内循环55IC厌氧反应器c071193b0912a2161479291f

当代水处理技术4.5+内循环(IC)厌氧反应器4.5内循环（IC）厌氧反应器一、内循环（IC）厌氧反应器的由来1、厌氧UASB反应器升流式厌氧污泥床(UASB)反应器是由Lettinga在七十年代开发的。国际上荷兰的PAQUES（帕克）、荷兰的BIOTHANE（百欧仕）和比利时的BIOTIM公司是世界上主要三个UASB技术的厂家。仅这三家公司占国际市场份额的74%，这三家公司的技术主要是采用UASB技术，这反映了UASB技术除其技术本身的特点之外，其市场化的水平也是比较高的。（1）UASB反应器的构造UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器。如果考虑整个厌氧系统还应该包括沼气收集和利用系统。在UASB反应器中最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。配水系统污泥处理水沼气三相分离器出水堰水沼气污泥颗粒污泥区悬浮污泥区图19-12升流式厌氧污泥床开放式UASB反应器（2）UASB颗粒污泥的形成与特征1）污泥颗粒化的意义在厌氧反应器中颗粒污泥的形成过程称之为污泥颗粒化。①使污泥具有良好的沉淀性，能在很高产气量和上向流速下以较高浓度保留在反应器内，因此可以使之承受更高的有机容积负荷和水力负荷；②细菌形成的污泥颗粒状聚集体是一个微生态的系统，其中不同类型的微生物种群形成了共生或互生体系，有利于形成微生物生长、生理生化的条件；③颗粒污泥的形成利于其中的微生物对营养的吸收，利于有机物降解；④颗粒污泥使诸如乙酸菌和利用氢的细菌等的发酵菌的中间产物的扩散距离大大缩短；⑤在诸如pH和毒性物质等废水水质骤变时，颗粒污泥性能维持在一个相对稳定的微环境中而代谢过程继续进行。（3）存在问题反应器容积负荷定义：1）对于低浓度的有机废水（1.5-2.0CODg/L）时，反应器进水容积负荷控制在（5-8kgCOD/(m3·d)），以免水力负荷过大增加悬浮污泥颗粒流失；2）对于高浓度的有机废水（5-9CODg/L）时，反应器进水容积负荷控制在（10-20kgCOD/(m3·d)），以免产气量、水力负荷过大增加悬浮污泥颗粒流失。VQSNV0二、内循环（IC）厌氧反应器的基本构造与原理1、内循环（IC）厌氧反应器的基本构造内循环（IC）厌氧反应器的基本结构IC反应器基本构造如图所示，它相似由2层UASB反应器串联而成按功能划分，反应器由下而上共分为5个区：混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀区和气液分离区。2、内循环（IC）厌氧反应器原理（1）混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效地在此区混合。（2）第1厌氧区：混合区形成的泥水混合物进入该区，在高浓度污泥作用下，大部分有机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和流化状态，加强了泥水表面接触，污泥由此而保持着高的活性。（3）气液分离区：被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统，泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区，与反应器底部的污泥和进水充分混合，实现了混合液的内部循环。（4）第2厌氧区：经第1厌氧区处理后的废水，除一部分被沼气提升外，其余的都通过三相分离器进入第2厌氧区。该区污泥浓度较低，且废水中大部分有机物已在第1厌氧区被降解，因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区，对第2厌氧区的扰动很小，这为污泥的停留提供了有利条件。（5）沉淀区：第2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进行固液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒污泥返回第2厌氧区污泥床。3、结论（1）由下面第一个UASB反应器产生的沼气作为提升的内动力，使升流管和回流管的混合液产生密度差，实现下部混合液的内循环，使废水获得强化预处理。