傅大放1，靳强1，周培国1，周学峰2，马运才3
(1.东南大学土木工程学院，2. National University of Singapore；3.?滕州市污水处理厂) 摘要：通过正交试验，探讨了ASBR工艺最为重要的两个操作参数即充水时间和负荷率对ASBR工艺过程的影响。试验表明，充水时间和负荷率显著影响着ASBR的工艺过程，如出水水质、循环周期等。而且，充水时间和负荷率相互之间也存在着制约关系。
关键词：ASBR；工艺特性；废水处理
中图分类号：X505
文献标识码：A
文章编号：1000-4602(2000)10-0001-05 Study on Performance of Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) Process
FU Da?fang1，JIN Qiang1，ZHOU Pei?guo1，ZHOU Xue?feng2，MA Yun?cai3
(1.School of Civil Eng.,Southeast Univ.,Nanjing 210096,China; 2.National Univ.of Singapore; 3.Tengzhou Wastewater Treatment Plant,Tengzhou 277500,China) Abstract：Two essential operational parameters of (ASBR)-fill time and organic loading rate were discussed for their effects on the process performance through orthogonal tests.The results showed that fill time and organic loading rate affected the process performance such as effluent quality and cycle time significantly.Furthermore,fill time and organic loading rate were conditioned each other.Keywords:ASBR;process performance;wastewater treatment 年来，厌氧条件下的SBR工艺(即ASBR)也成为研究的热点。自1986年起，美国、新加坡等国的学者对ASBR的启动、处理效果的提高及影响因素作了初步的探讨，1995年后，国外学者对ASBR工艺的研究才有所细化。大量的文献表明，目前对ASBR工艺的研究还不够充分［1～6］，而国内至今未见关于ASBR工艺研究的报道。
作者在国内率先开展了对ASBR工艺特性的研究，通过充水时间及负荷率的正交试验，来探讨其对ASBR工艺过程的影响，并进一步确定ASBR工艺的最佳操作参数，为ASBR工艺向工业化方向发展提供基础技术资料。 1 试验设备与方案 1.1 反应器
反应器有效体积为4.0 L(如图1)。 
1.2 废水水样
试验采用人工葡萄糖配水，为了准确地确定充水时间和负荷率对ASBR工艺的影响，在配水中以葡萄糖作为唯一碳源，同时加入厌氧微生物正常生理活动所需的氮、磷等营养元素及其他微量元素，具体配水方案见表1。 表1 葡萄糖配水方案| 化合物 | 加入量(mg/L) | 功用 | | 葡萄糖 | 960.00 | 碳源 | NH4OH
K2HPO4
KH2PO4 | 50.00
5.30
13.40 | 氮磷营养物质 | FeCl2·4H2O
MnCl2·H2O
CoCl2·4H2O
NiCl2·4H2O
ZnCl2
(NH4)6Mo7O24·4H2O
CuCl2·4H2O
HBO3 | 1.25
0.31
0.08
0.06
0.05
0.06
0.02
0.02 | 微量元素液用以刺激微生物生长 | | NaHCO3 | 4.0(g/L) | 酸碱缓冲溶液 | 1.3 试验方案
以ASBR工艺两个最为重要的操作参数充水时间及负荷率为变量，通过正交试验来确定其对底物降解规律、出水水质、循环周期的影响。综合考虑两个重要因素影响的显著性和反应器所能承受的极限，按表2所示因素及水平进行试验。 表2正交试验考察的因素及水平| 水平 | 因素 |
