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IC厭氧設備

概述：

        廢水厭氧生物技術(shù)由于其巨大的處理能力和潛在的應用前景，一直是水處理技術(shù)研究的熱點(diǎn)。從傳統的厭氧接觸工藝發(fā)展到現今廣泛流行的UASB工藝，廢水厭氧處理技術(shù)已日趨成熟。隨著(zhù)生產(chǎn)發(fā)展與資源、能耗、占地等因素間矛盾的進(jìn)一步突出，現有的厭氧工藝又面臨著(zhù)嚴峻的挑戰，尤其是如何處理生產(chǎn)發(fā)展帶來(lái)的大量高濃度有機廢水，使得研發(fā)技術(shù)經(jīng)濟更優(yōu)化的厭氧工藝非常必要[1]。內循環(huán)厭氧處理技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)IC厭氧技術(shù)）就是在這一背景下產(chǎn)生的高效處理技術(shù)，它是20世紀80年代中期由荷蘭PAQUES公司研發(fā)成功，并推入國際廢水處理工程市場(chǎng)，目前已成功應用于土豆加工、啤酒、食品和檸檬酸等廢水處理中[2]。實(shí)踐證明，該技術(shù)去除有機物的能力遠遠超過(guò)普通厭氧處理技術(shù)（如UASB），而且IC反應器容積小、投資少、占地省、運行穩定，是一種值得推廣的高效厭氧處理技術(shù)。

        厭氧處理是廢水生物處理技術(shù)的一種方法，要提高厭氧處理速率和效率，除了要提供給微生物一個(gè)良好的生長(cháng)環(huán)境外，保持反應器內高的污泥濃度和良好的傳質(zhì)效果也是2個(gè)關(guān)鍵性舉措。

以厭氧接觸工藝為代表的第1代厭氧反應器，污泥停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT）大體相同，反應器內污泥濃度較低，處理效果差。為了達到較好的處理效果，廢水在反應器內通常要停留幾天到幾十天之久。

        以UASB工藝為代表的第2代厭氧反應器，依靠顆粒污泥的形成和三相分離器的作用，使污泥在反應器中滯留，實(shí)現了SRT>HRT，從而提高了反應器內污泥濃度，但是反應器的傳質(zhì)過(guò)程并不理想。要改善傳質(zhì)效果，最有效的方法就是提高表面水力負荷和表面產(chǎn)氣負荷。然而高負荷產(chǎn)生的劇烈攪動(dòng)又會(huì )使反應器內污泥處于完全膨脹狀態(tài)，使原本SRT>HRT向SRT=HRT方向轉變，污泥過(guò)量流失，處理效果變差。

        一、IC反應器工作原理及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

          1、 IC反應器工作原理

IC反應器基本構造如圖1所示，它相似由2層UASB反應器串聯(lián)而成。按功能劃分，反應器由下而上共分為5個(gè)區：混合區、第1厭氧區、第2厭氧區、沉淀區和氣液分離區。

混合區：反應器底部進(jìn)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1厭氧區：混合區形成的泥水混合物進(jìn)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�流和沼氣的劇烈擾動(dòng)使該反應區內污泥呈膨脹和流化狀態(tài)，加強了泥水表面接觸，污泥由此而保持著(zhù)高的活性。隨著(zhù)沼氣產(chǎn)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(zhù)回流管返回到最下端的混合區，與反應器底部的污泥和進(jìn)水充分混合，實(shí)現了混合液的內部循環(huán)。

       第2厭氧區：經(jīng)第1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(guò)三相分離器進(jìn)入第2厭氧區。該區污泥濃度較低，且廢水中大部分有機物已在第1厭氧區被降解，因此沼氣產(chǎn)生量較少。沼氣通過(guò)沼氣管導入氣液分離區，對第2厭氧區的擾動(dòng)很小，這為污泥的停留提供了有利條件。

沉淀區：第2厭氧區的泥水混合物在沉淀區進(jìn)行固液分離，上清液由出水管排走，沉淀的顆粒污泥返回第2厭氧區污泥床。

從IC反應器工作原理中可見(jiàn)，反應器通過(guò)2層三相分離器來(lái)實(shí)現SRT>HRT，獲得高污泥濃度；通過(guò)大量沼氣和內循環(huán)的劇烈擾動(dòng)，使泥水充分接觸，獲得良好的傳質(zhì)效果。

       2、IC工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

      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(yōu)勢。

     （1）容積負荷高：IC反應器內污泥濃度高，微生物量大，且存在內循環(huán)，傳質(zhì)效果好，進(jìn)水有機負荷可超過(guò)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[5]。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(yè)。

    （3）抗沖擊負荷能力強：處理低濃度廢水（COD=2000~3000mg/L）時(shí)，反應器內循環(huán)流量可達進(jìn)水量的2~3倍；處理高濃度廢水（COD=10000~15000mg/L）時(shí)，內循環(huán)流量可達進(jìn)水量的10~20倍[5]。大量的循環(huán)水和進(jìn)水充分混合，使原水中的有害物質(zhì)得到充分稀釋?zhuān)�大大降低了毒物對厭氧消化過(guò)程的影響。

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

    （5）具有緩沖pH的能力：內循環(huán)流量相當于第1厭氧區的出水回流，可利用COD轉化的堿度，對pH起緩沖作用，使反應器內pH保持最佳狀態(tài)，同時(shí)還可減少進(jìn)水的投堿量。

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

    （7）出水穩定性好：利用二級UASB串聯(lián)分級厭氧處理，可以補償厭氧過(guò)程中K s高產(chǎn)生的不利影響。Van Lier[6]在1994年證明，反應器分級會(huì )降低出水VFA濃度，延長(cháng)生物停留時(shí)間，使反應進(jìn)行穩定。

    （8）啟動(dòng)周期短：IC反應器內污泥活性高，生物增殖快，為反應器快速啟動(dòng)提供有利條件。IC反應器啟動(dòng)周期一般為1～2個(gè)月，而普通UASB啟動(dòng)周期長(cháng)達4～6個(gè)月。

    （9）沼氣利用價(jià)值高：反應器產(chǎn)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[8]。

       3、IC處理技術(shù)應用現狀及發(fā)展前景

        IC處理技術(shù)從問(wèn)世以來(lái)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。1985年荷蘭首次應用IC反應器處理土豆加工廢水，容積負荷（以COD計）高達35～50kg/(m3·d)，停留時(shí)間4～6 h[9]；而處理同類(lèi)廢水的UASB反應器容積負荷僅有10～15 kg/(m3·d)，停留時(shí)間長(cháng)達十幾到幾十個(gè)小時(shí)[3]。

       在啤酒廢水處理工藝中，IC技術(shù)應用得較多，目前我國已有3家啤酒廠(chǎng)引進(jìn)了此工藝。從運行結果看，IC工藝容積負荷（以COD計）可達15～30 kg/(m3·d)，停留時(shí)間2～4.2 h，COD去除率ηCOD>75％[9]；而UASB反應器容積負荷僅有4～7 kg/(m3·d)，停留時(shí)間近10 h。

       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(jīng)驗。廢水COD約7900mg/L，SO42－為250mg/L，Cl－為4200mg/L。采用22m高、1100m3容積的IC反應器，容積負荷（以COD計）達31 kg/(m3·d)，ηCOD>80％，平均停留時(shí)間僅6.1 h。