第三代厭氧反應器ABR反應器的簡介

第三代厭氧反應器ABR反應器的簡介

[摘要]：厭氧折流反應器是一種新型高效厭氧反應器，具有結構簡單、運行穩定、效果優良等特點。本文介紹了ABR反應器的工作原理，構造特征，工藝特征及其優缺點。

[關鍵字]：ABR反應器；基本原理；折流板；改造

Anaerobic Baffled Reactor

Abstract：Anaerobic Baffled Reactor is a novel anaerobic digester and a new water treatment process with bright development prospect．It has notable advantage such as simple process，stable operation good effect，ect…And the theory of Anaerobic Baffled Reactor， the structure and technology charateristicsis，advantages or disadvantang are introduced．

Key words：Anaerobic Baffled Reactor；the theory of Anaerobic Baffled Reactor ；baffled；reconstruct

1、 什么是ABR反應器？

  ABR被稱為第三代厭氧反應器，其不僅生物固體截留能力強，而且水力混合條件好。隨著厭氧技術的發展，其工藝的水力設計已由簡單的推流式或完全混合式發展到了混合型復雜水力流態。第三代厭氧反應器所具有的特點包括：反應器具有良好的水力流態，這些反應器通過構造上的改進，使其中的水流大多呈推流與完全混合流相結合的復合型流態，因而具有高的反應器容積利用率，可獲得較強的處理能力；具有良好的生物固體的截留能力，并使一個反應器內微生物在不同的區域內生長，與不同階段的進水相接觸，在一定程度上實現生物相的分離，從而可穩定和提高設施的處理效果；通過構造上改進，延長水流在反應器內的流徑，從而促進廢水與污水的接觸。

  厭氧折流反應器是在UASB基礎上開發出的一種新型高效厭氧反應器，其結構簡單、運行管理方便、無需填料、對生物量具有優良的截留能力、啟動較快、水力條件好、運行性能穩定可靠。

2、基本原理及工藝構造：

ABR反應器中使用一系列垂直安裝的折流板使被處理的廢水在反應器內沿折流板作上下流動，借助于處理過程中反應器內產生的沼氣應器內的微生物固體在折流板所形成的各個隔室內作上下膨脹和沉淀運動，而整個反應器內的水流則以較慢的速度作水平流動。由于污水在折流板的作用下，水流繞折流板流動而使水流在反應器內的流徑的總長度增加，再加之折流板的阻擋及污泥的沉降作用，生物固體被有效地截留在反應器內。

由此可見，雖然在構造上ABR可以看作是多個UASB的簡單串聯，但在工藝上與單個UASB有著顯著的不同，UASB可近似看作是一種完全混合式反應器，ABR則由于上下折流板的阻擋和分隔作用，使水流在不同隔室中的流態呈完全混合態（水流的上升及產氣的攪拌作用），而在反應器的整個流程方向則表現為推流態。在反應動力學的角度，這種完全混合與推流相結合的復合型流態十分利于保證反應器的容積利用率、提高處理效果及促進運行的穩定性，是一種極佳的流態形式。同時，在一定處理能力下，這個復合型流態所需的反應器容積也比單個完全混合式的反應器容積低很多。

ABR工藝在反應器中設置了上下折流板而在水流方向形成依次串聯的隔室，從而使其中的微生物種群沿長度方向的不同隔室實現產酸和產甲烷相的分離，在單個反應器中進行兩相或多相的運行。也就是說，ABR工藝可在一個反應器內實現一體化的兩相或多相處理過程。

在結構構造上，ABR比UASB更為簡單，不需要結構較為復雜的三相分離器，每個隔室的產氣可單獨收集以分析各隔室的降解效果、微生物對有機物的分解途徑、機理及其中的微生物類型，也可將反應器內的產氣一起集中收集。

ABR反應器有兩種不同的構造型式。圖一為改進前的ABR反應器構造型式。這種反應器中的折流板是等間距均勻設置的，折板上不設轉角。這種構造型式的ABR反應器所存在的不足是，由于均勻地設置了上下折流板，加之進水一般為下向流形式的，因而容易產生短流、死區及生物固體的流失等問題。圖二為改進后的ABR反應器構造型式。改進后的ABR反應器中，其折流板的設置間距是不均等的，且每一塊折流板的末端都帶有一定角度的轉角。

3、ABR反應器改進研究 ：  

圖三 不同型式的ABR反應器改進型

（A）統一集氣；（B）獨立設置集氣室；（C）等間距折流板；（D）混合折流板；（E）設置填料和沉淀區的混合型；（F）等間距敞口式；（G）擴大第一隔室；（H-J）增設填料的不同形式

