厌氧生物滤池的研究及应用现状

　　近十多年来在普通厌氧生物滤池(Anaerobic Biofilter,AF)基础上，逐渐出现了一些变型，如厌氧生物滤池两级串联工艺、两级循环工艺、厌氧污泥床——滤层反应器、变速厌氧/缺氧生物滤池等。目前，一批生产性的AF已投入运行，处理效果良好，运行管理方便。

　　1 AF反应器特点

　　AF是一种内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器。厌氧微生物部分附着生长在填料上，形成厌氧生物膜，部分在填料空隙间处于悬浮状态。废水流过被淹没的填料，污染物被去除并产生沼气。

　　典型的生产性AF呈筒状，常用直径和高度分别为6～26m和3～13m。滤池中可维持相当高的微生物浓度，一般可达5～15 kgVSS/m3，故AF能承受较高的有机物体积负荷［生产性使用装置的最大有机负荷通常在10～16kgCOD/(m3•d)之间］。由于较高的污泥浓度和长达100d以上的泥龄，AF具有良好的运行稳定性，较能承受水质或水量的冲击负荷，在常温下能处理城市污水等低浓度有机废水。AF出水可不回流，但如果出水回流，可降低进水浓度，减小堵塞的可能性，使填料中生物量趋向于均匀分布。

　　AF的另一特点是反应器内污泥产率低，运行启动快。有资料报导，生产性AF在600d的运行中没有废弃污泥。Jhung等在UASB和AF的对比试验中发现，当进水为高浓度糖蜜废水，有机负荷为0.8kgCOD/(m3•d)时，UASB需6周启动时间，而AF只用了4周。严伟等也曾报导，用大孔聚氨脂泡沫塑料的AF处理橄榄厂稀释废水，其启动时间比活性污泥法和UASB明显缩短。

　　该工艺也存在一些问题，主要是：用AF处理含悬浮物浓度高的有机废水易发生堵塞；对布水装置要求较高，否则易发生短流，影响处理效果。

　　2 AF反应器的填料

　　填料是AF的主体，AF所采用的填料以硬性填料为主，如砂石、陶粒、波尔环、玻璃珠、塑料球、塑料波纹板等。

　　Muller和Marcini是最先认识到填料重要性的研究者之一。他们认为采用轻质、大空隙率的填料比实心的砂石更有利于生物固体的积累。Young评价了四种不同类型的填料，认为溶解性COD去除率与填料类型、尺寸和形状有很大关系，交叉流组件式填料比相同比表面积的松散填料(如波尔环和穿孔球等)性能好得多，后者性能较差的原因可能是由于局部堵塞和股流的影响。

　　Song和Young报导了填料放置方式对AF性能的影响：试验采用组件式塑料波纹板填料，结果表明，填料与水平面所成的角度越小，再分配水流的能力越强，微生物和有机物之间的接触越充分，溶解性COD去除效果越好。考虑到填料长期抗堵塞能力和结构强度，Song等建议最佳坡度应在45°～60°。

　　Anderson研究了多孔和无孔填料与有机负荷、生物量之间的关系，结果发现，填料表面越粗糙，填料上生物膜附着速率和生物量累积速率越快，且多孔填料上由于剪力而造成的生物量损失比无孔填料少，因而多孔填料的AF在较高有机负荷时能保持较好的性能，且运行较稳定。

　　对于填料的比表面积，相当多的研究者认为不是影响滤池性能的主要因素。Tay等认为，由于相当部分COD是由填料空隙中被阻留的悬浮固体去除的，故填料的空隙率和孔的尺寸较比表面积对上向流AF性能的影响更大。

　　具有表面活性的填料对滤池内微生物的生长是否更有利，目前尚有不同看法。劳善根等采用粒状活性炭AF处理人工含酚废水，经过257d连续运行，酚和CODCr的去除率分别达到98%和70%以上，活性炭仍能继续有效地使用。Suidan等也采用粒状活性炭AF处理人工合成废水，当负荷为7.22～9.33kgCOD/(m3•d)，COD去除率可达86%～90%，超过其它填料的AF的效率［1］。但也有研究结果表明，采用活性炭填料的AF性能并不优越［1］，因此有关这方面的问题仍需进一步研究。

　　还有的研究者研究了含微生物生长促进剂的填料，利用这种填料的滤池，微生物生长快，启动历时短，可维持较高的生物量。

　　3 AF反应器的水力特性

　　较多的研究者倾向于全充满上向流AF中的流态接近完全混合。Young等则认为，采用简单的推流或完全混合模式都是不合适的。隋军等认为AF的流态是扩散式的，可由扩散模型模拟。尽管AF的混合模式尚无定论，但混合对基质转换的重要性已为许多研究者所重视。

　　关于气体对混合的影响，所有研究者的观点都相同：气体的产生提高了混合程度。Chiang等观察到，即使负荷低于1～2 kgCOD/(m3•d)，仍然有足够的气体产生显著的混合和短流。

　　一般说来，上向流AF反应器内混合程度随液体上升流速的增大而增加。Smith提出最大上升流速为25 m/d，Young则认为小试AF的上升流速应介于1～8 m/d，生产性AF中的上升流速可达50 m/d。这些结论差别较大，与所采用的填料、有机负荷等具体条件有关。但可以肯定，为使反应器处于较好的性能状态，存在一个最佳范围的液体上升流速。

　　AF反应器中的填料对混合模式有明显影响。Smith的中试结果表明，填料体积减少，推流程度增加，但小试结果却相反，这是由于填料是与反应器尺寸、液体上升流速、气泡气流等共同对混合产生影响的。Young等通过试验证明，反应器中的流态与雷诺数Re和填料有关。反应器内有填料比无填料的推流程度有所提高，而且随填料比表面积的增加而提高。采用小孔径、大比表面积填料(如20～30mm的波尔环、小石块等)的AF的流态接近推流。

　　有关AF内混合模式的研究较多，所得出的结论也不尽相同。其原因在于影响AF反应器混合程度的因素很多，除上述外，还有如温度梯度、污泥浓度、污泥沉降性、反应器几何尺寸(如径高比)等等，笔者认为，在这方面还有待进一步研究，特别是关于水力特性相似律方面的研究。