一種適合農(nóng)村的污水處理技術(shù)-厭氧折流板反應(yīng)器

劉玲花，李 昂

（中國水利水電科學研究院，北京100038）

隨著中國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，農(nóng)村生活污水產(chǎn)生量不斷增加，與之不相稱的是農(nóng)村污水處理率卻很低。據(jù)統(tǒng)計截至2015年，除西藏和港澳臺，我國17 848 個建制鎮(zhèn)中，約25.3%的建制鎮(zhèn)對生活污水進行處理，全國1.15 萬個鄉(xiāng)264.5 萬個村莊中，僅有7.1%的鄉(xiāng)對生活污水進行處理［1］。

農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟技術(shù)落后，所選擇農(nóng)村生活污水處理技術(shù)應(yīng)具有工藝流程簡單、投資省、運行維護管理簡便、運行費用低等特點。廢水生物處理技術(shù)分為好氧和厭氧生物處理技術(shù)，城市污水處理廠常用的好氧生物處理技術(shù)如活性污泥反應(yīng)法、生物膜法等，存在投資大、能耗高、運行費用高等缺點，在農(nóng)村難以推廣應(yīng)用［2］。與好氧生物處理技術(shù)相比，厭氧生物處理技術(shù)具有無需曝氣通氧，運行費用低，可產(chǎn)生沼氣用于能源回收利用等優(yōu)點［3］。除此以外，高效厭氧生物反應(yīng)器還有一項更重要的優(yōu)點是對固體生物的截留能力強，能夠在相對較短的水力停留時間（HRT）下維持更高的COD 負荷和更長的污泥停留時間（SRT）［4］。

厭氧折流板反應(yīng)器（Anaerobic Baffled Reactor，簡稱ABR）具有結(jié)構(gòu)簡單，無需特殊的氣固分離系統(tǒng)，污泥產(chǎn)生量低，運行費用低，耐沖擊負荷能力強，對毒性物質(zhì)適應(yīng)能力強，處理效果好等優(yōu)點［5-7］。因而ABR 廣泛應(yīng)用于不同類型污水處理中，近些年來，眾多學者認識到ABR 在經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)處理廢水的優(yōu)勢［8，9］。

1 ABR反應(yīng)器的發(fā)展

20世紀80年代初，Bachmann 等［10］研發(fā)了ABR 反應(yīng)器，該反應(yīng)器由多個垂直折流板將反應(yīng)器分割成多個隔室，隔室之間串聯(lián)運行（圖1）。當廢水從反應(yīng)器的進口流向出口時，串聯(lián)設(shè)置的垂直擋板使廢水上下折流流動，由于廢水的上下折流流動和反應(yīng)過程中產(chǎn)生氣體的上升作用，反應(yīng)器內(nèi)的細菌發(fā)生緩慢上升和沉降運動，從而提高了有機污染物降解速率。ABR 反應(yīng)器的突出特點是多隔室結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使厭氧產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷作用發(fā)生在反應(yīng)器的不同隔室中，從而使每個隔室中培養(yǎng)馴化出不同類型的微生物［7］，既提高了反應(yīng)器的處理負荷和處理效率，又增強了反應(yīng)器的穩(wěn)定性和對不同影響因素的適應(yīng)性［11］。Krish?na 等［12］研究了八隔室ABR 反應(yīng)器處理低濃度廢水時各隔室微生物的分布情況，發(fā)現(xiàn)有機物降解主要發(fā)生在最初的幾個隔室中，第一隔室的揮發(fā)性脂肪酸（Volatile fatty acid，VFA）顯著增加，pH 明顯下降，表明發(fā)生了產(chǎn)酸反應(yīng)，在之后的幾個隔室中pH 逐步增加，VFA 濃度逐漸降低，表明沿著水流方向發(fā)生了產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離。沈耀良等［13］采用六隔室ABR 反應(yīng)器處理廢水，發(fā)現(xiàn)沿著水流方向pH 先下降后上升，VFA 濃度則先上升后下降，前3 個隔室發(fā)生了產(chǎn)酸過程，后3 個隔室發(fā)生了產(chǎn)甲烷過程，表現(xiàn)出明顯的產(chǎn)酸和產(chǎn)氣分離特性。

