方芳 龍騰銳
(重慶建筑大學城市建設學院)

　　近十多年來在普通厭氧生物濾池(Anaerobic Biofilter,AF)基礎上，逐漸出現了一些變型，如厭氧生物濾池兩級串聯工藝、兩級循環工藝、厭氧污泥床——濾層反應器、變速厭氧/缺氧生物濾池等。目前，一批生產性的AF已投入運行，處理效果良好，運行管理方便。

1 AF反應器特點

　　AF是一種內部填充有微生物載體的厭氧生物反應器。厭氧微生物部分附著生長在填料上，形成厭氧生物膜，部分在填料空隙間處于懸浮狀態。廢水流過被淹沒的填料，污染物被去除并產生沼氣。
　　典型的生產性AF呈筒狀，常用直徑和高度分別為6～26m和3～13m。濾池中可維持相當高的微生物濃度，一般可達5～15 kgVSS/m³，故AF能承受較高的有機物體積負荷［生產性使用裝置的最大有機負荷通常在10～16kgCOD/(m³·d)之間］。由于較高的污泥濃度和長達100d以上的泥齡，AF具有良好的運行穩定性，較能承受水質或水量的沖擊負荷，在常溫下能處理城市污水等低濃度有機廢水。AF出水可不回流，但如果出水回流，可降低進水濃度，減小堵塞的可能性，使填料中生物量趨向于均勻分布。
　　AF的另一特點是反應器內污泥產率低，運行啟動快。有資料報導，生產性AF在600d的運行中沒有廢棄污泥。Jhung等在UASB和AF的對比試驗中發現，當進水為高濃度糖蜜廢水，有機負荷為0.8kgCOD/(m³·d)時，UASB需6周啟動時間，而AF只用了4周。嚴偉等也曾報導，用大孔聚氨脂泡沫塑料的AF處理橄欖廠稀釋廢水，其啟動時間比活性污泥法和UASB明顯縮短。
　　該工藝也存在一些問題，主要是：用AF處理含懸浮物濃度高的有機廢水易發生堵塞；對布水裝置要求較高，否則易發生短流，影響處理效果。

2 AF反應器的填料

　　填料是AF的主體，AF所采用的填料以硬性填料為主，如砂石、陶粒、波爾環、玻璃珠、塑料球、塑料波紋板等。
　　Muller和Marcini是最先認識到填料重要性的研究者之一。他們認為采用輕質、大空隙率的填料比實心的砂石更有利于生物固體的積累。Young評價了四種不同類型的填料，認為溶解性COD去除率與填料類型、尺寸和形狀有很大關系，交叉流組件式填料比相同比表面積的松散填料(如波爾環和穿孔球等)性能好得多，后者性能較差的原因可能是由于局部堵塞和股流的影響。
　　Song和Young報導了填料放置方式對AF性能的影響：試驗采用組件式塑料波紋板填料，結果表明，填料與水平面所成的角度越小，再分配水流的能力越強，微生物和有機物之間的接觸越充分，溶解性COD去除效果越好。考慮到填料長期抗堵塞能力和結構強度，Song等建議最佳坡度應在45°～60°。
　　Anderson研究了多孔和無孔填料與有機負荷、生物量之間的關系，結果發現，填料表面越粗糙，填料上生物膜附著速率和生物量累積速率越快，且多孔填料上由于剪力而造成的生物量損失比無孔填料少，因而多孔填料的AF在較高有機負荷時能保持較好的性能，且運行較穩定。
　　對于填料的比表面積，相當多的研究者認為不是影響濾池性能的主要因素。Tay等認為，由于相當部分COD是由填料空隙中被阻留的懸浮固體去除的，故填料的空隙率和孔的尺寸較比表面積對上向流AF性能的影響更大。
　　具有表面活性的填料對濾池內微生物的生長是否更有利，目前尚有不同看法。勞善根等采用粒狀活性炭AF處理人工含酚廢水，經過257d連續運行，酚和COD_Cr的去除率分別達到98%和70%以上，活性炭仍能繼續有效地使用。Suidan等也采用粒狀活性炭AF處理人工合成廢水，當負荷為7.22～9.33kgCOD/(m³·d)，COD去除率可達86%～90%，超過其它填料的AF的效率^［1］。但也有研究結果表明，采用活性炭填料的AF性能并不優越^［1］，因此有關這方面的問題仍需進一步研究。
　　還有的研究者研究了含微生物生長促進劑的填料，利用這種填料的濾池，微生物生長快，啟動歷時短，可維持較高的生物量。

