厌氧序批式反应器(ASBR)因其能够形成颗粒污泥,有较大的进水浓度适应范围和灵活的操作方式,在国内外被逐步广泛应用到各种废水的处理中。然而,由于该反应器内优势菌群不稳定,出水还需好氧后续处理,其经济潜能尚未充分发挥。针对ASBR工艺中存在的缺陷,本文研究开发了一种新型废水处理工艺——吸附—生物降解厌氧序批式反应器(AB-ASBR)。对AB-ASBR的启动及其运行模式和工艺参数的研究得出如下结论:1. AB-ASBR工艺A段运行模式为“进水—吸附—沉降—排水—再生”,B段运行模式为“进水—反应—沉降—排水”。A段反应器和B段反应器中污泥颗粒化后,在AB-ASBR工艺模式下运行一段时间,可以实现两段反应器中甲烷菌群优化。由半饱和常数计算结果:A段反应器Ks(1.83mmol)远远大于B段反应器Ks(0.05mmol);结合颗粒污泥扫描电镜照片和A、B两段反应器中颗粒污泥的革兰氏染色结果,都说明:A段反应器以甲烷八叠球菌为优势菌;B段反应器以甲烷丝菌为优势菌。两段反应器中甲烷菌群的优化将有利于AB-ASBR工艺进水负荷的增加和出水水质的提高。2.以奶粉为基质配置废水,通过对反应过程中COD、VFA和产气量及反应器内MLSS和MLVSS的测定,考察了较低有机物浓度条件下(进水中COD浓度分别为1000mg/L、1333mg/L和2000mg/L)AB-ASBR工艺的运行效果。结果表明:反应器内生物量随着进水浓度的提高逐渐增加,且随着运行周期的增加,生物活性也越来越高。三种进水COD浓度条件下,A段反应器最佳吸附时间为20min,再生时间为6h;而B段反应器生物降解时间为2.5~4h。此时两个反应器内COD浓度均已低于100mg/L。由此可以确定:在A段反应器再生结束后,B段反应器生物降解过程已经完成。为了取得更好处理效果可以将B段反应器反应时间适当延长。如果考虑到反应器容积利用率,可以缩小B段反应器容积或者增加A段反应器容积,使得A段反应器再生结束,B段反应器恰好完成生物降解反应。产气量测定结果表明:气体中以H2和CH4为主,CH4所占比例72%~76%。3.实现AB-ASBR模式稳定运行后,逐步提高反应器有机负荷(进水浓度从3000mg/L至7500mg/L),并研究在不同负荷条件下,反应器内颗粒污泥对有机物初期吸附性能与生物量的关系。研究结果表明:随着进水有机物浓度的提高,达到最大吸附平衡所需时间由20min缩短至5min,由此表明:进水有机物浓度越高,反应器内生物量就越多,达到平衡所需时间也越短。污泥负荷和吸附量存在正相关关系,污泥负荷越高,其传质推动力越大,颗粒污泥吸附量也越大。在一定范围内(0.3~0.5gCOD/(gMLSS·d)),颗粒污泥吸附率随污泥负荷增大而增高(67%~90%),之后基本稳定在90%以上。在7500mg/L的有机物浓度条件下,由于反应器内污泥活性较好,采用连续搅拌、间歇搅拌和不搅拌都能迅速达到最大吸附效果,5min完成吸附反应,其最大吸附率分别为67%、65.7%和65.7%。若为节约能源,可采用不搅拌方式,进水5min后出水。再生能够提高厌氧颗粒污泥的吸附性能,随着厌氧颗粒污泥再生时间增加,厌氧颗粒污泥的吸附量与吸附率也逐渐提高,但超过6h后,厌氧颗粒污泥的吸附量与吸附率基本保持不变。适当的闲置会使最大吸附率有所增加,但闲置时间过长会引起微生物内源呼吸,生物量减少。相对于整个反应周期,3h的闲置时间虽使最大吸附率有所上升,却使反应器容积利用率下降。因此,断流时可以考虑适当的闲置,但要控制在一定时间之内。4.