圖1 厭氧折流板反應(yīng)器示意圖Fig.1 Schematic diagram of anaerobic baffle reactor

鑒于大多數(shù)厭氧微生物尤其是產(chǎn)甲烷菌的生長速度緩慢，因此ABR 反應(yīng)器設(shè)計的主要目標是保證細菌細胞在反應(yīng)器中具有足夠長的停留時間，減少或避免細菌從反應(yīng)器中流失。Faisal 等［14］將ABR 反應(yīng)器改進為載體厭氧折流板反應(yīng)器（Carrier Anaerobic Baffled Reactor，CABR），CABR 綜合了ABR反應(yīng)器和生物膜反應(yīng)器的優(yōu)點，是一種適用于中國農(nóng)村地區(qū)的分散式生活污水處理技術(shù)［15］。Bachmann 等［16］將ABR 反應(yīng)器的上向流室加寬，下向流室變窄，從而更利于微生物和水的接觸，改進后的反應(yīng)器，處理效率得到明顯提高。Tilche 等［17］為了減少污泥流失和提高污泥停留時間，對ABR 反應(yīng)器進行改進，研發(fā)了復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器（Hybrid Anaerobic Baffled Reactor，HABR），在最后一個隔室增加了固體沉淀室，將沉淀污泥回流至第一隔室，并在前兩個隔室的液面處隨機放置了鮑爾環(huán)填料，在第三隔室中放置了具有較大孔隙率的波紋填料，從而減少了固體流失，這種結(jié)構(gòu)可以承受更高的進水負荷。汪洋［18］研究了五隔室HABR 處理農(nóng)村生活污水，在第三、四和五隔室的上向流室添加立體彈性填料，結(jié)果表明反應(yīng)器對COD 去除率達到88.85%。Boopathy等［19］對ABR 反應(yīng)器進行改進，將第一隔室的尺寸增加到原來的2倍，達到10 L，第二隔室為5 L，用以處理含有大量小顆粒物質(zhì)的養(yǎng)豬廢水，結(jié)果表明較大體積隔室對固體小顆粒物質(zhì)具有良好的保留能力，該反應(yīng)器的固體含量（20.9 g/L）是三隔室ABR 的兩倍。

綜上，研究人員對于ABR 反應(yīng)器的改進主要是：①增大上向流和下向流隔室的體積比，從而降低上向流隔室的流速。②在隔室中增加不同類型的填料，提高污泥停留時間，防止污泥流失。③讓折流板的下部與水平面成45 度角。④在最后一個隔室增加沉淀室，將污泥回流至第一隔室等，所有這些改進措施的目的是提高污泥在反應(yīng)器中的停留時間，減少污泥流失，確保細菌細胞與污染物充分接觸，從而提高反應(yīng)器的處理效能。

2 ABR污水處理的影響因素

2.1 溫 度

細菌生長繁殖需要適宜的溫度條件，通常對于厭氧反應(yīng)器，最佳溫度范圍是25～35 ℃，如果溫度低于最佳范圍，污染物的去除效率則會下降［20］。郭昱廷等［21］研究了15、35 和50 ℃3種溫度條件下，ABR 反應(yīng)器的污水處理效果，發(fā)現(xiàn)35 ℃時COD的去除率為96.2%，15 ℃和50 ℃時COD 去除率僅為70.3%。劉捷等［22］研究了不同溫度條件下ABR反應(yīng)器的處理效能，結(jié)果表明溫度對COD 去除效果影響不大，在20～37 ℃的溫度范圍內(nèi)，COD 去除率超過了93%，溫度驟然降到10 ℃時，起初COD 去除率明顯下降，但經(jīng)過15 d 低溫條件馴化，微生物逐漸適應(yīng)了低溫條件，COD 去除率又恢復(fù)到了92%；但溫度對氮、磷的去除效果影響較大，20～37 ℃溫度范圍內(nèi)，氨氮、總氮和總磷去除率維持在97.2%、80.3%和90.4%左右，溫度降低到10 ℃時，氨氮和總氮去除率降低為35.2%和40.4%左右。Feng等［23］研究了載體型厭氧折流板反應(yīng)器在不同溫度下的性能，反應(yīng)器的操作溫度最初控制在28 ℃，然后以每天1℃的速率降至18 ℃，接著反應(yīng)器以恒定的進料負荷運行10 d，然后在相同的操作條件下以每天1 ℃的速率將溫度進一步降低至10 ℃，發(fā)現(xiàn)溫度影響SS的去除，低溫下VFA 濃度高，表明低溫下反應(yīng)速率降低了。有的研究表明當溫度降至15 ℃以下時，反應(yīng)速率會降低很多［20，24］。