3 AF反應器的水力特性

　　較多的研究者傾向于全充滿上向流AF中的流態接近完全混合。Young等則認為，采用簡單的推流或完全混合模式都是不合適的。隋軍等認為AF的流態是擴散式的，可由擴散模型模擬。盡管AF的混合模式尚無定論，但混合對基質轉換的重要性已為許多研究者所重視。
　　關于氣體對混合的影響，所有研究者的觀點都相同：氣體的產生提高了混合程度。Chiang等觀察到，即使負荷低于1～2 kgCOD/(m³·d)，仍然有足夠的氣體產生顯著的混合和短流。
　　一般說來，上向流AF反應器內混合程度隨液體上升流速的增大而增加。Smith提出最大上升流速為25 m/d，Young則認為小試AF的上升流速應介于1～8 m/d，生產性AF中的上升流速可達50 m/d。這些結論差別較大，與所采用的填料、有機負荷等具體條件有關。但可以肯定，為使反應器處于較好的性能狀態，存在一個最佳范圍的液體上升流速。
　　AF反應器中的填料對混合模式有明顯影響。Smith的中試結果表明，填料體積減少，推流程度增加，但小試結果卻相反，這是由于填料是與反應器尺寸、液體上升流速、氣泡氣流等共同對混合產生影響的。Young等通過試驗證明，反應器中的流態與雷諾數Re和填料有關。反應器內有填料比無填料的推流程度有所提高，而且隨填料比表面積的增加而提高。采用小孔徑、大比表面積填料(如20～30mm的波爾環、小石塊等)的AF的流態接近推流。
　　有關AF內混合模式的研究較多，所得出的結論也不盡相同。其原因在于影響AF反應器混合程度的因素很多，除上述外，還有如溫度梯度、污泥濃度、污泥沉降性、反應器幾何尺寸(如徑高比)等等，筆者認為，在這方面還有待進一步研究，特別是關于水力特性相似律方面的研究。

4 AF反應器處理有機廢水

　　AF主要用于處理溶解性有機廢水，AF處理工業廢水研究的部分成果見表1，AF處理生活污水研究的部分成果見表2。
　　80年代初以來，AF在美國、加拿大等國已被廣泛用于處理各種不同類型的廢水，最大的AF容積達12500m³，多數在中溫條件30～38℃下運行，有機負荷0.1～15kgCOD/(m³·d)不等，常采用的有機負荷為4～8kgCOD/(m³·d)，COD去除率在60%～95%的范圍內變動。

表1 AF處理工業廢水研究的部分成果 廢水類型 處理溫度（℃） 進水COD（g/L） 容積負荷[kgCOD/(m3.d)] COD去除率（%） 運行方式 HRT（h） 備注 制藥廢水 35 4.0 8.0 94 小試 12 1978年 35 8.0 8.0 95 24 35 16.0 8.0 98 48 蔬菜廢水 22～33 16.0 8.0 81 小試 48 1980年 22～33 16.0 16.0 86 24 22～33 16.0 32.0 90 12 人工合成廢水 30 8.70 2.5～10 79～93 小試 　 1981年 檸檬酸廢水 36 6.8～9.1 3.16 73 小試 48 1993年 酵母菌廢水 36 8.77～16.48 3.0 65 小試 60 1993年 海魚加工廢水 55 10～50 0.79～6.76 67～78 小試 53～372 1995年 37 10～50 0.76～7.50 67～77 48～415 印染廢水 35 0.21～2.23 0.5～2.0 70～86.6 小試 18.3 1995年 鍋爐廢水 36～38 38 3 81.2 小試 30 1996后

表2 AF處理生活污水研究的部分成果 出處（見參考文獻） 體積（m³） 溫度（℃） HRT（h） 有機負荷[（kgCOD/(M3.D)] 進水濃度（mg/L) 去除率（%） [4] 0.0089 11.0～27.8 4或6 0.53～0.71 COD=230.9～410.1 56.9～71.8 BOD=134.9～172.0 61.5～78.5 SS=49.0～86.9 57.1～81.5 [5] 0.016 20～30 24 0.32 COD=288 73 BOD=181 79 SS=118 73 [6] 13 22～24 8.6～37 　 BOD=150～222 81～87 SS=200～250 91～97 [1] 102 　 13 　 BOD 53 SS 69 [7] 19 12～24 　 　 BOD=100～150 55 SS 75 [7] 190 ＞20 9～10 0.35～1.2 COD 50 BOD 63 SS 80 [2] 0.0376 17～23 ≥12 ≤2.31 COD=200～30 59.3～77.9 ≥8 ≤4.54 58.2～63.2 [3] 0.0393 18～37 6 0.3～1.0 COD=100～300 60

