IC厌氧反应器在废水处理中的应用苑建伟

中国沼气流。BI只罗“2印5,23(增刊)209CI厌氧反应器在废水处理中的应用苑建伟,邱凌,刘娟娟,杨鹏(西北农林科技大学农业部沼气产品质检中心西北工作站,陕西杨凌7712100)中图分类号:5216.4文献标识码:A文章编号:l《XX)一1166(2X()5)印一02伪一以内循环厌氧反应器(I)C是由荷兰PAQUES公司80年代中期在UASB反应器基础上开发成功的第3代高效厌氧反应器,由于是一项重大发明创造,技术拥有者作了严格的保密,直到1994年,才在有关杂志上见到有关IC反应器的研究报道。IC反应器高径比大,有机负荷率高,水力停留时间短,基建省,占地小,耐冲击负荷能力强等优点在处理有机废水方面发挥着越来越重要的作用,是目前世界上效能最高的反应器之一,并已成功地应用于处理土豆加工、啤酒、淋味酒、造纸等,具有广阔的应用前景。IIC反应器的原理与特性l.llC反应器的基本构造从外形上看,IC反应器具有很大的高径比,一般为4一8,高度可达16-三部分组成:第一反应室,第二反应室和内循环系统,两个反应室上下叠加,器,内循环系统由沼气提升管、气液分离器和泥水下降管组成(见图l)l.ZIC反应器的工作原理25m;从内部看,IC反应器由每个反应室各设一个三相分离经过调节pH和温度的废水(l)用泵由反应器底部进入第一反应区,与第一反应区的厌氧颗粒污泥充分混合,在这里大部分有机物被转化成沼气,产生的沼气被第一厌氧反应区的集气罩(2)收集,由于沼气在上升过程中产生的膨胀功,第一厌氧反应区的泥水混合液在沼气的夹带下将沿着提升管(3)上升至反应器顶部的气液分离器(4),沼气被分离后从气液分离器顶部的导管(5)排走,分离出的泥水混合液沿着回流管(6)返回到第一厌氧反应区的底部,并与底部的颗粒污泥和进水充分混合,实现了混合液的内部循环。内循环的形成有三方面的优点:1.提高了第一厌氧反应区的液相上升流速,可达10一20m·h一’,使该室内的颗粒污泥完全达到流化状态,有很高的传质速率,使生化反应速率提高;2.从泥水回流管返回的泥水混合液与进水和污泥充分混合,由此产生对进液的稀释和均质作用,从而大大减轻了冲击负荷及有害物质的不利影响;3.经过第一厌氧反应区处理过的废水除一部分参与内循环外,其余污水进人第二厌氧反应区被继续进行处理。废水中的剩余有机物可在第二反应区内进一步降解,由于第二反应区的液相上升流速低,仅为2一orm·h一`,厌氧污泥能较好的保留在反应器内而不至于流失,因此废水中的可生物降解有机物几乎得到完全的去除,进而提高了出水水质。该处产生的沼气由第二厌氧反应区的集气罩(7)收集,通过集气管(8)进人气液分离器(4)。第二厌氧反应区的泥水在混合液沉淀区(9)进行固液分离,处理过的上清液由出水管(10)排走,沉淀的颗粒污泥可自动返回第二厌氧反应区。这样,废水就完成了处理的全过程。经IC反应器处理后的污水COD去除率一般80%在以上。lllll11{{{「「{{{拐拐日日日一门二二6习习习999入入入入卜~~~7777777{{{{{{{{{交交交交交,,,,宋宋宋宋宋反反反反反应应应应应、、、、区区图ICI反应器的构造图1.进水;2.第一厌氧反区室集气罩;3.沼气提升管;4.气液分离器;5.沼气导管;6.回流管;7.第二厌氧反应区集气罩;8.集气管;9.沉淀区;10.出水管;11.气封1.3CI反应器的技术优点CI反应器是在USAB反应器基础上开发的新型高效厌氧反应器,具有以下的技术优点:1.采用内循环技210苑建伟,等:CI厌氧反应器在废水处理中的应用术。内循环的形成提高了第一反应区的上升流速,使污水的有机物与厌氧污泥充分接触,强化了传质过程,故有机负荷很高,同时,由于内循环水与第一反应区的进水充分混合,大大稀释了进水,从而提高了反应器的抗冲击负荷能力和酸碱调节能力,减少了进水投碱量。2“`粗处理”与“精处理”分级处理。