綜上，ABR 反應(yīng)器對溫度有較寬的適應(yīng)范圍，在15～37 ℃的范圍內(nèi)運行時，溫度對COD 的去除效果影響不大，甚至在10 ℃的低溫條件下，COD 去除率可超過80%。溫度對氮、磷的去除影響大于COD，溫度降低到10 ℃時，氮和磷的去除率會顯著降低。

2.2 pH

pH 是影響ABR 反應(yīng)器運行的重要控制因素，pH 值決定了厭氧生物反應(yīng)系統(tǒng)能否正常運行。ABR 中的pH 值取決于進水堿度和厭氧生物反應(yīng)產(chǎn)生的VFA 濃度，如果產(chǎn)生酸的濃度超過可利用的堿度，反應(yīng)器將會酸化，pH值下降，過度酸化會抑制微生物的活性，如果停止產(chǎn)甲烷，VFA 可能會繼續(xù)積累，進一步惡化反應(yīng)器的環(huán)境條件［25-27］。ABR 反應(yīng)器中每個隔室的pH 值不同，由于發(fā)酵細菌的作用，VFA 在初始幾個隔室中積累，pH 下降，但隨著反應(yīng)的進行，后面各隔室的VFA 濃度逐漸降低，堿度逐漸增加，因此pH 值也逐漸增加［23］。研究表明由于VFA 濃度過度累積引起的酸化可導(dǎo)致ABR 反應(yīng)器運行的失?。?0］，因此，為了防止過度酸化，可以使用堿性物質(zhì)如NaOH 和NaHCO3調(diào)節(jié)pH［27］。劉宇紅等［28］研究了pH 值和堿度對ABR 反應(yīng)器的影響，結(jié)果表明：在反應(yīng)器啟動階段，需要外加堿液提高進水堿度，從而保證各隔室中微生物的良好生長環(huán)境，否則很容易產(chǎn)生VFA 積累，使反應(yīng)器內(nèi)pH 值下降，最終導(dǎo)致啟動失敗。Foxon［11］指出原水堿度對穩(wěn)定ABR 反應(yīng)器pH 值以及對建立穩(wěn)定的厭氧微生物種群具有重要作用，當pH 值下降至6.5 以下時，厭氧過程會受到抑制。

綜上，pH 和堿度會對ABR 反應(yīng)器處理效能產(chǎn)生一定的影響，pH 低于6.5 會對ABR 反應(yīng)器厭氧過程產(chǎn)生抑制作用，此時需要在進水中添加堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH。

2.3 進水有機物濃度

進水有機物濃度不會直接影響ABR 的性能，但可能會影響污染物的去除率。李清雪等［29］在溫度15～29 ℃，HRT 為6～24 h條件下，研究了進水有機物濃度對去除效果的影響，當進水有機物濃度從267 增加到1 772 mg/L，COD 去除率從76%提高到了90%。沈耀良等［30］研究結(jié)果表明進水COD 濃度為550～850 mg/L 時，COD 的去除率為90.2%～95.4%，然而進水COD 濃度為150～350 mg/L時，COD的去除率僅為50.3%～80.1%，由此可見進水有機物濃度是反映微生物營養(yǎng)狀況的指標，當處理低有機物濃度廢水時，應(yīng)選用較低的HRT 和較高的進水有機負荷，以確保微生物得到足夠的營養(yǎng)，上述研究結(jié)果表明ABR 進水COD濃度最好大于400 mg/L。當處理高濃度廢水時，建議使用較低的進水有機負荷以確保有機物被生物完全降解，防止因沼氣產(chǎn)量提高而導(dǎo)致污泥漂?。?0］。

