肖隆文， 匡敬忠
(南方冶金學院環境與建筑工程系，江西贛州 341000)

　　摘 要： 提出了開發序批式厭氧/好氧一體化生物反應器的構想。從理論上探討了該反應器恒水位間歇操作的可行性。分析表明，該反應器具有可操作性，將是一種經濟、高效、占地省的污水處理新工藝。
　　關鍵詞： SBR； 一體化生物反應器；理論分析
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：B
　　文章編號： 1000-4602(2002)01-0039-02

　　傳統的污水處理工藝普遍將各處理單元分設，往往還需要進行污泥回流和污水循環，這勢必增加基建及管路設備投資。因此，研究處理系統一體化的設施自然成為一種必然趨勢。

1 改進SBR的構想

1.1 基本構造與運行方式
　　一體化生物反應器的基本構造見圖1。

　　設想中的序批式厭氧/好氧一體化生物反應器的主體被分割成上下兩部分，上半部是好氧反應池，下半部是厭氧生物濾池。
好氧反應池設有曝氣系統和出水堰，與常見的SBR反應池沒有什么區別。可根據需要在好氧反應池的底部設計回流縫，以使好氧生物污泥可直接進入厭氧生物濾池消化。下部厭氧生物濾池通過折板與好氧反應池相通，折板的上端是氣體收集罩。
　　好氧反應池與常規SBR的運行方式是一樣的，但厭氧生物濾池的間歇操作只有兩個步驟：進 /出水期，反應期。相互間的連貫關系如圖2。
　　新的運行周期開始時，好氧反應池處于排水期的末期或閑置期(可省去)。從厭氧生物濾池底部進水，在一定的流速下，上升流處于層流狀態，將厭氧濾池內已處理的水“頂”出，并從 折板的上端進入好氧反應池，然后停止進水，整個反應器進入反應期。厭氧生物濾池內隨著 有機物被逐步降解，其濃度越來越低，氣體產生量亦減少到最小值，厭氧生物濾池也就進入下一次循環。由于進水的有機物濃度很低，好氧反應池的反應期結束較早，在厭氧過程反應 期的后半部，好氧反應池依次進入沉淀期、排水期、閑置期(可省去)。

1.2 理論分析
　　序批式厭氧/好氧一體化生物反應器是否可行，關鍵在于厭氧生物濾池恒水位間歇操作方式是否具有可行性。即厭氧生物濾池的進、出水同時進行的設想是否可以很好地實現。它可分 解為以下幾個問題：①上升流保持層流狀態的流速有何要求?②在層流狀態下懸浮生長在填 料空隙間的微生物被洗出厭氧生物濾池的機會有多大?原水與出水的混合(發生短路)造成處 理效果下降的機會有多大?
　　假定雷諾數Re=500，流速v=20 m/h(顆粒污泥的最小沉降速度)，可以算出管徑為90 mm。一般用于生物處理的蜂窩管管徑為20～36 mm，水流流速不超過10 m/h，說明上升流保 持層流狀態是充分可行的。如果孔隙率小的話，進水可以視為一過濾過程，懸浮污泥及游離 微生物被截留在填料層內。另外從現有的資料看，顆粒污泥的沉降速度大多高于50 m/h，最低為20 m/h［1］，因此只要保持反應器高度使污泥有足夠的沉降時間和較低的上升 流速，顆粒污泥被洗出的機會就很小。
　　對于原水與出水的混合比例或混合區的問題，其影響因素較多，因而也比較復雜。假定在滲流、等球體顆粒填料自然地密集堆積且時間較短的情況下，原水與出水混合的主要方式是射流、 紊流引起的，而不是擴散。在邊界條件(反應器壁)下，射流在碰到顆粒后折返形成紊流，故引起的影響大約局限在2～3倍顆粒直徑高度范圍內，但是邊界的流速明顯高于平均流速，因此引起的混合區還要擴大些，這似乎與反應器的高度并無太大的關系，P.arnz等人通過試驗已證實這一點。試驗結果還表明，反應器的直徑與顆粒直徑的比值越高，對邊界水流的影 響越小［2］。
1.3 需進一步考察的問題
　　顯然，從設想到應用還有很多問題要解決，但最值得注意的問題似乎是填料的孔隙率。孔隙率大，有利于增加反應器容積的利用效率和防止堵塞，而且填料的成本也可下降，但可能不利于截留懸浮污泥。可以考慮使用不同粒徑的填料，采用上小下大或其他組合來加以解決。另外一個問題是反應器高度，增加高度可節省占地面積，但是若氣體的溶解度變化過大，可能會對反應周期與排水產生不利影響。這些問題只能通過將來的試驗和實踐來解決。

2 一體化生物反應器優點

　　序批式厭氧/好氧一體化生物反應器實質上是對目前高效厭氧反應器的一種改進。利用好氧反應池作為厭氧生物濾池出水的后續處理來改善出水水質。恒水位間歇運行方式可更充分利用反應器的空間，占地省、運行效率高。常規的高效厭氧反應器如UASB、AF，其污水中有機物的降解大多在底部0.3～1 m處完成，增加反應器的高度對出水水質的改善不起作用。為更有效地利用空間，現行的一種方式是加大流速和出水循環，如EGSB、厭氧生物流化床等；另一種方式是采用間歇操作，使整個反應器處于完全混合狀態以均衡負荷。第二種方式的優點是無需昂貴的布水系統和三相分離器，缺點是常規的變容積操作方式使得厭氧條件的保持發生困難，而同時進、出水的方式既可解決這一難題，又壓縮了反應周期，提高了運行效率。很明顯，該系統將是一種經濟、高效、靈活、占地省的污水處理新工藝。

3 展望

　　從當前國情來看，必須發展一批適用不同情況下的投資低、運行成本低、管理操作要求低、占地少的污水處理新工藝。厭氧生物處理具有節約能源并能產生能源、剩余污泥量低、容積負荷大、占地較少的優點，開發和利用厭氧生物技術進行污水處理，必然能夠同時收到減輕污染和緩解能源短缺的功效。中國目前絕大部分地區的污水治理體系還沒有區域化或綜合化，各污染源處于分散治理狀態，傳統的活性污泥法等連續流生物處理工藝在處理水量較小、變幅大的污水時難以正常穩定運行，而SBR靈活的運行方式可解決這一難題。序批式厭氧/ 好氧一體化生物反應器恰具備了上述兩者的優點，因此研究開發這種經濟、高效、靈活、占地省的污水處理新工藝具有比較重大的現實意義。

參考文獻：

　　［1］ 賀延齡.廢水的厭氧生物處理［M］.北京：中國輕工業出版社，1998.
　　［2］ Arnz P,et al.Simultaneous loading and draining as a means to enhance efficacy of sequencing biofilm batch reactor［J］.Water Research,2000，34(5)：1763-1766 .

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　　收稿日期：2001-08-19