上面的第二个UASB反应器对废水继续进行后处理（或称精处理），使出水达到预期的处理要求。（2）反应器通过2层三相分离器来实现SRTHRT，获得高污泥浓度；通过大量沼气和内循环的剧烈扰动，使泥水充分接触，获得良好的传质效果。三、工艺技术优点（1）容积负荷高IC反应器内污泥浓度高，微生物量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。（2）节省投资和占地面积IC反应器容积负荷率高出普通UASB反应器3倍左右，其体积相当于普通反应器的1/4~1/3左右，大大降低了反应器的基建投资。而且IC反应器高径比很大（一般为4~8），所以占地面积特别省，非常适合用地紧张的工矿企业。（3）抗冲击负荷能力强处理低浓度废水（COD=2000~3000mg/L）时，反应器内循环流量可达进水量的2~3倍；处理高浓度废水（COD=10000~15000mg/L）时，内循环流量可达进水量的10~20倍。大量的循环水和进水充分混合，使原水中的有害物质得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。（4）抗低温能力强温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物，温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件（20~25℃）下进行，这样减少了消化保温的困难，节省了能量。（5）具有缓冲pH的能力内循环流量相当于第1厌氧区的出水回流，可利用COD转化的碱度，对pH起缓冲作用，使反应器内pH保持最佳状态，同时还可减少进水的投碱量。（6）内部自动循环，不必外加动力普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而IC反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。（7）出水稳定性好利用二级UASB串联分级厌氧处理，可以补偿厌氧过程中Ks高产生的不利影响。VanLier在1994年证明，反应器分级会降低出水VFA浓度，延长生物停留时间，使反应进行稳定。（8）启动周期短IC反应器内污泥活性高，生物增殖快，为反应器快速启动提供有利条件。IC反应器启动周期一般为1～2个月，而普通UASB启动周期长达4～6个月。（9）沼气利用价值高反应器产生的生物气纯度高，CH4为70％～80％，CO2为20％～30％，其它有机物为1％～5％，可作为燃料加以利用。四、IC处理技术应用现状及发展前景IC处理技术从问世以来已成功应用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、柠檬酸和造纸等废水处理中。1、土豆加工废水1985年荷兰首次应用IC反应器处理土豆加工废水，容积负荷（以COD计）高达35～50kg/(m3·d)，停留时间4～6h；而处理同类废水的UASB反应器容积负荷仅有10～15kg/(m3·d)，停留时间长达十几到几十个小时。2、啤酒废水在啤酒废水处理工艺中，IC技术应用得较多，目前我国已有3家啤酒厂引进了此工艺。从运行结果看，IC工艺容积负荷（以COD计）可达15～30kg/(m3·d)，停留时间2～4.2h，COD去除率ηCOD75％；而UASB反应器容积负荷仅有4～7kg/(m3·d)，停留时间近10h。3、高浓度和高盐度的有机废水对于处理高浓度和高盐度的有机废水，IC反应器也有成功的经验。位于荷兰Roosendaal的一家菊苣加工厂的废水，COD约7900mg/L，SO42-为250mg/L，Cl-为4200mg/L。采用22m高、1100m3容积的IC反应器，容积负荷（以COD计）达31kg/(m3·d)，ηCOD80％，平均停留时间仅6.1h。4、其他我国无锡罗氏中亚柠檬有限公司的IC厌氧处理系统自1998年12月运行以来一直都很稳定，进水COD一般在8000mg/L以上，pH5.0左右，容积负荷（以COD计）可达30kg/(m3·d)，出水COD基本在2000mg/L以下，且每千克COD产沼气0.42m3。1996年IC反应器首次应用于纸浆造纸行业，并迅速获得客户欢迎，至今全世界造纸行业已建造IC反应器23个。