綜上，只要進水COD 濃度不低于400 mg/L，ABR 反應(yīng)器都能達到良好的COD 去除效果，進水COD 濃度對ABR 反應(yīng)器的處理效能影響不大。

2.4 水力停留時間

水力停留時間是ABR 反應(yīng)器的重要控制因素。Zhao 等［31］在溫度為25 ℃條件下，采用四隔室ABR 反應(yīng)器處理污水，研究了5 個不同的HRT（20.5、15.3、9.6、5.2 和2.9 h）和相應(yīng)的有機負荷［0.30、0.54、0.79、1.92和2.55 kg COD/（m3·d）］條件下，對COD去除率的影響，發(fā)現(xiàn)HRT 從20.5 h 降至15.3 h 時，COD 去除率從82.5%增加到88.1%，HRT 繼續(xù)降低至9.6 h，去除率降低至79.4%，當HRT 降至2.9 h 時，COD 去除率進一步降低至68.4%左右，因此，最佳HRT 為9.6 h。李清雪等［29］研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器COD 的去除率與HRT 成正比，HRT越短，反應(yīng)器對COD 的去除率越低，HRT 越長，反應(yīng)器對COD 去除率越高；當HRT 從24 h縮短到6 h 時，COD 去除率從91.7%降低到55.2%，反應(yīng)器的最優(yōu)HRT 為18 h。許多研究的研究結(jié)果表明COD 去除率隨著HRT的增加而增加，HRT 達到48 h后，COD 去除率趨于穩(wěn)定［9，24，31，32］。HRT太低會影響COD的去除率，Bodkhe 等認為HRT 小于6［32］，Nasr 等［24］認為HRT 小于12 h，COD 去除率顯著降低。在非常低的HRT 下，ABR 對有機物的去除率降低的原因可能是細菌沒有足夠的時間來消耗有機物。

HRT 越大，ABR 反應(yīng)器對污染物的去除效果越好，ABR 反應(yīng)器的最佳HRT 為48 h。HRT 決定了ABR 反應(yīng)器中上向流室的上向流速度，為保持良好的處理效能，上向流速度應(yīng)小于2 m/L，最佳為0.1～0.5 m/h。

2.5 反應(yīng)器啟動的影響

ABR 反應(yīng)器的成功啟動是其有效處理污水的先決條件，由于厭氧微生物特別是產(chǎn)甲烷菌的生長速度緩慢，因此，ABR 的啟動需要一定的時間。為成功啟動ABR 反應(yīng)器，建議啟動時進水負荷要低，因為在較低的進水負荷下，產(chǎn)氣量較低，廢水上向流流速慢，利于微生物繁殖。ABR 反應(yīng)器的啟動有兩種方式，一種是HRT 恒定不變，逐步增加進水有機物濃度，一種是進水有機物濃度不變，逐漸增加HRT，后一種啟動方式顯示出更好的反應(yīng)器性能和運行穩(wěn)定性［33］。楊春等［34］研究用ABR 處理農(nóng)村生活污水，啟動反應(yīng)器初期采用低進水負荷0.13 kg/（m3·d），然后逐漸提高進水有機負荷至2.19 kg/（m3·d），60 d內(nèi)反應(yīng)器完成掛膜，對COD 的去除率穩(wěn)定在66%。班巧英等［35］采用低負荷、分階段運行方式啟動ABR 反應(yīng)器，啟動過程分為3個階段：第一階段采用低負荷運行方式，固定HRT 為24 h，然后將進水COD 濃度從500 mg/L 逐步提高到6 000 mg/L，第二階段采用延長HRT 與提高進水COD 濃度交替進行的方式，將HRT 由24 h延長至48 h，而進水COD 濃度由6 000 mg/L 提高到8 000 mg/L，第三階段采用固定COD 濃度，逐步縮短HRT 的方式，將HRT 由48 h 縮短至36 h。Feng 等［9］在48 ℃的溫度下以48 h 的HRT 進行CABR的啟動研究，經(jīng)過三周的運行，有機物去除率和反應(yīng)器pH 曲線逐漸趨于穩(wěn)定，表明反應(yīng)器獲得成功啟動，啟動初期pH逐漸降低，但隨后波動減少，并且在21 d 后觀察到沿反應(yīng)器水流方向pH 呈溫和增加趨勢。李清雪等［30］在HRT為24 h的條件下啟動ABR 反應(yīng)器，發(fā)現(xiàn)運行60 d 后，反應(yīng)器對COD 的去除率穩(wěn)定在80%左右，反應(yīng)器啟動成功，進入正常運行。

