宋铁红1，2，张芳2，董利鹏2，谢添2，王晓玲1，3
（1.松辽流域水环境教育部重点实验室、吉林建筑大学，长春130118；2.吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春130118；3.吉林大学环境与资源学院，长春130012）
摘要：介绍了国内外对厌氧折流板反应器（ABR）的特性研究，包括生物分离特性、颗粒污泥特性、水力特性的研究，介绍了ABR处理不同废水的研究，ABR拥有许多优于其他厌氧工艺的特点，能够处理各种不同类型的废水，如低温废水、有机废水、有毒性废水及难降解有机废水等。ABR对处理难降解有机废水和有毒废水具有良好的研究开发价值和广阔的应用前景
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关键词 ：厌氧折流板反应器（ABR）；废水处理
中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：１００８－９５００（２０15）01－００29－０４
污水厌氧处理系统中底物、中间产物、最终产物以及各微生物种群之间相互作用，并且微生物种群间通过营养供给的方式形成共生或互营关系，因此，厌氧处理系统是一个复杂的微生物系统［１］。为确保反应器中微生物生态系统稳定运行，其微生物的有序生长、充足物质和高效顺畅流动的能量是必要条件。结合反应器的混合流态和生物相分离两大特性，并以提高处理效果和保持反应器运行稳定性为目的。基于以上叙述，Lettinga［２］提出了分阶段多相厌氧反应器技术（SMPA）的理念，Lettinga认为SMPA工艺的适用范围更为广泛，不但提高了反应器的负荷和处理效率，同时增大了稳定性和适应性，而且对难降解的工业废水也有较高的降解效能。与Lettinga教授提出的SMPA工艺思想参照对比，可以发现ABR反应器几乎完美的实现该工艺设计思路及要点。研究人员基于SMPA的工艺思想研究发展了第三代新型厌氧反应器—ABR，多年来，随着研究的深入及改进，与以往厌氧反应器相比，ABR在工艺结构、微生物特性和操作条件上都具有无法比拟的优点。
厌氧折流板反应器的特点见表1。
1厌氧折流板反应器（ABR）的特性研究
1.1ABR的生物分离特性
ABR在构造上设置上、下折流板，这有利于ABR在水流方向上形成彼此串联的隔室，这也是ABR最大的特点。反应器中独立的格室在水流方向上能够实现微生物种群在产酸相和产甲烷相的分离，达到更好降解废水中有机物的目的，同时可以实现在单个反应器中两相（2格室）或多相（多格室）分离。
沈耀良，王惠民等人［３］研究表明，以6格室的ABR反应器为例，ABR的前3个格室（第1、2、3格室）内微生物主要进行产酸发酵的过程，而在后3个格室（第4、5、6格室）内主要进行产气的过程，该过程以前格室产生的酸为基质并被产甲烷菌所利用进而产气。说明ABR的独特构造形式存在着产酸和产气分离特性。
杨建、李伟东等人［４］研究表明，反应器运行30d成功实现生物相的分离。第1格室中颗粒污泥表面菌种以水解和产酸菌为主;第2格室除了水解和产酸发酵的细菌，还含有少量的产甲烷菌，其中优势细菌为产酸细菌;第3格室中以产乙酸菌和产甲烷菌为优势菌种，第4格室主要以甲烷八叠球菌及甲烷杆菌为优势菌种。
S.Nachaiyasit［５］等研究表明，ABR反应器第1格室内主要为产丁酸菌，而在后面的格室中甲烷菌为主要菌种。
从生态学的观点看，随着有机物浓度、pH值和氧化还原电位（ORP）等环境条件随流程逐级递变，且ABR整体上处于推流流态，这使系统中不同隔室发生生态位的分离现象，即各隔室的微生物优势种群发生变化，这说明ABR具有微生物相分离的特性。然而，由于局部存在的完全混合流态，在生态位分离的基础上存在一定程度的生态位重叠现象。这种生态位的重叠与分离的有机结合状态有利于实现较高的有机物的降解效率，同时确保反应器系统运行中微生物相拥有最佳的工作活性。
1.2ABR的颗粒污泥特性
颗粒污泥是一种结构紧密的污泥聚集体。它是由厌氧微生物自固定化而形成，同时颗粒污泥具有良好的沉降性能及产甲烷活性，对提高上流式污泥床工艺系统处理效果有重要的意义。
Boopathy［６］等人在负荷率为0.97kgCOD/（m3·d）的情况下启动三格室的ABR处理高浓度糖浆废水，30d后，各隔室均出现了灰色球形颗粒污泥，其粒径平均约为0.55mm，在前两个格室中发现丝状菌组成的白色和深绿色的颗粒污泥，第3格室中发现粒径为0.5~1.0mm的颗粒污泥，且表面分布很多气孔。电镜显示，第1格室中颗粒污泥中产甲烷菌主要是甲烷八叠球菌，第2格室以甲烷球菌属和甲烷短杆菌属组成，第3格室以甲烷丝状菌为主。
沈耀良，王惠民［3］等人研究表明，ABR反应器中各隔室呈现出的污泥颗粒特性不相同，第1、2格室的颗粒污泥呈现白色或浅灰色，且结构松散、表面粗糙；随着隔室的后移，颗粒污泥逐渐向黑色过渡，第5、6格室的颗粒污泥结构紧密，表面光滑；各隔室的颗粒粒径由前至后逐渐减小。
