HRT对ABR反应器与常规反应器处理效果的对比研究开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

1.前言

随着人类的不断发展与进步,水资源作为维持人类生存、发展与生态平衡的基础资源，正日益受到过度消耗和肆意污染,严重威胁着人类自身的生存和社会的可持续发展。水资源不足限止了经济发展，并必将使经济陷入困境。水资源短缺与生态环境恶化是当今世界范围内普遍面临的严重问题。废水治理在经济日益发展的今天显得越来越重要，水的清洁与否直接关系到人们是否拥有一个健康的体魄和良好的生存环境。

废水生物处理技术是废水处理工艺的核心技术之一，该技术[1]是微生物在人工创造的条件,大量繁殖,氧化分解废水中的有机物以减少水体污染、改善水体质量的处理技术。废水生物处理技术分好氧和厌氧两种生物处理技术。好氧生物处理技术^[2]利用好氧(包括兼性)微生物的代谢过程对废水中有机污染物进行降解。厌氧处理技术以其具有投资省,运行费用低以及能产生厌氧生物能而受到了广泛的关注，并在实际工程中得到逐步应用^[3]。

2.ABR简介

ABR反应器是在反应器内设置一系列垂直放置的折流挡板使废水在反应器内沿折

流挡板上下折流运动,依次通过每个格室的污泥床直至出口,在此过程中废水中的有机物质与厌氧活性污泥充分接触而得到去除。ABR的结构简单,整体上更接近于推流式,不需要填料和结构复杂的三相分离器;垂直折流板的加入使得ABR的物理结构具有了搅拌功能(多次的上下折流),加强了厌氧活性污泥与基质的接触;在容积不变的条件下增大了废水的流程,使基质与污泥的接触机会和接触时间增多,提高了反应器的处理效率;反应器内的厌氧活性污泥借助于废水的流动特点和降解过程中的产气作用而升起和下沉,但由于折流板的阻挡和污泥自身的沉降性,污泥沿着反应器水平方向的移动速度很慢,加之各上下向格室的宽度不等,故大量的厌氧活性污泥被留在反应内;可在不同格室中驯化培养出与流经该格室的污水水质及环境条件相适应的微生物群落,使反应器的运行更为稳定、灵活而有效。

2.1ABR结构特点

ABR集上流式厌氧污泥床(UASB)和分阶段多相厌氧反应器^[4]（SMPA）技术于一体，通过在反应器中加装竖向挡板，将反应器分成几个串联的反应格室，使反应器在整体上为推流式（PF）局部区域内为完全混合式（CSTR）通过废水的上下折流及降解过程中的产气作用，使得基质与污泥的接触机会及接触时间增多，提高了反应器的处理效率。同时由于折流板的阻挡和污泥自身的沉降性，污泥沿着反应器水平方向的移动速度很慢，加之各上下向格室的宽度不等，故大量的厌氧活性污泥被留在反应器内而不易流失。并且由于竖向挡板的隔离作用，使原来生存于同一反应器中的两大菌群分隔在不同反应格室中，这大大提高了厌氧反应器的负荷和处理效率，并使其稳定性和对不良因素的适应性大为增强。

2.2水力特性

ABR反应器内的流体动力学特性和混合程度强烈地影响着基质和微生物的接触程度,控制着物质传输,因而水力特性是反应器性能的一个重要方面。反应器的死区又分为水力死区和生物死区。水力死区是由反应器的结构和流动方式引起的,倾向于发生在堰下和拐角处,形成停滞不动的涡流;而生物死区则来源于污泥所占的体积、流动中污泥颗粒的干扰(尤其是颗粒周围有不流动的液体层)及污泥对水力条件的改变,也是一定范围的不流动区域。反应器实际运行中的死区表现为存在死角、短流及沟流,使水流在反应器内的实际停留时间小于理论停留时间,导致运行工况与预期效果之间出现偏差。国内外的研究表明,影响ABR反应器水力特性的主要因素有:ABR反应器的结构、水力停留时间HRT、固体浓度及回流等。

2.3ABR反应器结构的影响

ABR反应器的结构对它的水力特性有重要影响。废水流经ABR反应器需经过多次的上下折流,在每一个转角处必然存在一定程度的死区,与反应器内的折流板数目有关;导流板参数是否合理直接影响着水力死区,对生物死区也有一定的影响。目前国内外关于ABR结构对其水力特性及运行性能的影响的研究报导还很少。