ABR 反應(yīng)器正常運行之前需要留出足夠的啟動時間，以便反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生適量的污泥，ABR 反應(yīng)器成功啟動后才能達到良好的污染物去除效果。啟動ABR 反應(yīng)器時應(yīng)采用低進水有機負荷，同時接種適量污泥，然后逐漸提高進水負荷直到出水COD達到穩(wěn)定值以及恒定的沼氣產(chǎn)量。

2.6 沖擊負荷的影響

2.6.1 進水有機物沖擊負荷

許多研究結(jié)果表明，進水COD 濃度變幅達到典型生活污水濃度3 倍時，會引起前幾個隔室的COD 濃度出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，但對ABR 出水COD 濃度影響不大，而且?guī)讉€小時后，ABR 反應(yīng)器運行情況恢復(fù)正常。Krishna 等［36］將HRT 固定為8 h，研究了進水COD 濃度引起的沖擊負荷變化對ABR 反應(yīng)器處理效率的影響，進水COD 濃度分別在4 h 和8 h 內(nèi)增加了1 倍和兩倍，僅在前三或四個隔室的COD 濃度出現(xiàn)了明顯的增加，第一和第二隔室受到的影響最大，第四隔室之后流出的COD 濃度基本不變，受到?jīng)_擊負荷后6 h，所有隔室的有機物濃度均恢復(fù)到?jīng)_擊負荷前的水平。Bodkhe［32］等人的研究結(jié)果表明，盡管進水COD濃度波動很大，但出水COD 濃度變化不大。Foxon［12］的研究發(fā)現(xiàn)由于非法傾倒高濃度廢水，曾一度導(dǎo)致ABR 反應(yīng)器的酸化和反應(yīng)器故障，然而非法傾倒事故發(fā)生10 d 后，ABR 反應(yīng)器運行恢復(fù)正常。

進水COD 濃度突然上升所引起的沖擊負荷短時間內(nèi)會對ABR 反應(yīng)器的前面幾個隔室造成影響，引起前面幾個隔室的COD 濃度增加，但對ABR 反應(yīng)器出水水質(zhì)影響不大，且經(jīng)過一定時間后，反應(yīng)器逐漸適應(yīng)新的進水負荷，所有隔室的COD 濃度又恢復(fù)到原來的初始水平。

2.6.2 水力沖擊負荷

Krishna［36］在保持進水COD 濃度不變情況下，將HRT 從6 h突然降到了1 h（上向流流速為2 m/h），沖擊負荷從2 kgCOD/（m3·d）增加到了12 kgCOD/（m3·d），增加了6 倍，發(fā)生沖擊負荷的初期，反應(yīng)器VFA 的濃度增加，且沖擊負荷造成上向流室的上向流速度增加，反應(yīng)器中約10%的污泥被沖走，因而導(dǎo)致出水COD 濃度增加了450%，但沖擊負荷發(fā)生后不到10 h，反應(yīng)器的COD就又恢復(fù)到了以前的處理率和出水水質(zhì)。

