ABR反应器处理农村生活污水的应用研究

2022-09-10

近年来, 农村生活污水的排放已成为环境污染的主要源头。其自身存在难以管理等特点, 导致污水排放量逐年增大, 造成河道水体受到严重影响, 水体生物也趋于灭绝, 对人类身体健康也造成严重影响。因此, 对农村污染现状如何从源头控制, 需要引用一定的科学技术, 即ABR处理技术。因此, 对ABR处理农村生活污水的应用研究具有十分重要的意义。

1 ABR的基本概述

厌氧折流板反应器, 又名Anaerobic Baffled Reactor, 简称ABR, 是基于厌氧生物转盘反应器而改进的。在先进新型厌氧反应器中, ABR主要集合SMPA与UASB于一体, 在厌氧反应器处理效率与负荷方面有明显的提高作用, 而且能够很大程度适应如有毒物质等不良因素, 是当前极具典型特征的高效厌氧反应器。尽管在废水处理方面, ABR反应器具有明显的优势, 但其中也存在一定的不足之处。具体表现在:第一, 产气上升速度与水流量的保证要求ABR反应器需保持一定的深度, 一般情况下修建较浅;第二, 如何均匀分布进水也是ABR反应器面临的主要难题;第三, 相比单级UASB反应器, 同等负荷条件下, ABR反应器承受的局部符合通常超出平均负荷许多。因此, 针对其存在的不足之处, 实际应用过程中应采取相应的处理措施[1]。

2 ABR反应器应用原理及运行特性分析

2.1 ABR反应器应用过程中原理分析

以往学者研究表明, ABR反应器在启动过程中往往会存在填料与污泥上浮的问题。一般会采取一定的试验方式, 在折流板处进行将串联空心球填料进行固定, 以此分析填料上浮情况。通过研究发现, 填料的上浮主要受水力负荷与产气量的影响。其中水力负荷会对重量较轻的空心球填料进行冲击, 引起上浮问题的出现, 而在填料表面生物膜逐渐增厚时, 间隙将逐渐变小。因此, 填料会在厌氧产气的冲击下出现上浮现象。针对这种情况, 应保证ABR反应器能够进行稳定可靠的运行, 以此消除存在的问题。另外, ABR反应器启动过程中也存在污泥上浮的问题, 主要由于污泥反硝化在氧气不足的情况下会在污泥絮体上附带一定的气泡, 导致污泥比重逐渐减轻出现上浮现象。同时, 很多水中的塑料、纸屑、头发等物质也会导致污泥的结构逐渐松散, 甚至在絮体过程中形成团块并逐渐产生上浮污泥。但在ABR反应器污泥性能沉降作用的帮助下, 这种上浮现象也将逐渐消失。因此, ABR反应器能够适用于农村生活污水处理过程中[2]。

2.2 ABR反应器运行特性分析

2.2.1 从冲击负荷角度分析

一般情况下, 由于农村污水排放具有时段性的特点, 这就要求ABR处理工艺在抗水力冲击负荷方面具有足够的优势, 而且通过使HRT的改善能够实现污泥龄与污泥浓度的保持, 以此实现更好的处理效果。通常沟流现象会随水力停留时间逐渐缩短而形成, 造成死区体积过大, 使微生物无法对污水进行稀释, 而且COD浓度也会呈升高趋势, 这种情况也会在一定时间内消失。主要因为HRT缩短过程中, 不会对出水浓度以及反应器的去除率造成影响, 当恢复至一定水平时, 便可保证ABR的抗负荷能力, 尤其针对水量变化较大的问题, 其应用效果更为明显。

2.2.2 从温度角度分析

根据以往试验研究分析, 温度的变化与COD去除率变化成正比关系。处理效果会在温度降低的情况下受到影响。若将温度控制在中低水平时, 处理效率下降幅度将不会过于明显。由此推出, ABR反应器由于自身存在较高的生物量, 在中低温情况下, 其自身的生物活性酶会以一定的浓度对温度产生的不利影响进行缓冲, 确保反应器能够实现厌氧消化过程[3]。

2.3 ABR两项多阶段的反应特性分析

2.3.1 从分阶段厌氧反应机理分析

分阶段多相厌氧反应器技术又称SMPA, 这种技术能够对如含有异质性化合物的废水等不同类型的进水基质进行处理。其原理在于:首先, 厌氧微生物种群会在分隔空间内进行培养, 使其能够与环境因子与底物组相适应。其次, 可以避免独立空间中的污泥相混合的情况出现。再次, 独立空间中的气体也处于分离状态。最后, 独立空间中的流态会向复合流态方向发展, 实现更好的处理效果, 也能够确保出水的水质。另外, 对不同类型的基质进行处理过程中会利用微生物的生态原理、反应器内水动力学以及反应动力学进行复合流态的结合, 解决传统工艺中反应器会在酸不断增加的条件下出现酸化的问题[4]。