CI反应器有上下两个反应区组成,污水在第一反应区经膨胀床进行“粗处理”后,大部分有机物被降解,进入第二反应区进行“精处理”,来降解剩余有机物及一些难降解的物质,提高了出水水质。3.基建省,节约投资。IC反应器的高径比大,占地面积少,同时在处理相同废水时,IC反应器容积负荷约为普通UABS反应器的4倍,故所需的容积仅为UASB反应器的l4/左右,节约了基建投资。ZIC反应器的水力学特性内循环是IC反应器的关键技术,其工作原理与气升式液体循环反应器十分相似。即上升管中的气持率份可通过上升管中气体表观上升流速u二和液体表观上升流速u。的关系表达式估算:U厅一1.35+0.24(必+吧*)093(l)式(1)是升流管直径为0.巧m高为or.sm时研究得出的,当气体表面上升流速和液体表面上升流速分别在0.07一3.5m·S一`,0.3一2.7,Tl·S一’的范围时,此关系式在C[反应器的提升管中得到证实。根据气升式反应器能量守衡理论,价re腼m等人结合IC反应器对lU二进行了修正,关系式为:、、了2`、5.n门卫.llot.weweJ__里丝。__二坠价丈不遥户+一￡丙以)一△万{生}’一卫鱼一}A、}(l一F_,飞`~.、一一占“,尸lllwel、we,L一一厅汉式中。酬—回流管中的持气率,%份—升流管中的持气率,%价—顶部阻力损失系数场—底部阻力损失系数畅—气一液扩散高度,m△H—升流管与回流管间的液位差,mrA—升流管面积,时Ad—回流管面积,澎“二—升流管中的表观气体上升速度,m·s一’u、—升流管中的表观液体上升速度,m’。一’根据(l)式(2)式可反复计算升流管内的表面上液体流速,并可根据表观液体流速计算循环流量。3IC反应器的应用3.1处理食品废水IC反应器因具有有机负荷高的显著特点,水COD含量高,可生化性强,其水质特征见表表l目前主要用于处理土豆、啤酒等高浓度食品生产废水,这类废食品生产废水的水质废水种类温度(℃)PHCOD(g·L一`)PT灯%)高浓度土豆加工废水低浓度土豆加工废水啤酒厂I啤酒厂111510一1419~邓23~加541.81.0一3.0肠1.]一1.3’l飞OD(g·IJ一’)抖0.551.2.,0.74~1,0份长0.630.310.60.72p氏,一(%)总s(g·x一’)邢了g、L一`)0.15皿0,1258.5一9.5微量10一20IN(%)3.60.0肠40~5030~50微量注:,高、低浓度混合废水的c0D,气、高、低浓度棍合废水的Bol),。自从1985年荷兰建成的第一个中试lC反应器以来,CI反应器主要处理土豆加工和啤酒生产废水。沈阳农村沼气发展与农村小康建设研讨会论文集211华润雪花啤酒厂采用的cI反应器高16m,有效容积70衬,每天处理平均coD浓度为4300mg·L一`的啤酒废水400衬,在coD去除率稳定在80%的条件下,容积负荷高达25一30吨·m一3d一’,同时每年节省排污费75万元,沼气回收利用价值45万元,IC技术达到经济的优化。从表2可以看出,利用IC反应器和USAB反应器处理相同废水时,IC反应器克服了UASB反应器许多不足,大大提高了单位反应器容积的处理容量。表ZIC反应器和UASB反应器处理食品废水的运行结果反应器类型废水类型体积(m3)高度(m)H叮(h)容积负荷率(kgCOD·m一3d一’)产气量(矽·m一3d一’)进水CoD(叱·L一’)COD去除率(%)IC1CUASBUASB啤酒废水土豆加工废水啤酒废水土豆加工废水6x1621oo1粼X)202.1巧4.06.465.530486.82减17田2仪刃仪洲)~8仪刃17X()12(X幻80858D952.3处理造纸废水造纸行业主要采用废纸作原料,即二次纤维制浆造纸工厂,其中包括脱墨和不脱墨的各类废纸制浆工艺的废水处理。各类废水处理结果见表3,从表3可以看出,lC反应器的COD容积负荷可达24一26kg·m一3d一’,COD去除率在75%以上。