Langenhof 等［37］研究表明HRT 為6 h時，COD 去除率超過了80%，48 h 內(nèi)將HRT 從6 h 降到1.3 h（上向流的流速為1 m/L），僅流失掉少量污泥（0.05 gVSS/d），去除率仍維持在40%以上。聶會元等［38］將進水COD 濃度維持在2 500～3 000 mg/L 范圍內(nèi)，將HRT 由27 h 降到15 h，COD 去除率基本沒有變化。Krishna等［39］用ABR 處理COD 濃度約為500 mg/L 的廢水，運行溫度為20～38 ℃，進水有機負荷在0.6～2 kgCOD/（m3·d）之間變化，研究發(fā)現(xiàn)ABR 在不同進水有機負荷下運行約600 d，沒有產(chǎn)生剩余污泥，在進水有機負荷最高為2 kgCOD/（m3·d）時，COD 的去除率也超過88%。

ABR 反應(yīng)器具有較強的抗沖擊負荷能力。發(fā)生沖擊負荷的短時間內(nèi)，前幾個隔室的COD 和VFA 濃度會受到影響，但對出水水質(zhì)影響不大，且前幾個隔室中的微生物很快就會適應(yīng)沖擊負荷，COD 和VFA 濃度也會恢復(fù)到初始的水平。由此可見ABR 反應(yīng)器隔室的數(shù)量對有機物去除起到重要作用，最初幾個隔室主要發(fā)生水解和酸化作用，后面幾個隔室發(fā)生產(chǎn)甲烷作用。

2.7 污泥顆?；?/h3>

顆粒狀污泥能增強污泥的沉降性能，增加ABR 反應(yīng)器中的生物量，提高污染物的去除效率。許多科研人員在研究ABR 反應(yīng)器時，都觀察到了污泥顆?；F(xiàn)象［40-42］。李清雪［43］經(jīng)過半年時間，在四隔室的ABR 反應(yīng)器中培養(yǎng)出了平均粒徑為2～3 mm的顆粒污泥。Uyanik等［44］采用低負荷方式啟動ABR，67天后在第二隔室觀察到粒徑為1～2 mm 的顆粒污泥，其后的鏡檢表明，顆粒污泥主要由能消耗H2/CO2并以甲酸為底物的微生物組成。

污泥顆?；苯佑绊懼鳤BR 反應(yīng)器的啟動，在啟動過程中，可采用不同方法加速顆粒污泥的形成，促進顆?；瑥亩岣逜BR 反應(yīng)器的處理效率［44］：①控制合適的條件如進水負荷、堿度等能夠在ABR 反應(yīng)器中培養(yǎng)出顆粒污泥，提高反應(yīng)器的去除效率和運行穩(wěn)定性；②在顆粒污泥培養(yǎng)過程中添加無機惰性物質(zhì)可對顆粒污泥的形成起到積極作用；③在啟動初期，保證較高的進水堿度（CaCO3，1 000 mg/L）有利于培養(yǎng)出顆粒污泥，顆粒污泥出現(xiàn)以后，再適當降低進水堿度（CaCO3，500 mg/L）。

3 ABR反應(yīng)器在農(nóng)村污水處理中的可行性

ABR反應(yīng)器的應(yīng)用范圍較廣，國內(nèi)外學者利用ABR反應(yīng)器對多種類型的廢水進行了研究（表1）。從表1可以看出，ABR反應(yīng)器可以有效地處理寬范圍濃度的污水包括低濃度和高濃度廢水。當廢水中的有機物濃度較低時，基質(zhì)和微生物之間的傳質(zhì)推動力較小，進水負荷低造成產(chǎn)氣量較低，從而影響了廢水和生物之間的接觸，低濃度廢水的這些特點對其他厭氧處理技術(shù)如上流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）等的處理效果會產(chǎn)生較大影響，但對于ABR 反應(yīng)器，可通過減小HRT 而達到較好地處理效果。此外從表1可以看出，只要選擇適宜的運行條件，ABR反應(yīng)器對COD的去除率可達到80%～95%。

表1 ABR反應(yīng)器可處理的COD濃度水平Tab.1 COD concentration level that ABR reactor can treat