2.4HRT和污泥的影响

Grobicki等人^[5]通过示踪试验,用四个尺寸略有不同并且格室数目不同(具有4～8格室)的ABR反应器,分有污泥和无污泥两种情况,在不同的HRT,进行一系列的停留时间分布的研究,发现:1.用清水试验时,HRT从12h减少到1h时死区始终小于8%;尽管加入污泥的浓度不同,HRT也在80h和5h之间变化,但死区最高值没有超过反应器容积的22%,所有工况的死区平均值9.8%;郭静^[6]的研究结果是ABR的死区百分率为4.62%～15.45%。可见,ABR反应器的死区程度远小于其它的厌氧反应器(AF50%～93%),CSTR80%),容积利用率高。2.水力死区较小,但其值较稳定。水力死区是流量和折板数的函数,在水力死区和水力停留时间HRT之间没有直接的相关关系,广义上可以说随HRT的减小和反应器内有更多的格室而增加。3.较低的HRT下,污泥的出现并没有明显增加反应器的死区的容积。在另一方面,生物死区是污泥浓度、产气量和流量的函数,在较高的HRT时生物死区是死区的主要贡献者,但它的影响随着HRT减小而减少,主要是因为在较低的HRT引起的高负荷时气体产量和增加的流量同样都使污泥床部分流化导致沟流的破坏。

3．污泥特性的研究

3.1微生物组成

ABR反应器的独特结构使不同种群的厌氧微生物在不同的格室内生长,并呈现出良好的种群分布。通常在反应器前端的格室中主要以水解和产酸菌为主,S.Nachaiyasita等^[7]的研究表明，在ABR的第一个格室中以产丁酸菌为主,而在较后的格室中则以甲烷菌为主。不少学者认为，ABR内主要存在两种乙酸分解菌，即甲烷八叠球菌和甲烷丝状菌，甲烷八叠球菌要比甲烷丝状菌生长得快，前者的世代期为1.5d后者的世代期为4d^[8]在乙酸浓度较高时,主要以甲烷八叠球菌为主,在乙酸浓度较低时，则主要以甲烷丝状菌为主。

3.2生物活性

ABR反应器内的生物活性会沿池长有所降低。A.Bachmann等^[9]在处理蜜糖废水的厌氧反应毒性机理研究时发现，利用乙酸的甲烷细菌中的活性部分质量分数占总VSS的5.7％到1.8％不等，反应器前端的活性成分最高而反应器末端最低。A.Orozco^[7]用11格ABR低温(13～16℃)处理COD_Cr500mg/l的蔗糖废水的研究表明^[10]，反应器的前7个格室中甲烷活性较大。

3.3颗粒污泥及其粒径分布

A.Tilehe等^[14]发现在基质浓度较高的前面格室中主要是光滑的甲烷八叠球菌絮体形成的颗粒污泥，颗粒污泥的体积较大。密度较小，而且里面充满了空腔，因此在高负荷条件下由于产气强度较大，使得颗粒污泥会浮在反应器上方。在后面格室中甲烷丝状菌的纤维状菌絮体^[11]连在一起,体积较小。主要原因是ABR反应器中的折流板阻挡作用，污泥有效地被截留在反应器中，污泥流失减少，同时水流和气流的作用，促进了颗粒污泥的形成和成长。

4　ABR反应器的总结

实验室、中试和生产规模的研究表明,ABR反应器在一个较大的负荷范围(0.4～28kgm^-3d^-1)内能够处理各种浓度(0.45～1000gL^-1)的各种废水^[12],对高固体浓度都能有满意的结果。ABR具有几个其它发展良好的系统所不具有的优点。

4.1　结构优点

(1)结构简单,没有移动部分,不需要搅拌设备;在容积不变的条件下增大了废水的流程;

(2)水力条件好,有效容积高;

(3)沿反应器的纵向将产酸过程和产甲烷过程分离,反应器以两相系统方式运行;

(4)减少堵塞和污泥床膨胀;

(5)无特殊的气固分离系统;

(6)低的投资和运行费用。

4.2活性污泥

(1)颗粒污泥不是ABR良好运行的必要条件;

(2)活性污泥截留能力强且不需要固定媒体或污泥沉降室^[13],具有高的SRT,污泥产量低;