|---|
| 充水时间(min) | 有机负荷(g/L) |
|---|
| 1 | 10 | 3.82 | | 3 | 60 | 6.55 | | 2 | 420 | 11.9 | 气体采用排水集气法，对所用水进行酸化是为了防止气体中某些组分的溶解，气体体积以气体高度与集 气筒面积之积来计量。 2 试验结果与分析 2.1 充水时间对ASBR工艺过程的影响分析
①充水时间对底物降解规律的影响
在负荷为3.82 g/L和充水时间分别为10、60、420min时COD值随时间的变化曲线如图2。
图2表明，ASBR工艺过程是一个非稳态过程。反应器中COD值等都是时间的函数，都具有一个先增大后减小的过程，存在一个最大值和最后的稳定值。最大值所对应的点称为极点，最先达到稳定值的点称为稳定点，这两个点是曲线的特征点。在不同的充水时间条件下，由于进料速率和降解速率的差异，使得曲线的特征点所对应的最大值和稳定值大小并不相同，这说明充水时间显著影响着ASBR的工艺过程。 
②充水时间对出水水质的影响
在不同工况下分别对出水水质进行测定，COD去除率均高达99%以上，但用COD去除率来表征工艺性能有很大局限性，所以采用出水COD值和可挥发性脂肪酸(VFA)浓度作为评价指标，结果如图3和图4所示。 
在相同的负荷率条件下，当充水时间不同时，出水COD值、可挥发性脂肪酸(VFA)浓度的差别很小，在测量的误差范围之内。ASBR工艺过程是一个非稳态过程，微生物的生存环境也是一个动态过程，但是充水时间对过程的影响是短暂的，所以当反应时间充足时，不同的充水时间都可以达到相同的出水水质。
③充水时间对循环周期的影响
图2表明，由于充水时间的不同，COD值、可挥发性脂肪酸(VFA)的浓度和产甲烷速率出现稳定值的时间有很大差别。为了研究的需要，本试验中ASBR工艺的循环周期是一定的，但是在实际操作中是与充水时间有关的，是随着工艺条件的变化而变化的，反应阶段的终止应以COD值、可挥发性脂肪酸(VFA)的浓度和产甲烷速率出现稳定值的时间为标志。为了得到充水时间对循环周期的影响规律，把最先达到稳定值的时间对充水时间作图于图5。 
在相同负荷下，循环周期随着充水时间的延长而增大，相反则缩短。如在负荷为3.82g/L，充水时间为10、60、420min时，循环周期分别为1 140、1200、1380min。这是因为充水时间短，使得每一循环前期底物的平均浓度高，酸化速率大，控速底物可挥发性脂肪酸(VFA)的浓度大，产甲烷速率大，出水COD值和可挥发性脂肪酸(VFA)的浓度较快达到稳定值，相反充水时间长，则较慢达到稳定值。由于沉降阶段和排水阶段所需的时间是基本不变的，所以充水时间显著地影响着循环周期，且越短越好，避免VFA积累到抑制浓度或毒害浓度。
2.2 负荷对ASBR工艺过程的影响
①负荷对底物降解规律的影响
在充水时间为420 min和负荷分别为3.82、6.55、11.9 g/L所组成的工况下，COD值的降解曲线如图6。
在相同的充水时间条件下，由于进水底物浓度的差异，使得不同负荷下降解曲线的特征点(最大值和稳定值)有很大的差异，故负荷率显著地影响着ASBR工艺过程。 
②负荷对出水水质的影响
在不同工况下分别对出水水质进行测定，分别以出水COD值和可挥发性脂肪酸(VFA)为指标，结果如图7、8。 
在相同的充水时间条件下，当负荷率不同时，出水COD值、可挥发性脂肪酸(VFA)浓度的差别很大。如在充水时间为60 min下，负荷率分别为3.82、6.55、11.9g/L时，出水COD值分别为97、128、172mg/L，负荷率对出水水质影响十分明显，这一点与充水时间不同。在ASBR工艺过程中充水时间的不同对微生物生存环境的影响是短暂的，而负荷率的影响是长期的。负荷率增大，使工艺过程中起抑制作用的中间产物可挥发性脂肪酸(VFA)处于较高的浓度水平，显著地改变了厌氧微生物群的组成，导致出水COD值和可挥发性脂肪酸(VFA)浓度相对较高，出水水质变差，即使有充足的反应时间也不能使出水水质变好。相反，负荷率降低，出水水质显著改善。
③负荷对循环周期的影响