我國農(nóng)村地區(qū)人口居住分散，地形復(fù)雜，建設(shè)集中式污水處理管網(wǎng)投資高、運行維護難度大，因此城市集中式污水處理技術(shù)在農(nóng)村不具備優(yōu)勢，需要因地制宜地采用分散污水處理技術(shù)，而基于源分離的污水技術(shù)是適合農(nóng)村的污水處理技術(shù)，表2是農(nóng)村源分離污水水質(zhì)特征［46］，從表2中可以看出，黑水的COD濃度范圍在ABR 污水處理濃度范圍內(nèi)，可將ABR 反應(yīng)器應(yīng)用于農(nóng)村黑水的處理。此外ABR 反應(yīng)器還可用于農(nóng)村養(yǎng)殖廢水、屠宰廢水等高濃度有機廢水的處理。

表2 農(nóng)村源分離污水水質(zhì)特征 mg/LTab.2 Water quality characteristics of rural source separated sewage

上述分析表明，ABR 反應(yīng)器具有良好的抗沖擊負荷能力，良好的污泥截留能力，良好的產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分離特性，再加上ABR 反應(yīng)器無需特殊的氣固分離系統(tǒng)、無需曝氣、運行維護簡單、成本低等特點，使其尤其適合農(nóng)村分散污水處理。

4 ABR與其他處理工藝的組合

農(nóng)村生活污水可生化性好，非常適合采用生物法進行處理，但是單獨采用厭氧生物處理難以達到排放標準，為了獲得更好的出水水質(zhì)，可以將ABR 反應(yīng)器與好氧處理單元聯(lián)用，從而彌補厭氧處理單元出水水質(zhì)不能達到排放標準的缺點，同時利用好氧工藝對污水進行深度處理，可以獲得良好和穩(wěn)定的出水水質(zhì)，此外還能在有效去除COD 的同時達到脫氮除磷的目的。

4.1 ABR-人工濕地組合工藝

人工濕地技術(shù)是一種適合農(nóng)村分散污水的處理工藝，然而有研究表明人工濕地單獨處理農(nóng)村生活污水存在污染負荷低、易堵塞等問題。因此，在采用人工濕地作為農(nóng)村生活污水處理技術(shù)時，需要相應(yīng)的預(yù)處理單元，對污水中有機物與懸浮顆粒進行去除，解決人工濕地堵塞問題，提高人工濕地的運行效果和時間，ABR 和人工濕地的組合是一種適合農(nóng)村生活污水的處理工藝。研究人員采用ABR 與人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明組合工藝對有機物、懸浮物、氨氮、總氮、總磷都有很好的去除效果，出水水質(zhì)除氨氮外均能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》排放標準［47，48］。朱凱［49］采用ABR-復(fù)合人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明組合工藝對有機物、氮、磷具有較高的去除能力，COD、NH4+-N、TN 和TP 的平均去除率在58.2%～84.6%。在ABR-人工濕地組合工藝中，廢水中有機物的去除主要發(fā)生在ABR 反應(yīng)器段，氨氮、總氮、總磷主要在人工濕地中得到去除。

4.2 ABR-序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）組合工藝

序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）投資和運行費用低，但抗沖擊負荷能力較差［50］，而ABR 工藝正好彌補了此缺點，為此將ABR 與SBR 工藝結(jié)合，可以取長補短，能同時有效去除廢水中有機物、氮和磷［51］。葉勇等［52］采用ABR-SBR 組合工藝處理餐飲污水，在組合工藝中ABR 的主要作用是在厭氧微生物作用下，將廢水中的大分子有機物降解為易于生物降解的小分子有機物，從而提高后續(xù)處理單元SBR 對有機物和總氮的去除效果，該處理工藝表現(xiàn)出良好的COD、TN、TP 去除效果，去除效率分別達到93%、99%和99%。

