UASB和ABR在常溫下處理生活污水的性能比較研究

鄧華健

（天津市城市基礎設施配套辦公室，天津300381）

UASB和ABR在常溫下處理生活污水的性能比較研究

鄧華健

（天津市城市基礎設施配套辦公室，天津300381）

沿海城市生活污水的排放，對海洋環(huán)境有著重要影響。通過試驗，在常溫條件下研究了升流式厭氧污泥床反應器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor，簡稱UASB)與厭氧折流板反應器(Anaerobic Baffled Reactor，簡稱ABR)處理生活廢水的性能。試驗結果表明：UASB與ABR對生活污水都有良好的處理效果，在HRT較長時，ABR反應器對COD和SS的去除效果優(yōu)于UASB反應器；而當HRT縮短，小于12 h，UASB反應器內上升流速增加，改善了對COD的去除效果。ABR和UASB反應器對COD的去除效果都隨溫度的降低而降低。

ABR；UASB；厭氧處理；生活污水；常溫

1 前言

加強對沿海城市生活污水的處理，對改善沿海海洋環(huán)境有著重要的意義。傳統(tǒng)的生活污水處理一般采用好氧生物處理工藝，由于廢水好氧生物處理工藝是耗能型的廢水處理技術，隨著能源短缺和生產(chǎn)發(fā)展的要求，人們認識到開發(fā)高效節(jié)能廢水厭氧生物處理技術的重要性，并開發(fā)了一系列高效節(jié)能厭氧生物反應器[1,2]。其中，升流式厭氧污泥床反應器（UASB）和厭氧折流板反應器（ABR）被證明在處理生活污水方面具有很好的效果[3，4]。本研究的主要目的是：在常溫條件下，對兩種反應器處理生活污水的性能進行比較研究，以便推動生活污水厭氧處理技術的發(fā)展和根據(jù)不同的條件選擇適宜反應器的構型。

2 材料與方法

2.1 試驗裝置

ABR反應器由有機玻璃制成，其長、寬、高分別為52.4 cm、17 cm和46 cm，有效容積30.44 L。該反應器是被垂直折流板分成4個隔室。UASB反應器由有機玻璃制成，反應區(qū)直徑150 mm，高度1 000 mm；沉降區(qū)直徑180 mm，高度400 mm，總容積27.8 L，反應區(qū)有效容積17.7 L，沿反應器高度設有6個取樣口。

2.2 分析項目與分析方法

總COD：標準重鉻酸鉀滴定法[5]；NH4-N：納氏試劑分光光度法[5]；TOC、TN：TOC-TN 儀；SS：干熱恒重法（105 ℃烘干稱重）[5]；pH：PHS-3C 型精密 pH 計；溫度：水銀溫度計；VFA：蒸餾法[6]；堿度：酸堿滴定法[6]。

2.3 試驗用水

試驗用水取自河北工程大學某學生宿舍樓污水井排放的生活污水。試驗期間用水水質見表1所示。

表1 試驗用水水質

3 結果與討論

3.1 實驗結果

ABR反應器8 a前曾經(jīng)處理高濃度有機廢水，由于反應器投加污泥困難，本次試驗未接種污泥。UASB反應器用4 L厭氧消化污泥接種，污泥濃度30 g/L，VSS/MLSS=0.45。在溫度16～25℃，HRT=24 h下啟動，ABR反應器經(jīng)過兩個月的連續(xù)運行啟動成功。而UASB反應器經(jīng)過1個月的運行啟動成功。啟動后，在反應器溫度為15.1～29.2℃條件下，試驗共進行了170 d左右，考察了UASB和ABR反應器處理生活污水性能。試驗結果見表2。

3.2 試驗結果

3.2.1 COD的去除

從見表2可以看出，HRT=18～24 h時，UASB和ABR對COD都有較高的去除率，此時，ABR比UASB的COD去除率略高，出水COD濃度相對較低。當HRT=12 h，ABR與UASB的COD去除率基本相同。但當HRT進一步降低為6 h、8 h時，UASB反應器的COD去除率明顯高于ABR反應器的COD的去除率，例如HRT為6 h，UASB反應器對COD的平均去除率為71.4%，ABR的去除率僅為58.1%。這主要是由于在HRT長時，UASB反應器中上升流速小，UASB反應器中攪拌不足，廢水與污泥的接觸相對較差，而折板反應器由于水流多次折流及重新分布，不同程度上加強了水與污泥的接觸，造成UASB反應器的COD去除率低于ABR反應器。而在HRT短時，UASB反應器上升流速增大，加強了基質與污泥的接觸，COD去除率提高。

表2 UASB和ABR的運行結果

3.2.2 SS的去除

從表2可以看出，UASB和ABR反應器對SS的去除率均較高。當HRT為24 h時，UASB對SS的去除略大于ABR，當HRT時間小于24 h，ABR對SS的去除效果大于UASB反應器，ABR出水SS濃度更低。這說明在低HRT下，ABR的多隔室結構可以實現(xiàn)了對SS有效阻擋，而在HRT較長時，與UASB反應器中的三相分離器對SS的截留來說，不具有明顯的優(yōu)勢。