研究了进水COD浓度为2000mg/L的条件下,A段进水时间、出水前停留时间(TA)、进水水质及有机负荷(OLR)等因素对AB-ASBR工艺运行效果的影响。结果表明:进水时间不同,反应器在吸附期内COD达到最大吸附量的时间不同,其吸附率也不同。在研究的几种条件下,进水时间≤15min,其最大吸附出现在进水后25min。继续增加进水时间至45min,最大吸附出现在30min。而COD最大吸附去除率为15min的进水条件,为89.2%。此时反应器内VFA也达到最低值,为84mg/L。出水前A段停留时间(TA)不同,其出水水质也随之发生变化。TA为30min时,相对于初始进水COD去除率最好,达到96.8%;TA为60min时,在整个反应期,B段反应器内VFA值最低,这有利于防止高负荷运行时产生酸化现象。进水水质所含胶体比例越高,达到最大吸附所需时间越长,初期吸附去除的COD量也越多。试验中CODcol/CODt比例由30%增至50%,A段达到最大吸附时间由25min增至45min;COD去除率由86.8%增至89.1%。而B段生物降解所需反应时间也随胶体比例有所增加。出水均可达到100mg/L以下。在一定范围内,随OLR增加,COD总去除率逐渐升高。说明该工艺对负荷改变有较好的适应能力,但反应时间相应增加。5.对于以颗粒污泥为主要生物形态的高速厌氧生物反应器,由于颗粒污泥沉降性能良好,容易在反应器底部沉积,不利于固液接触、液相传质。搅拌可以使底物和生物体充分接触,缩短反应时间,提高系统处理效率,同时防止反应器内局部挥发酸大量积累,产生酸化结果。反应期内保持较低的VFA浓度,也可降低对碱度投加量的需求。通过对反应器内COD、VFA、生物量及生物相的分析,研究了进水浓度为16500mg/L,在搅拌时间相同(每小时总搅拌时间为6min)、搅拌方式不同的三种条件下,反应器运行性能和生物量的变化,结果表明:随搅拌强度增加,反应器内颗粒污泥逐步减小(由2~3mm最终变为0.5mm左右)。结合颗粒污泥扫描电镜照片,搅拌作用过强会使颗粒污泥结构破坏,大颗粒逐渐变为小颗粒。实验最终选定:在进水COD为16500mg/L的高浓度有机物条件下,3min/30min为最佳搅拌条件。此时对于颗粒污泥尺寸和结构的维持,以及反应器良好运行,均可达到最佳效果。6.通过反应器内吸附、再生和生物降解过程中COD浓度的变化,得出结论:在厌氧颗粒污泥吸附过程中,主要限速阶段是膜传质阶段,可用伪二级反应方程描述厌氧颗粒污泥吸附动力学。7.对比了ASBR工艺和AB-ASBR工艺的运行效果。在相同进水COD浓度(2000mg/L)条件下,ASBR工艺运行中进行着吸附、水解、酸化、产甲烷等间歇性发酵。反应器中颗粒污泥是由水解菌、产酸菌和产甲烷等共同组成的混合菌群体,即使延长反应时间COD也只能降至400mg/L左右。而AB-ASBR工艺中B段反应器在低负荷条件下运行,形成的颗粒污泥以甲烷丝菌为主体,所以能较为彻底去除残余有机物,B段出水COD可以降至100mg/L以下,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002规定的二级标准(COD≤100mg/L),显著提高了出水水质。无论是通过本试验对较低进水COD浓度条件下两种工艺的对比研究,还是通过本试验较高进水COD浓度条件下的试验结果与文献中ASBR工艺相关试验结果的对比,都表明:AB-ASBR工艺处理效果显著优于ASBR工艺,且水力停留时间短。因此,AB-ASBR工艺既能取得良好的处理效果,又能提高反应器容积利用率,可以大大节约成本。