)階段所需的時(shí)間是循環(huán)周期的主要組成部分，沉降時(shí)間和排水時(shí)間基本不變，因此負(fù)荷率增大，循環(huán)周期變長(zhǎng)，相反則循環(huán)周期變短。

　　3  結(jié)論

　　① 試驗(yàn)在中溫條件下進(jìn)行，試驗(yàn)中維持了較高的污泥濃度，污泥的MLSS為35.0 g/L，而MLVSS為18.0 g/L，出水SS約在160 mg/L左右(可能是緩沖層較小而有所偏高)。試驗(yàn)表明，在容積負(fù)荷率為3.82 g/L，進(jìn)水COD為9 000 mg/L時(shí)，出水COD在100g/L以下；而在容積負(fù)荷率為11.9 g/L，進(jìn)水COD為28 000 mg/L時(shí)，出水COD仍維持在200 mg/L以下，這表明ASBR工藝是一種生化性能優(yōu)良的工藝。
　　②充水時(shí)間和負(fù)荷率都是非常重要的操作參數(shù)，它們都顯著影響著厭氧過(guò)程和效率。在低負(fù)荷條件下，充水時(shí)間的縮短會(huì)使過(guò)程中的基質(zhì)濃度增大，達(dá)到一定出水水質(zhì)所需的循環(huán)周期也縮短；負(fù)荷率的減小會(huì)使F/M增大，也會(huì)使循環(huán)周期縮短。
　?、鄢渌畷r(shí)間和負(fù)荷率之間存在相互制約的關(guān)系。在低負(fù)荷條件下，充水過(guò)程也可以增加底物濃度，從而增大生化反應(yīng)速率，提高反應(yīng)器效率。因此，在不產(chǎn)生濃度抑制的情況下，充水時(shí)間越短越好。但在高負(fù)荷條件下，由于酸化過(guò)程和甲烷化過(guò)程的矛盾使得抑制物快速積累，充水過(guò)程的延長(zhǎng)可以減小過(guò)程中抑制物的積累程度，使厭氧過(guò)程得以順利進(jìn)行下去。而且，充水時(shí)間存在一個(gè)最佳值，這時(shí)反應(yīng)器的效率才最高。
　?、蹵SBR反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)，每周期的充水時(shí)間可以依負(fù)荷及抑制情況而變，反應(yīng)時(shí)間約為20 h左右(具體依水質(zhì)及負(fù)荷而變)，沉降時(shí)間只要0.5～1.5h，因ASBR工藝產(chǎn)泥較少，一般不設(shè)排泥時(shí)間。而且ASBR工藝可有較長(zhǎng)的閑置期，操作較靈活。
　?、軦SBR工藝與其他厭氧工藝比較有許多優(yōu)點(diǎn)(見表3)。

　?、?nbsp; ASBR工藝除具有SBR工藝的一切優(yōu)點(diǎn)外，還具有產(chǎn)生沼氣回收作能源、動(dòng)力消耗低等優(yōu)點(diǎn)。ASBR工藝是一種非常有潛力的良好工藝，在我國(guó)有著廣泛的應(yīng)用前景。

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　　作者簡(jiǎn)介：傅大放(1966-)，男，江蘇南通人，東南大學(xué)副教授，研究方向：環(huán)境污染控制及資源化。
　　電話：(025)3793223
　　E-mail:fudafang@public1.ptt.js.cn
　　收稿日期：2000-04-05