5 工藝穩定性和沖擊負荷的影響

　　李亞新等用AF處理印染廢水，進水COD一般在300～600mg/L，試驗期間歷經兩次沖擊負荷，一次COD由364.3mg/L突增至1 038 mg/L，出水COD值仍可達303.8mg/L，COD去除率70.8%；另一次COD由351.4mg/L突增至1327.4mg/L，出水COD僅為151.3mg/L，去除率高達88.6%。山本曾以高達平均流量3倍的水量負荷持續2～3h沖擊反應器，結果表明，AF出水水質幾乎不受影響^［7］。Chiang等用AF處理高濃度酸性廢水，運行第一階段，在1d內HRT由42d降至7d，出水水質只是pH值稍有波動；運行第二階段，在2d內HRT由73d降至2d，結果pH值略有降低，氣體產量沒有增長，揮發酸濃度提高，有機物去除率降至54%。當HRT恢復到42d后，出水COD和SS恢復到比沖擊負荷發生前略高。
　　曾有人比較UASB和AF的運行性能，當進水pH值變化時，UASB用了3周時間恢復到穩定狀態，而AF在2周內即可達到穩定狀態，表明UASB較AF對pH值變動更為敏感。在對不同基質的適應性研究中發現，AF性能也比UASB好。當兩個反應器中均已形成大量顆粒污泥后，進水由揮發酸廢水變為高濃度糖蜜廢水，結果UASB用了6周時間恢復到穩定狀態，而AF僅用了2周。顯然，AF反應器更能適應性質多變的工業廢水。
　　Parkin等用漿液瓶和上向流厭氧固定床反應器(USMAR)研究氰化物、氯仿、甲醛、銨、鎳和硫化物對厭氧微生物的毒性，結果表明，較高濃度的毒物不致引起系統的破壞，生物膜上的甲烷菌能夠逐步被馴化。Parkin等認為，較長的SRT是使系統免于破壞的關鍵。Blum等還用USMAR成功地處理了含有大量通常被認為對厭氧系統有毒的高濃度酚的碳氣化廢水，當HRT為18h時，高達1885 mg/L的酚可降低至1mg/L。
　　AF很適宜處理間歇排放的廢水，進水暫停一段時間(1～3d)，系統的性能不受影響。某生產性AF在運行中由于維修而停運，10 d后重新啟動，有機物去除率迅速恢復到停運前水平，后來，該AF由于維修又停運13d，再次啟動后COD去除率立即恢復正常，且在隨后的20d中，都維持在80%以上。另據報導，AF在厭氧條件下停運半年，仍可迅速恢復生物活性。
　　AF反應器具有良好的運行穩定性，能適應廢水濃度和水力負荷的變化而不致引起長時間的性能破壞，可在低pH值和含毒物條件下穩定運行，而且再啟動迅速。較長的SRT和較高的污泥濃度是AF抗沖擊負荷的關鍵，據報導，SRT為100d以上，也有研究者測定的SRT為142～165d，甚至達到350d。

6 結語

　　綜上所述，AF反應器是一種簡易、高效、低耗的廢水處理裝置，已在廢水處理中得到較為廣泛的應用，同時，有些問題值得進一步研究：如①反應器放大設計的相似理論問題；②加強反應器顆粒化規律及生物膜附著過程機理的研究，以縮短啟動時間；③加強填料技術的研究，以開發性能更好、價格低廉的新型填料；④從生態學角度深入研究AF中微生物的組成及其相互關系，以明了AF性能的本質因素等。

參考文獻

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　　2 周勇.變速厭氧生物濾池處理城市污水試驗研究：［碩士學位論文］重慶：重慶建筑大學，1994
　　3 李云.上向變速流缺氧生物濾床處理城市污水試驗研究：［碩士學位論文］重慶：重慶建筑大學，1996
　　4 錢易，王鳳芹.常溫下厭氧生物濾池處理生活污水的試驗研究.給水排水，1994；20(1)
　　5 Kobayashi H A et al. Treatment of low strength domestic wastewater using the anaerobic filter. Wat Res, 1983; 17(8)
　　6 嚴月根.低濃度污水生物處理的進展.中國給水排水，1988；4(5)：42
　　7 國家環境保護局.低濃度污水厭氧—水解處理工藝.北京：中國環境科學出版社，1991

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　　作者通訊處：400045 重慶市沙坪壩 重慶建筑大學城市建設學院
　　(收稿日期 1998-09-08)