4.3 ABR-生物接觸氧化組合工藝

用生物接觸氧化工藝處理低濃度有機廢水可達到很高的處理效率，該工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定。將ABR 與生物接觸氧化工藝組合，可以實現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補，且適合村鎮(zhèn)生活污水的特點。袁惠萍等［53］利用ABR-生物接觸氧化組合工藝處理農(nóng)村生活污水，取得了良好的處理效果，COD 和氨氮的平均去除率超過了99.2%，總氮去除率為40%；COD 主要在ABR 反應(yīng)器中得到了去除，氨氮主要在生物接觸氧化池得到了去除。生物接觸氧化作為ABR 的后續(xù)工藝，起到了穩(wěn)定和優(yōu)化出水水質(zhì)的作用。張彬彬等［54］采用ABR-生物接觸氧化組合工藝處理農(nóng)村生活污水，發(fā)現(xiàn)組合工藝對生活污水COD、SS 具有良好的去除效果，COD、SS、TN去除率平均分別為81.3%、95.8%和64.7%。

綜上，由于單獨使用ABR 反應(yīng)器時出水水質(zhì)尤其是氮磷濃度無法達到我國污水水質(zhì)排放標準，可以將ABR 反應(yīng)器與其他處理工藝進行組合，具體選擇何種組合工藝需要結(jié)合當?shù)氐牡乩憝h(huán)境、經(jīng)濟技術(shù)水平以及排水水質(zhì)要求等條件來確定，土地富裕的地區(qū)可與人工濕地結(jié)合，土地緊缺的地區(qū)可與生物接觸氧化等工藝結(jié)合。

5 結(jié) 語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，ABR 反應(yīng)器的應(yīng)用范圍寬廣，對低濃度和高濃度有機物廢水均有良好的處理效果。在適宜HRT 條件，且進水COD 濃度不低于400 mg/L，ABR 反應(yīng)器對COD 的去除率可達到80%～95%，進水COD 濃度越高，COD 去除率越大。ABR 反應(yīng)器具有較強的抗沖擊負荷能力包括抗進水COD 濃度沖擊負荷和進水水力沖擊負荷，沖擊負荷一般只會對前1～3 個隔室的生物作用產(chǎn)生短暫影響，對后面幾個隔室的影響不大。ABR 反應(yīng)器的多隔室結(jié)構(gòu)對其穩(wěn)定運行起到了非常重要的作用，進水負荷的波動效應(yīng)會由反應(yīng)器中多個隔室平衡分擔，不會影響整體出水水質(zhì)。

與城市傳統(tǒng)處理技術(shù)如活性污泥相比，ABR 反應(yīng)器能量需求低，不需要曝氣充氧。具有結(jié)構(gòu)簡單，無需特殊的氣固分離系統(tǒng)，污泥產(chǎn)生量低，運行和操作費用低，耐沖擊負荷能力強，管理簡單、運行成本低等優(yōu)點，非常適合農(nóng)村分散污水處理，可用于農(nóng)村黑水、養(yǎng)殖廢水、屠宰廢水等不同濃度水平的污水處理。僅用ABR 反應(yīng)器，其處理出水不能滿足我國污水排放標準，將ABR 與其他類型反應(yīng)器聯(lián)用，不僅可彌補厭氧處理出水不能達到排放標準要求的缺點，獲得良好和穩(wěn)定的出水水質(zhì)，此外還能達到脫氮除磷的目的。

現(xiàn)有的ABR 研究結(jié)果表明ABR 反應(yīng)器是一種低維護、運行效果穩(wěn)定的處理系統(tǒng)，但是當前大部分的研究是基于小規(guī)?；蛑性囈?guī)模試驗，實際生產(chǎn)規(guī)模ABR 反應(yīng)器的長期運行經(jīng)驗較少。ABR 反應(yīng)器設(shè)計的優(yōu)化還需要通過大量實際規(guī)模的ABR反應(yīng)器的長期運行與監(jiān)測結(jié)果來實現(xiàn)。建議未來在以下幾個方面對ABR 反應(yīng)器開展深入研究：如何進一步提高ABR 反應(yīng)器的污泥停留時間，減少污泥流失，如何解決不利影響因素下ABR 的過度酸化問題，研究反應(yīng)器中污染物的降解和代謝機理以及可能產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，ABR與其他處理技術(shù)的組合。 □