IC-反應器

IC反應器工作原理

IC反應器基本構造,它由兩層UASB反應器串聯而成。按功能劃分,反應器由下而上共分為5個區:混合區、第一厭氧區、第二厭氧區、沉淀區和氣液分離區。


混合區:反應器底部進水、顆粒污泥和氣液分離區回流的泥水混合物有效地在此區混合。


第一厭氧區:混合區形成的泥水混合物進入該區,在高濃度污泥作用下,大部分有機物轉化為沼氣?;旌弦荷仙骱駝悠木緦胰哦垢梅從η諼勰喑逝蛘禿土骰刺?,加強了泥水表面接觸,污泥由此而保持著高的活性。隨著沼氣產量的增多,一部分泥水混合物被沼氣提升至頂部的氣液分離區。


氣液分離區:被提升的混合物中的沼氣在此與泥水分離并導出處理系統,泥水混合物則沿著回流管返回最下端的混合區,與反應器底部的污泥和進水充分混合,實現了混合液的內部循環。


第二厭氧區:經第一厭氧區處理后的廢水,除一部分被沼氣提升外,其余的都通過三相分離器進入第二厭氧區。該區污泥濃度較低,且廢水中大部分有機物已在第一厭氧區被降解,因此沼氣產生量較少。沼氣通過沼氣管導入氣液分離區,對第二厭氧區的擾動很小,這為污泥的停留提供了有利條件。


沉淀區:第二厭氧區的泥水混合物在沉淀區進行固液分離,上清液由出水管排走,沉淀的顆粒污泥返回第二厭氧區污泥床。


從IC反應器工作原理中可見,反應器通過二層三相分離器來實現SRT>HRT,獲得高污泥濃度;通過大量沼氣和內循環的劇烈擾動,使泥水充分接觸,獲得良好的傳質效果。


IC工藝技術優點

IC反應器的構造及其工作原理決定了其在控制厭氧處理影響因素方面比其它反應器更具有優勢。


(1)容積負荷高:IC反應器內污泥濃度高,微生物最大,且存在內循環,傳質效果好,進水有機負荷可超過普通厭氧反應器的3倍以上。

(2)節省投資和占地面積:IC反應器容積負荷率高出普通UASB反應器3倍左右,其體積相當于普通反應器的1/4~1/3左右,大大降低了反應器的基建投資。而且IC反應器高徑比很大(一般為4~8),所以占地面積特別省,非常適合用地緊張的工礦企業。

(3)抗沖擊負荷能力強:處理低濃度廢水(COD=2000~3000mg/L)時,反應器內循環流量可達進水量的2~3被;處理高濃度廢水(COD=10000~15000mg/L)時,內循環流量可達進水量的10~20倍。大量的循環水和進水充分混合,使原水中的有害物質得到充分稀釋,大大降低了毒物對厭氧硝化過程的影響。

(4)抗低溫能力強:溫度對厭氧硝化的影響主要是對硝化速率的影響。IC反應器由于含有大量的微生物,溫度對厭氧硝化的影響變得不再顯著和嚴重。通常IC反應器厭氧硝化可在常溫條件(20~25℃)下進行,這樣減少了硝化保溫的困難,節省了能量。

(5)具有緩沖PH的能力:內循環流量相當于第一厭氧區的出水回流,可利用COD轉化的堿度,對PH其緩沖作用,使反應器內PH保持最佳狀態,同時還可減少進水的投堿量。

(6)內部自動循環,不必外加動力:普通厭氧反應器的回流是通過外部加壓實現的,而IC反應器以自身產生的沼氣作為為提升的動力:普通厭氧反應器的回流是通過外部加壓實現的,而IC反應器以自身產生的沼氣作為提升的動力來實現混合液內循環,不必設泵強制循環,節省了動力消耗。

(7)出水穩定性好:利用二級USAB串聯分級厭氧處理,可以補償厭氧過程中Ks高產生的不利影響。反應器分級會降低出水VFA濃度,延長生物停留時間,使反應進行穩定。

(8)啟動周期短:IC反應器內污泥活性高,生物增殖快,為反應器快速提供有利條件。IC反應器啟動周期一般為1~2個月,而普通UASB啟動周期長達4~6個月。

(9)沼氣利用價值高:反應器產生的生物氣純度高,CH4為70%~80%,CO2為20%~30%,其它有機物為1%~5%,可作為燃料加以利用。


IC處理技術從問世以來已成功應用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、檸檬酸和造紙等廢水處理中。


在啤酒廢水處理工藝中,IC技術應用得較多,目前我國已有3家啤酒廠引進了此工藝。從運行結果看,IC工藝容積負荷(以COD計)可達15~30kg(m3?d),停留時間2~4.2h,COD去除率ηCOD>75%;而UASB反應器容積僅有4~7kg/(m3?d),停留時間近10h。


對于處理高濃度和高鹽度的有機廢水,IC反應器也有成功的經驗。


隨著生產的發展,經濟高效、節能省地的厭氧反應器越來越受到水處理工作者的青睞。IC反應器的一系列技術優點及其工程成功實踐,是現代厭氧反應器的一個突破,值得進一步研究開發。而且由于反應器容積小,生產、運輸、安裝和維修都十分方便,產業化前景很樂觀。


IC反應器存在的幾個問題

COD容積負荷大幅度提高,使IC反應器具備很高的處理容量,同時也帶來了不少新問題:


(1)從構造上看,IC反應器內部結構比普通厭氧反應器復雜,設計施工要求高。反應器高徑比大,一個方面增加了進水泵的動力消耗,提高了運行費用;另一方面加快了水流上升速度,使出水中細微顆粒比UASB多,加重了后續處理的負擔。另外內循環中泥水混合液的上升還易產生堵塞現象,使內循環癱瘓,處理效果變差。

(2)發酵細菌通過胞外酶作用將不溶性有機物水解成可溶性有機物,再將可溶性的大分子有機物轉化成脂肪酸和醇類等,該類細菌水解過程相當緩慢。IC反應器較短的水力停留時間勢必影響不溶性有機物的去除效果。

(3)在厭氧反應中,有機負荷、產氣量和處理程度三者之間存在著密切的聯系和平衡關系。一般較高的有機負荷可獲得較大的產氣量,但處理程度會降低。因此,IC反應器的總體去除率相比UASB反應器來講要低些。

(4)缺乏在IC反應器水力條件小培養活性和沉降性能良好的顆粒污泥關鍵技術。目前國內引進的IC反應器均采用荷蘭進口的顆粒污泥接種,增加了工程造價。


上述問題有待在對IC厭氧處理技術內部規律進行更深入探討的基礎上,結合工程時間加以克服,使這一新技術更加完善。


2016年10月18日

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