3.3 結果討論

3.3.1 有機負荷對UASB和ABR去除COD效果的影響

圖1 進水負荷與COD平均去除率之間的關系

有機負荷與UASB和ABR反應器COD平均去除率的關系見圖1。從圖1可以看出，在一定的有機負荷條件下，ABR反應器COD平均去除率高于UASB反應器。與ABR反應器相比，有機負荷對UASB反應器COD的去除影響較大。對于ABR反應器，COD平均去除率隨有機負荷的增加而降低，而UASB反應器在進水負荷小于2.2 kgCOD/(m3·d)時，COD平均去除率隨有機負荷的增加而增加；當有機負荷高于2.2 kgCOD/(m3·d)時，COD平均去除率隨有機負荷的增加而下降。這主要是因為ABR獨特的隔室結構，改善了泥水接觸效果，提高了COD的去除效果，更適合于低濃度有機廢水（如生活污水）的厭氧處理。

3.3.2 溫度對UASB和ABR去除COD效果的影響

在HRT=24 h下，利用3月份和7月份的實驗結果比較了UASB和ABR反應器在不同溫度下的COD去除率情況，如圖2所示。從圖2可看出，ABR和UASB反應器COD去除率均較高，且隨溫度的上升而增大。并且ABR對COD的去除率略高于UASB反應器。說明在較長的停留時間時，ABR反應器對COD的去除優(yōu)于UASB反應器。但從表1也可以看出，當水力停留時間縮短到8 h和6 h時，由于UASB反應器內上升流速增大，廢水與污泥的接觸效果增加，改善了UASB的COD去除效果，這時在低溫條件下，UASB性能又優(yōu)于ABR。

圖2 不同溫度下UASB和ABR的COD去除率

4 結論

在相同運行條件下，對UASB和ABR反應器處理生活污水的性能進行了比較研究，結果表明：

（1）在HRT較長時，ABR反應器分室結構，水流的上下折流促進了廢水與污泥的良好的接觸，增加了COD的去除率。而在HRT較短時，UASB反應器內上升流速增大，改善了泥水接觸效果，提高了UASB反應器COD的去除率。

（2）ABR反應器特殊的結構有效地阻擋了污泥的流失，ABR反應器截留SS的性能優(yōu)于UASB反應器。

（3）溫度對UASB和ABR反應器COD的去除率都有一定的影響，在HRT較大和低溫條件下，ABR反應器的性能優(yōu)于UASB；但是在HRT較小和低溫條件下，UASB反應器性能略優(yōu)于ABR反應器。

（4）有機負荷在 0～4.2 kgCOD/(m3·d) 范圍內，ABR 反應器對COD的去除隨有機負荷的增加而減小。與UASB反應器相比，ABR反應器的COD平均去除率隨有機負荷的增加而降低較少。

[1] Lettinga G,van Nelsen A F M,Hobama S W,et al.Use of the upflow anaerobic sludge blanket reactor concept for biological wastewater treatment,especially for anaerobic treatment[J].Biotechnology and Bioengineering,1980,22:699-734.

[2] Elmitwalli T A,Sklyar V,Zeeman G,et al.Low temperature pre-treatment of domestic sewage in an anaerobic hybrid or an anaerobic filter reactor[J].Bioresource Technology,2002,82:233-239.

[3] Dama P,Bell J,Foxon K M,et al.Pilot-scale study of an anaerobic baffled reactor for the treatment of domestic sewage [J].Water Science and Technology,2002,46(9):263-270.

[4] Mahmoud N,Zeeman G,Gijzen H,et al.Anaerobic sewage treatment in a one-stage UASB reactor and a combined UASB-Digester system[J].Water Research,2004,38:2348-2358.

[5] 國家環(huán)境保護局.水和廢水分析監(jiān)測方法（第三版）[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，1997.

[6] 賀延齡.廢水的厭氧生物處理[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1998.

A Comparative Study of UASB and ABR in Treating Domestic Sewage at Normal Temperature

DENG Hua-jian

（Tianjin Urban Infrastructure Bureau,Tianjin 300381,China）

Sewage discharge has a significant impact on marine environment in coastal cities.The performances of treating domestic sewage at normal temperature were investigated in an upflow anaerobic sludge blanket(UASB)reactor and an anaerobic baffled reactor(ABR).The result showed that both the UASB and the ABR achieved better removal efficiencies of total COD and SS in treating domestic sewage.The Performance of the ABR in term of COD removal and SS removal was superior to the UASB reactor at longer HRT.When HRT was decreased and HRT＜12h,increasing upflow velocities in the UASB resulted in improving of COD removal efficiencies of the UASB reactor.For both reactor,decreasing the temperature brought about an decrease in COD removal efficiencies.

ABR;UASB;anaerobic treatment;domestic sewage;normal temperature

X703

B

1003-2029（2010）01-0117-04

2009-10-18