符號：W—廢水；B—沼氣；E—出水；S—污泥

ABR反應器改進研究主要集中于以下方面：

（1）圖三中（A）、（B）、（E）、（G-J）：減少下流室的寬度，增加上流室的寬度，是污泥集中在上流室，以此增加泥水的接觸，并利于污泥的截留。

（2）圖三中（A）、（B）、（E）、（G-J）：折流板邊緣設置傾角（常為40—45度），使廢水通過下流室，從上流室的底部中心進入，提高隔室進水的均勻性。

（3）圖三中（E）、（F）、（H-J）：在各隔室的上、中部或整體增設填料，或同時在ABR的末端增設沉淀室，以攔截并貯存在高負荷條件下因大量產氣的劇烈混合帶出的污泥，強化污泥截留能力，稱為復合型ABR。

（4）圖三中（G）：采用兩隔室結構，增加第一隔室的容積，以減小其上升流速，使進水中的SS和反應器內的污泥截留在第一隔室，利于處理高SS濃度的廢水。

（5）圖三中（B）、（C）、（E）、（G）：將集氣室分割獨立設置，利于產氣成分的分析及運行穩定性的控制，主要是由于ABR前端隔室以產酸為主，其產氣中含有較多的H2和CO2，獨立收集可以減少各隔室的H2分壓和CO2分壓，利于PH值的控制，防止酸化以及減少氫分壓對物質轉化過程的影響。

（6）圖三中（A）、（B）、（F-J）：它與原有反應器構造的不同之處還在于，改進后的ABR中一方面采用了上向流室加寬、下向流室變在窄的結構形式，由于上向流室中水流的上升流速較小而可使大量微生物固體被截留在各上向流室內；另一方面在上向流室的進水一側折流板的下部設置了一個角度約為45度的轉角以避免水流進入該室時產生的沖擊作用，起到緩沖水流和均勻布水的作用，從而利于對微生物固體的有效截留利用、利于微生物的生長并保證處理效果。這種構造形式的反應器能在各個隔室（主要是上向流室）中形成性能穩定、種群配合良好的微生物鏈，以適應于流經不同隔室的水流水質情況，有機物被不同隔室中的不同類型微生物降解。

4、工藝特征：

良好的水力條件：

  反應器內的水力條件是影響處理效果的重要因素之一。通過使用示蹤劑對反應器內水流停留時間分布，可分析其死區容積分數和混合狀態。研究表明，ABR的容積利用率要高于其他型式的反應器。隨處理水量的增加，產氣量提高，促進了返混作用，但同時由于折流板的阻擋作用，阻止了各間隔室間的混合作用，因而就整個反應器而言，具有推流式的流態，且分隔室越多，越趨于推流態。因此，可把運行中的ABR看作一個由一系列混合良好的CSTR的串聯反應器，因而具有較強的處理能力，如圖：

穩定的生物固體截留能力：

ABR具有對生物固體的良好而穩定的截留能力。ABR反應器中80%的生物固體集中在上向流室內形成高濃度的污泥層，其濃度可高達50-80g/l。污泥具有良好的沉降性能，不受進水量的變化而影響產氣。但UASB則可能在高的水力負荷條件下發生污泥流失問題。ABR的生物固體截留能力是由上述良好的水力流態造成的。因此，ABR的運行是穩定可靠的。

良好的顆粒污泥形成及微生物種群的分布：

ABR中，上向流室中的水流類似于UASB。雖然顆粒污泥的形成并不是ABR工藝的關鍵，但它可確實形成顆粒污泥。形成顆粒污泥的甲烷菌在ABR中具有良好的分布，而在不同隔室中以優勢種群存在。如在前端隔室中主要以八疊球菌屬為主；在中間隔室中以甲烷絲菌屬為主；在后端隔室中則存在異氧甲烷菌和脫硫弧菌等。這種分布使ABR具有穩定而高效的處理效果。

良好而穩定的處理效果：

ABR反應器處理工藝能很有效地處理不同中高濃度有機廢水。

5、應用方面：

研究表明，ABR對低濃度、高濃度、含高濃度固體、含硫酸鹽廢水、豆制品廢水、草漿黑液、檸檬酸廢水、糖蜜廢水、印染廢水等均能夠有效地處理。

6、優缺點：

厭氧折流反應器（ABR）的優點：

ABR反應器推流式有其不利的一面，在同等的總負荷條件下與單級的厭氧反應器相比，反應器第一隔室要承受的負荷遠大于平均負荷，造成局部負荷過載；對中試和生產規模的折板反應器的不利之處在于需修建淺的反應器才可以保持可接受的液體和氣體上流速度；另一個問題是保持入流分布均勻。另外，反應器也有厭氧反應器的共同的弱點，及出水COD濃度較高，較難達到排放標準。

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