Tiche和Yang［７］等人研究表明，由于前面格室中有机物浓度较高，主要形成光滑的、体积较大且密度较小的甲烷八叠球菌絮体颗粒污泥。
1.3ABR的水力特性
ABR是一种复合型流态反应器，它介于推流式和完全混合流态之间，这种相结合的复合型流态大大提高了反应器的容积利用率及废水处理效果，同时促进了反应器运行的稳定性，是一种极佳的流态形式。
Grobicki［８］等人认为，ABR反应器可以作为一个串联的完全混合反应器（CSTR）的组合，各级之间不存在反混的现象。在单个反应室内，ABR的水力特性接近于完全混合式，整体上近似于推流式，且分格数越多，ABR的水力特性越接近于推流式。
徐金兰、刘茵［９］等人对ABR的水力流态进行试验，结果表明，在进水COD浓度不同的条件下，ABR反应器的RTD曲线相似，HRT不同时，RTD曲线差异很大，表明主要影响ABR水力特性的因素是HRT而不是进水COD浓度。N值随HRT的增大而增大，1/Pe随HRT的增大而减小，表明ABR的流态趋于推流流态，N值随HRT的减少而减小，1/Pe数值随HRT的减少增大，表明ABR流态趋于完全混合流态。
2ABR处理不同水质废水的研究
ABR可以处理不同类型的废水所以在实际工程中应用广泛。如低温废水、多种浓度有机废水、有毒性废水及难降解有机废水的处理。
Nachaiyasit［１０］研究表明，在处理低温废水时，ABR系统在达到稳定运行2个月后，温度从35℃下降到25℃时，ABR对废水COD去除率降低5%左右，当温度继续降低到15℃时，废水COD去除率仅仅降低20%。
沈耀良、赵丹［１１］等人采用ABR处理高浓度淀粉制品加工废水。研究表明，ABR具有稳定高效的处理效果，在中温条件下，进水COD负荷为10～20kg/（m3·d），HRT=12～24h时，COD去除率均高于90%；在HRT=8h，进水COD负荷为7.0～12kg/（m3·d）时，COD去除率稳定在91%；HRT=6h，进水COD负荷为6.5～15kg/（m3·d）时，COD去除率稳定在75%。
马晓力，沈耀良［１２］采用ABR反应器处理高浓度头孢抗生素废水实验结果表明，废水COD负荷在2.67~3.0kg/（m3·d），经过ABR反应器处理后，其COD去除率稳定在50%，头孢类制药废水可生化性非常差，同时经过ABR处理后的制药废水，可生化性由0.11提高到0.39~0.46。
沈耀良、孙立柱［１３］对ABR处理低浓度废水效果进行了研究，结果表明，在中温条件下，进水COD浓度为150mg/L时，COD的去除率为50%，进水COD浓度为350mg/L时，COD的去除率为80%~87%，进水COD浓度为550mg/L时，COD的去除率为86%~92%，进水COD浓度为850mg/L时，COD的去除率为90%~95%，出水COD浓度为70~90mg/L，表明了ABR在处理低浓度废水时具有良好而稳定的处理效果。
Langenho［１４］等对ABR处理低浓度可溶性、胶质性废水进行了实验，研究表明，在HRT=80h时，COD去除率为95%，当HRT的逐渐下降至6h时，COD去除率仍稳定在80%~90%。
戴友芝、冀静平［１５］等人以氯酚配水对ABR进行毒物冲击负荷试验，研究结果表明，进水COD浓度为1100～1200mg/L，HRT为24h，向反应器中两次投加有毒物后有机物负荷为17～18mg/L时，ABR在第1次受到冲击后，处理性能经过26d后处理效果恢复正常，COD去除率达到90%以上。在受到第2次冲击后，仅用18d即恢复正常。说明ABR对毒物冲击有较强的适应能力。
李清雪，范超［１６］等人采用ABR处理高浓度硫酸盐有机废水，研究表明，在温度为33.2℃，HRT为20～24h，进水COD浓度为5000g/L，硫酸盐浓度为300～1500mg/L的条件下，ABR处理高浓度硫酸盐有机废水的效果较好，其COD去除率稳定在90%以上。
沈耀良［１７］应用ABR处理垃圾渗滤混合废水的研究表明，ABR具有明显的水解酸化作用，可以提高废水的可生化性。混合废水的BOD5/COD为0.2~0.665时，经过ABR反应器处理后出水的BOD5/COD值提高到0.37~0.68，且进水的BOD5/COD越低，其提升幅度越大。
方圣琼、张宏旺［１８］等人采用ABR处理养猪废水，研究结果表明，进水COD浓度在9000～10000mg/L时，进水pH值为7以上，HRT为48h时，COD去除率在75%～85%，产气率达0.4m3/（kgCOD）左右，且ABR厌氧消化过程对废水中的氨氮基本没有去除效果。
3结语
综合以上对ABR特性的研究介绍，包括生物分离特性、颗粒污泥特、水力特性的研究，发现ABR对处理废水具有良好的抗毒能力、耐冲击负荷能力，系统运行稳定性较高，对各种废水的适应能力较强。另外ABR还具有工艺简单、造价较低，运行管理方便等优点。因此，ABR在我国处理难降解有机废水和有毒废水方面具有良好的研究开发价值和推广应用前景。
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（责任编辑／陈军）