2.3.2 ABR两相多阶段反应特性分析

以具体试验分析为例, 在ABR反应器正常运行情况下, 对各隔室的VFA与p H值的变化进行分析。在隔室的变化下, VFA会呈现由升高再降低的趋势, 而p H值呈现由降低再升高的趋势, 其中p H值会控制在厌氧反应中的合理范围内。另外, 隔室内, p H值与VFA二者也具有一定的关联性, p H值升高时, VFA呈下降变化, 而p H值下降时, VFA会发生升高的变化。由此分析, VFA产量要会受水解酸化菌的影响而增多, p H值也就表现出下降状态, 但VFA产量在甲烷产生后会之间减少, p H值随之升高。但ABR反应器实际应用过程中, 也存在p H值与VFA不会发生同步变化的情况, 一般p H值变化较为滞后[5]。

2.3从污泥特性角度

产甲烷菌与产酸菌通常在ABR反应器下会保持分离状态, 这种情况下的生长环境条件较好。二者的分离, 能够提供氧化还原电位与比较合适的p H值于微生物种群, 实现良好的去除效果。ABR反应器进行高浓度废水处理过程中所形成的颗粒污泥状态极好, 根据农村排放的废水浓度与水质, 颗粒污泥所呈现的外观也会发生一定的变化。另外, ABR反应器进行低浓度废水处理过程中, 只要保证其运行状态良好, 也可实现颗粒污泥的形成, 处于颗粒状态下的污泥具有良好的沉降性, 不会在水流冲击下发生流失, 因此可实现良好的去除效果[6]。

3 ABR-人工湿地组合技术的分析

3.1 ABR-人工湿地组合工艺应用的必要性分析

尽管ABR反应器处理农村生活污水过程中能够发挥良好的效果, 但其仍然存在一定的缺陷如COD浓度过高, 使去除磷与氨氮的效果不明显, 尤其在出水过程中会出现大量的气味。因此, 对出水的后续处理就需采用ABR-人工湿地组合技术。

3.2 人工湿地的基本概述

人工湿地主要指通过生物与微生物、物理与化学作用的实现离子交换、沉淀等进行废水处理的系统。人工湿地进行污水处理过程中的净化过程主要体现在生物作用、化学作用与物理作用的共同发挥。其中, 生物作用主要指通过植物吸收与代谢、细菌硝化与反硝化、微生物同化与异化等作用进行污染物的降解, 利用更换基质的方式彻底去除污染物质;化学作用是指实体系统中的微生物、植物、填料等会发生氧化还原、化学沉淀等反应过程, 实现处理污水的目的;物理作用则体现在沉淀作用与植物根系的吸附作用两方面。由此分析, 人工湿地能够实现降解有机污染物的目标, 并利用植物吸收作用进行氮或磷的去除。但人工湿地往往会受到一定的因素影响如水利停留时间、水传导条件、表面负荷率等[7]。

3.3 ABR-人工湿地组合工艺的分析

3.3.1 ABR-人工湿地组合工艺的主要特征

由前文可知, 因为ABR反应器处理农村生活污水过程重, 无法达到出水水质的基本标准。因此, 需进行后续处理工作。单纯依靠人工湿地, 尽管在去除磷、氮或其他低浓度有机物方面具有明显的效果, 但其应用过程中对进水有较高的要求, 尤其需将农村污水中颗粒较大的杂质进行去除, 防治出现堵塞湿地漏料的情况。因此将二者相结合, 实现优势互补。应用过程中, 其特点主要表现在水力停留时间增强、去除效果良好、悬浮污泥浓度较高以及管理较为简便等特点, 而且在二者组合过程中, 能够实现对污水的重复利用并达到相应的污水排放指标。

3.3.2 ABR-人工湿地组合工艺应用的注意事项

应用ABR-人工湿地组合工艺进行农村污水处理过程中, 主要应考虑3方面问题。首先, 在污水处理工艺路线选择方面, 应注意进行水渠或污水管网的设计, 可减少或不使用相关的动力设备, 将系统运行成本降至最低。其次, 可采用自然曝气方式, 将鼓风机的动力消耗降至最低程度。最后, 使用ABR-人工湿地组合工艺过程中还需考虑温度变化, 尤其在温度过低时应保证污泥浓度较高, 避免处理效果受到影响[8]。

4 结语

本文通过调查和分析, 对农村生活污水的水质和水量进行了研究。对ABR反应器在农村生活污水的处理方面的运行特征进行了分析, 提出了一些针对ABR的后续人工湿地处理的相关信息和应用。由于我国农村生活污水水量较大, 污染浓度较低。而ABR反应器的抗水力冲击负荷能力较高;同时, 能够抵抗较高浓度的污水冲击。此外, 由于厌氧菌具有氨化作用, 因此, 它能在沿着水流的方向, 使氨氮含量逐渐平稳的提升。然而, 在中低温的环境之中, 对于反应器的去除效果来说, 温度对其影响不大。最后, 采用ABR人工湿地组合工艺无动力和跌水充氧自然曝气的工艺, 不需要鼓风和水泵, 能够降低成本、提高效率。

摘要：随着科学技术的发展, 农村污水处理技术也成为人们研究的主要内容。尤其农村面源污染很大程度来源于农村的生活污水, 具有分散、量大且难以管理的特点, 很难实现有效的治理与控制。基于这种现状, 逐渐引用ABR反应器, 并在此基础上提出ABR-人工湿地组合的工艺进行农村生活污水的处理。基于此, 首先对ABR的基本概述、ABR应用的试验分析以及ABR-人工湿地组合工艺的原理及应用进行探析。

关键词：ABR反应器,农村生活污水,人工湿地,应用