图6表明，由于负荷率的不同，使得COD值、可挥发性脂肪酸(VFA)的浓度和产甲烷速率出现稳定值的时间有很大差别，这一点与充水时间是一致的。为了得到负荷率对循环周期的影响规律，根据试验的数据，以负荷率为横坐标，以循环周期为纵坐标作图于图9。 
在相同充水时间下，随着负荷率的增大，循环周期变长，相反则缩短。如在充水时间为60min下，负荷率分别为3.82、6.55、11.9g/L时，循环周期分别为1200、1740、2340min。这是因为负荷率增大，污泥负荷率也增大，反应器中有机基质与微生物量的比(F/M)增高，从而COD值、可挥发性脂肪酸(VFA)的浓度和产甲烷速率最先达到稳定值的时间也增长，相反则缩短。由于反应阶段所需的时间是循环周期的主要组成部分，沉降时间和排水时间基本不变，因此负荷率增大，循环周期变长，相反则循环周期变短。 3 结论 ① 试验在中温条件下进行，试验中维持了较高的污泥浓度，污泥的MLSS为35.0 g/L，而MLVSS为18.0 g/L，出水SS约在160 mg/L左右(可能是缓冲层较小而有所偏高)。试验表明，在容积负荷率为3.82 g/L，进水COD为9 000 mg/L时，出水COD在100g/L以下；而在容积负荷率为11.9 g/L，进水COD为28 000 mg/L时，出水COD仍维持在200 mg/L以下，这表明ASBR工艺是一种生化性能优良的工艺。
②充水时间和负荷率都是非常重要的操作参数，它们都显著影响着厌氧过程和效率。在低负荷条件下，充水时间的缩短会使过程中的基质浓度增大，达到一定出水水质所需的循环周期也缩短；负荷率的减小会使F/M增大，也会使循环周期缩短。
③充水时间和负荷率之间存在相互制约的关系。在低负荷条件下，充水过程也可以增加底物浓度，从而增大生化反应速率，提高反应器效率。因此，在不产生浓度抑制的情况下，充水时间越短越好。但在高负荷条件下，由于酸化过程和甲烷化过程的矛盾使得抑制物快速积累，充水过程的延长可以减小过程中抑制物的积累程度，使厌氧过程得以顺利进行下去。而且，充水时间存在一个最佳值，这时反应器的效率才最高。
④ASBR反应器运行时，每周期的充水时间可以依负荷及抑制情况而变，反应时间约为20 h左右(具体依水质及负荷而变)，沉降时间只要0.5～1.5h，因ASBR工艺产泥较少，一般不设排泥时间。而且ASBR工艺可有较长的闲置期，操作较灵活。
⑤ASBR工艺与其他厌氧工艺比较有许多优点(见表3)。 表3 ASBR工艺与其他厌氧工艺的比较| 反应器类型 | 进水COD(mg/L) | 出水COD(mg/L) | 去除率(%) | 最大负荷率(g/L) | HRT(h) | 二沉池及回流泵 | | 颗粒化UASB | 1000～3500 | 450 | 85 | 大 | | 有 | | 厌氧过滤器 | 3 000 | 450 | 79 | 大 | 72 | 有 | | ASBR | 9 000 | 90 | 99 | 小 | 52 | 无 | | 平推流反应器 | 9 000 | 90 | 99 | 小 | 52 | 有 | ⑥ ASBR工艺除具有SBR工艺的一切优点外，还具有产生沼气回收作能源、动力消耗低等优点。ASBR工艺是一种非常有潜力的良好工艺，在我国有着广泛的应用前景。 参考文献：
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[5] Banik G C,Dague R R.…[J].Water Science and Technology Priceedings of the 1996.
[6] Timur H,Ozturk L.…[J].Water Science and Technology Proceedings of the 1997 8th IAWQ Intemational Conference on Anaerobic Digestion,1997,36(6-7). 作者简介：傅大放(1966-)，男，江苏南通人，东南大学副教授，研究方向：环境污染控制及资源化。
电话：(025)3793223
E-mail:fudafang@public1.ptt.js.cn
收稿日期：2000-04-05 | 