五、出现的新问题1、从构造上看，IC反应器内部结构比普通厌氧反应器复杂，设计施工要求高。反应器高径比大，一方面增加了进水泵的动力消耗，提高了运行费用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中细微颗粒物比UASB多，加重了后续处理的负担。另外内循环中泥水混合液的上升还易产生堵塞现象，使内循环瘫痪，处理效果变差。2、发酵细菌通过胞外酶作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸和醇类等，该类细菌水解过程相当缓慢。IC反应器较短的水力停留时间势必影响不溶性有机物的去除效果。3、在厌氧反应中，有机负荷、产气量和处理程度三者之间存在着密切的联系和平衡关系。一般较高的有机负荷可获得较大的产气量，但处理程度会降低。因此，IC反应器的总体去除效率相比UASB反应器来讲要低些。4、缺乏在IC反应器水力条件下培养活性和沉降性能良好的颗粒污泥关键技术。目前国内引进的IC反应器均采用荷兰进口的颗粒污泥接种，增加了工程造价。上述问题有待在对IC厌氧处理技术内部规律进行更深入探讨的基础上，结合工程实践加以克服，使这一新技术更加完善。六、膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器EGSB反应器是二十世纪九十年代初问世的一种新型的高效厌氧生物反应器。它是继UASB之后的第三代厌氧生物反应器，由于反应器中能够形成颗粒状的厌氧污泥，而且颗粒污泥层在运行时处于膨胀状态，所以厌氧生物能与污水中的有机物接触更加充分，反应器容积利用率更高。1、EGSB反应器工作原理EGSB反应器由布水器、反应区和三相分离器组成。废水由反应器底部的布水器均匀进入反应区。在水流均匀向上流动的过程中，废水中的有机物与反应区内的厌氧污泥充分接触，被厌氧菌所分解利用。最后经过特殊设计的三相分离器，进行气—固—液分离后，沼气由气室收集，污泥由沉淀区沉淀后自行返回反应区，沉淀后的处理水以溢流的方式从反应器上部流出。2、特点（1）与升流式厌氧处理床（UASB）相比，EGSB装置具有如下优点：1）传质效果好2）有机物去除率高3）能够承受更高的进水浓度（生产性装置：30000～40000mgCOD/L）4）能够在更高的容积负荷下运行（可达30kgCOD/m3·d以上）5）占地面积小（装置可高达10米至20米，因此占地面积仅为UASB的1/2至1/5）6）污泥浓度高（可达50-60kgTVS/m3）7）布水容易均匀，反应器中无死水区（2）与IC反应器相比本反应器在处理高浓度有机废水时，处理出水不循环，可进一步节省能耗，大多数情况下厌氧废水处理系统能够做到净产能，为厂方节煤、节电，创造良好的经济效益。EGSB厌氧处理中的精髓是厌氧颗粒污泥，厌氧颗粒污泥具有良好的沉降性能，而且具有以下的优点。1）细菌形成颗粒污泥的聚集体是一个微生物系统，其中不同类型的种群组成了共生或互生体系，有利于细菌生长并有利于有机物的降解。2）颗粒使发酵菌的中间产物的扩散距离大大缩短，这对复杂有机物的降解是非常重要的3）当废水性质突然变化时（例如：pH值、毒性物的浓度），颗粒污泥能维持一个稳定的微环境，使代谢过程继续进行。4）采用颗粒污泥接种新的反应器，可以大大缩短生物启动时间3、适用范围与处理效果本反应器适用于适用于发酵行业（酒精、米酒、啤酒、柠檬酸、酵母、制药等）以及淀粉和部分化工行业的中、高浓度有机废水处理，在无生物抑制现象发生的条件下，其有机物（COD）去除效率可达90%以上，再经好氧等后继处理后，水质可以达到国家污水排放标准GB8978-1996中规定的一级排放标准。4、工程应用实例（1）天津挂月集团酒精废液治理改造工程该厂以玉米为原料生产酒精，糟液压滤后COD为20000-30000mg/L，工厂原先以全混式发酵罐处理废液，南开大学将其工艺改造为EGSB+接触氧化，处理能力提高10倍，COD容积负荷达到29kg/m3·d，废水达标排放。（2）山东洁晶集团日照化工二厂废水处理工程该厂以海带为原料提取海藻酸钠和甘露醇，各种生产废水混合后COD为5000-7000mg/L，SS高达9000mg/L，采用EGSB+接触氧化生物处理工艺，调试两个月后废水达标排放。（3）天津宁河天尊酒业集团酒精废水处理工程废水量：1000m3/d玉米酒精糟液容积负荷15kg/m3·d以上，厌氧处理后