表3cI反应器处理废水的运行结果厂名反应器容积(m3)高(m)进水COD(g·L一’)CoD容积负荷(kg·n】一3d一’)CoD去除率iS司纸厂,法国WePa纸厂,法国勘n耳坦。donm,德国650一26501510~29201250~35155~269~加9~2460~7558~74如~951620241004653853.3处理养猪废水由于规模化养猪场的发展,猪场废水成为一个日益严重的污染源,猪场粪水主要有猪粪尿构成,其中BoD含量高达2仪刃一8000mg’L一’,cOD含量高达5000一2以x刃mg·L一`。河南农大的张杰等人对养猪废水的处理进行了试验研究,他们认为IC反应器对猪粪废水具有稳定高效的处理效果,在温度为30一35℃,进水负荷为巧一20.6k求o.Dm一’·d,川飞T=16h时,CoD的去除率均高于88%,最高可达91.2%。并且CI反应器的第一反应区对COD的去除占COD总去除率的90%以上。4CI反应器的研究展望自从荷兰PQAUSE公司建立了一座生产性规模的CI反应器以来,CI反应器已成功地应用于土豆加工,啤酒生产、造纸等行业的生产污水处理中,而且正在扩展其应用范围,尤其在处理高盐废水具有广阔的前景,将越来越代替UASB反应器。同时,在IC反应器的应用中发现,还有很多问题值得研究:1.对内循环装置的研究还不够深人,我们常常发现,在反应器启动初期产气量少不能形成液体循环,因此,内循环装置还有待进一步改进和完善。2.根据parelx刃nl和Veriejken对IC反应器与UABS反应器污泥样品颗粒的比较可知,IC反应器颗粒污泥具有尺寸较粗和分布较宽,活性较强等特点,使得IC反应器具有较高的生化降解能力。颗粒污泥在IC反应器中起着非常重要的作用。但是国内运行的lC装置多采用进口污泥,价格较贵,为降低工程造价,研究在IC反应器水力条件下培养活性和沉淀性能俱佳的颗粒污泥显得尤为必要。3.IC反应器虽已成功地应用于啤酒生产、造纸及食品加工等行业的生产污水处理中,但在其他领域的应用仍处于中试获试验阶段,为了更好的利用IC反应器,需要科学工作者进一步研究与拓宽。参考文献:〔l]王凯军.厌氧工艺的发展和新型厌氧反应器tJ].环境科学,1998,19(1):94一96.〔21胡纪萃.试论内循环厌氧反应器〔J」.中国沼气,11尧沟,17(2):3一6.「3」ePerl功nlJHF,veierjken叨JM.Metllanogeinc脚山deve扬pnlentinfun一scaleintemaliccrulaotjneract。。【J〕.Wat.冤.ecTh122苑建伟,等:CI厌氧反应器在废水处理中的应用1994,3()(8):9一21.【4〕Pe花h扣nlJHF.iSez血itributonn以lelfor邵扣luleform翩一csaleUASBadncl~oto.wat冤.ceTh.,1994,30(12):211一221.【5}吴静,陆正禹,胡纪萃,等.新型高效内循环(I)C厌氧反应器〔lJ.中国给水排水,2001,17(l):26一29.〔6〕王山林,吴允,张勇,等.生产性cI反应器处理啤酒废水启动研究〔J」.环境导报,1998,4:22一24〔7]贺延龄.废水厌氧处理技术的新进展一lC反应器在造纸工业上的应用仁J].纸和造纸,2印I,6:45一43.〔81丁丽丽.内循环式厌氧反应器启动过程中颗粒污泥的特性【JJ.环境科学,2朋l,22(3):30一34.[gJ李鹏,等.污水厌氧生物处理的新工艺-一CI厌氧反应器〔jJ.哈尔滨商业大学学报,2仪阵,2:86一88.[orJ张忠波,陈吕军,胡纪萃,等.cI反应器技术的发展〔J〕环境污染与防治,2姗,22(3):39一41.【川张杰,等.处理猪粪废水的启动特性研究〔JJ.农业环境科学学报,2仪抖,23(4):777一781.〔12]胡纪萃,周孟津,左剑恶,等.废水厌氧生物处理理论与技术〔M」.北京:中国建筑工业出版社,2(X)3.