UASB和ABR在常温下处理生活污水的性能比较研究

邓华健

（天津市城市基础设施配套办公室，天津300381）

UASB和ABR在常温下处理生活污水的性能比较研究

邓华健

（天津市城市基础设施配套办公室，天津300381）

沿海城市生活污水的排放，对海洋环境有着重要影响。通过试验，在常温条件下研究了升流式厌氧污泥床反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor，简称UASB)与厌氧折流板反应器(Anaerobic Baffled Reactor，简称ABR)处理生活废水的性能。试验结果表明：UASB与ABR对生活污水都有良好的处理效果，在HRT较长时，ABR反应器对COD和SS的去除效果优于UASB反应器；而当HRT缩短，小于12 h，UASB反应器内上升流速增加，改善了对COD的去除效果。ABR和UASB反应器对COD的去除效果都随温度的降低而降低。

ABR；UASB；厌氧处理；生活污水；常温

1 前言

加强对沿海城市生活污水的处理，对改善沿海海洋环境有着重要的意义。传统的生活污水处理一般采用好氧生物处理工艺，由于废水好氧生物处理工艺是耗能型的废水处理技术，随着能源短缺和生产发展的要求，人们认识到开发高效节能废水厌氧生物处理技术的重要性，并开发了一系列高效节能厌氧生物反应器[1,2]。其中，升流式厌氧污泥床反应器（UASB）和厌氧折流板反应器（ABR）被证明在处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：在常温条件下，对两种反应器处理生活污水的性能进行比较研究，以便推动生活污水厌氧处理技术的发展和根据不同的条件选择适宜反应器的构型。

2 材料与方法

2.1 试验装置

ABR反应器由有机玻璃制成，其长、宽、高分别为52.4 cm、17 cm和46 cm，有效容积30.44 L。该反应器是被垂直折流板分成4个隔室。UASB反应器由有机玻璃制成，反应区直径150 mm，高度1 000 mm；沉降区直径180 mm，高度400 mm，总容积27.8 L，反应区有效容积17.7 L，沿反应器高度设有6个取样口。

2.2 分析项目与分析方法

总COD：标准重铬酸钾滴定法[5]；NH4-N：纳氏试剂分光光度法[5]；TOC、TN：TOC-TN 仪；SS：干热恒重法（105 ℃烘干称重）[5]；pH：PHS-3C 型精密 pH 计；温度：水银温度计；VFA：蒸馏法[6]；碱度：酸碱滴定法[6]。

2.3 试验用水

试验用水取自河北工程大学某学生宿舍楼污水井排放的生活污水。试验期间用水水质见表1所示。

表1 试验用水水质

3 结果与讨论

3.1 实验结果

ABR反应器8 a前曾经处理高浓度有机废水，由于反应器投加污泥困难，本次试验未接种污泥。UASB反应器用4 L厌氧消化污泥接种，污泥浓度30 g/L，VSS/MLSS=0.45。在温度16～25℃，HRT=24 h下启动，ABR反应器经过两个月的连续运行启动成功。而UASB反应器经过1个月的运行启动成功。启动后，在反应器温度为15.1～29.2℃条件下，试验共进行了170 d左右，考察了UASB和ABR反应器处理生活污水性能。试验结果见表2。

3.2 试验结果

3.2.1 COD的去除

从见表2可以看出，HRT=18～24 h时，UASB和ABR对COD都有较高的去除率，此时，ABR比UASB的COD去除率略高，出水COD浓度相对较低。当HRT=12 h，ABR与UASB的COD去除率基本相同。但当HRT进一步降低为6 h、8 h时，UASB反应器的COD去除率明显高于ABR反应器的COD的去除率，例如HRT为6 h，UASB反应器对COD的平均去除率为71.4%，ABR的去除率仅为58.1%。这主要是由于在HRT长时，UASB反应器中上升流速小，UASB反应器中搅拌不足，废水与污泥的接触相对较差，而折板反应器由于水流多次折流及重新分布，不同程度上加强了水与污泥的接触，造成UASB反应器的COD去除率低于ABR反应器。而在HRT短时，UASB反应器上升流速增大，加强了基质与污泥的接触，COD去除率提高。

表2 UASB和ABR的运行结果

3.2.2 SS的去除

从表2可以看出，UASB和ABR反应器对SS的去除率均较高。当HRT为24 h时，UASB对SS的去除略大于ABR，当HRT时间小于24 h，ABR对SS的去除效果大于UASB反应器，ABR出水SS浓度更低。这说明在低HRT下，ABR的多隔室结构可以实现了对SS有效阻挡，而在HRT较长时，与UASB反应器中的三相分离器对SS的截留来说，不具有明显的优势。

3.3 结果讨论

3.3.1 有机负荷对UASB和ABR去除COD效果的影响

图1 进水负荷与COD平均去除率之间的关系

有机负荷与UASB和ABR反应器COD平均去除率的关系见图1。从图1可以看出，在一定的有机负荷条件下，ABR反应器COD平均去除率高于UASB反应器。与ABR反应器相比，有机负荷对UASB反应器COD的去除影响较大。对于ABR反应器，COD平均去除率随有机负荷的增加而降低，而UASB反应器在进水负荷小于2.2 kgCOD/(m3·d)时，COD平均去除率随有机负荷的增加而增加；当有机负荷高于2.2 kgCOD/(m3·d)时，COD平均去除率随有机负荷的增加而下降。这主要是因为ABR独特的隔室结构，改善了泥水接触效果，提高了COD的去除效果，更适合于低浓度有机废水（如生活污水）的厌氧处理。

3.3.2 温度对UASB和ABR去除COD效果的影响

在HRT=24 h下，利用3月份和7月份的实验结果比较了UASB和ABR反应器在不同温度下的COD去除率情况，如图2所示。从图2可看出，ABR和UASB反应器COD去除率均较高，且随温度的上升而增大。并且ABR对COD的去除率略高于UASB反应器。说明在较长的停留时间时，ABR反应器对COD的去除优于UASB反应器。但从表1也可以看出，当水力停留时间缩短到8 h和6 h时，由于UASB反应器内上升流速增大，废水与污泥的接触效果增加，改善了UASB的COD去除效果，这时在低温条件下，UASB性能又优于ABR。

图2 不同温度下UASB和ABR的COD去除率

4 结论

在相同运行条件下，对UASB和ABR反应器处理生活污水的性能进行了比较研究，结果表明：

（1）在HRT较长时，ABR反应器分室结构，水流的上下折流促进了废水与污泥的良好的接触，增加了COD的去除率。而在HRT较短时，UASB反应器内上升流速增大，改善了泥水接触效果，提高了UASB反应器COD的去除率。

（2）ABR反应器特殊的结构有效地阻挡了污泥的流失，ABR反应器截留SS的性能优于UASB反应器。

（3）温度对UASB和ABR反应器COD的去除率都有一定的影响，在HRT较大和低温条件下，ABR反应器的性能优于UASB；但是在HRT较小和低温条件下，UASB反应器性能略优于ABR反应器。

（4）有机负荷在 0～4.2 kgCOD/(m3·d) 范围内，ABR 反应器对COD的去除随有机负荷的增加而减小。与UASB反应器相比，ABR反应器的COD平均去除率随有机负荷的增加而降低较少。

[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] 国家环境保护局.水和废水分析监测方法（第三版）[M].北京：中国环境科学出版社，1997.

[6] 贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京：中国轻工业出版社，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