(3)各格室的微生物随流程逐级递变,递变规律与基质的降解过程协调一致,确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性。

4.3　运行

(1)低的水力停留时间HRT;

(2)可长时间运行而无剩余污泥;

(3)可以在较广的温度和浓度范围内运行;

(4)推流式特性确保系统对水力和有机冲击负荷具有很高的稳定性;

(5)对有毒物质和抑制性化合物具有更好的缓冲适应能力;

(6)系统拥有更优的出水水质。

5．展望

ABR反应器对生物固体的截留能力强，水力混合条件好的特点，无需结构复杂的三相分离器，无需颗粒污泥也可达到良好处理效果，具有很高的实际应用价值，日益受到国内外专家的重视，相比于UASB、EGSB、IC反应器^[15]，其在处理中高浓度有机废水方面具有独特的优势。

目前对ABR反应器的研究还不够,还需要做更多的研究工作,比如:模拟可溶性微生物产物SMPs、COD去除率的演变;营养物的需求;有毒废水的处理(例如,多氯脂肪族化合物,含氮有机物,表面活性剂等);ABR反应器中颗粒污泥的形成条件和机理;对控制微生物生态的因素的进一步理解;与其它工艺联用处理特种废水;大规模应用中工艺参数的确定等等。

[参考文献]

[1]RE斯皮思著.工业废水的厌氧生物处理技术[M],北京:中国建筑工业出版社,2001

[2]叶晶蓄，谭天伟.微生物絮凝剂的研制菌种选育、絮凝效果及提取工艺[J].微生物学通报.2001,28(4):31-35

[3]徐晓秋.高浓度有机废水厌氧处理技术的研究进展与应用现.应用能源技术,2010(12):6-9

[4]LettingaG,FieldJ.Advancedanaerobicwastewatertreatermentinnear.WaterSci.andTech,1997,35(10);5-12

[5]GrobickiA,StuckeyDC.HydrodynamiccharacteristicsoftheAnaerobicBaffledReactor[J].WatRes1992,26(3):371-378

[6]郭静等.ABR反应器的性能及水力特性研究[J].中国给水排1997,13(4):17-20.．

[7]OrozoA.Pilotandfull-scaleanaerobictreatmentoflowstrengthwastewateratsu-optimaltemperature(15℃)withahybridplugflowreactor[A].Proceedingsofthe8thInternationalConferenceonAnaerobicDigestion[C].Sendi,Japan,1997,183-191.

[8]HoltCJ,MatthewRGS,TerzisE.Acomparativestudyusingtheanaerobicbaffledreactortotreataphenolicwastewater[A].Proceedingsofthe8thInternationalConferenceonAnaerobicDigestion[C].Sendi,Japan,1997,(2):40-47.

[9]戴友芝等.厌氧折流板反应器对有毒有机物冲击负荷的适应性[J].环境科学,2000,21(1):94-97.

[10]郭静等.厌氧折流板反应器处理高浓度有机废水的研究[J].中国给水排水,1993,9(5):4-8

[11]徐金兰,王志盈,杨永哲,等.ABR的启动与颗粒污泥形成特征[J].环境科学学报,2003,23(5):575-581.

[12]胡细全,刘大银.ABR反应器结构对水力特性的影响[J].(地球科学)中国地质大学学报12004,29(3):369-374

[13]NachaiyasitS,StuckeyDC.Effectoflowtemperatureson

theperformanceofananaerobicbaffledreactor(ABR)

[J].J.ChemTechBiotechnol,1997(69):276-284.

[14]GrobickiA,StuckeyDC.HydrodynamiccharacteristicsoftheAnaerobicBaffledReactor[J].WatRes1992,26(3):371-378

[15]P.L.McCarty.Thedevelopmentofanaerobictreatmentanditsfuture[J].Wat.Sci.Tech.2001,44(8):149-156

2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

（1）研究内容

①、根据运行情况调整HRT；

②、将ABR和传统厌氧工艺进行对比研究；

③、根据对比试验研究ABR反应器的抗负荷的优良；

④、探索厌氧阶段的反应机理；

（2）研究过程

①、ABR反应器的启动；

②、反应器对废水COD的去除效果；

③、ABR各隔室的COD去除效果；

④、ABR各隔室的氨氮去除效果；

⑤、VFA的变化；

⑥、ABR反应器中颗粒污泥的形成。

指导教师意见：

1．对文献综述的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日