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安市IC厭氧反應器設備

三相分離器的基本要求及工作原理

　　三相分離器是EGSB反應器的重要結構，它對污泥床的正常和獲得良好的出水水質起著十分重要的。它同時具以下兩個功能：一是收集從分離器下反應室產生的沼；二是使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來。要實現這兩個功能，在厭氧反應器內設置的三相分離器應滿足以下條件：

　?、偎臀勰嗟幕旌衔镌谶M入沉淀室之前，泡必須得到分離。

　　②沉淀區(qū)的表面負荷應在3.0 m3／（m2·h）以下，混合液進入沉淀區(qū)前，通過入流孔道的流速不大于顆粒污泥的沉降速度。

　?、塾捎趨捬跷勰嗑吣Y的性質，液流上升通過泥層時，應利于在沉淀器中形成污泥層。沉淀區(qū)斜壁角度要適當，應使沉淀在斜底上的污泥不積聚，盡快滑回反應區(qū)內。

　　④應防止室產生大量的泡沫；并控制室的高度，防止浮渣堵塞出管。

IC厭氧反應器的基本原理及點

1.1IC厭氧反應器的基本原理

IC厭氧反應器由兩個UASB反應器上下疊加串聯而成，其高度可達16～25m，高徑比一般為4～8，主要由5個部分組成：布水區(qū)、*反應室、二反應室、內循環(huán)系統和出水區(qū)，其中內循環(huán)系統是IC工藝的核心結構。IC厭氧反應器的結構示意圖如下。

廢水入反應器底部的混合區(qū)，并與來自回流管的內循環(huán)泥水混合液充分混合后進入*反應室進行污染物的生化降解，此處的COD容積負荷很高，大部分進水COD在此處被降解，并產生大量沼。沼由下層三相分離器收集，并沿著回流管上升。沼上升的同時把*反應室的混合液提升至IC厭氧反應器部的液分離器，沼在此處與泥水分離并被導出反應器。泥水混合物則沿著回流管返回反應器底部，并與進水充分混合進入*反應室，形成內循環(huán)。經過*反應室處理過的污水，會自動進入二反應室繼續(xù)處理。產生的沼由二反應室的集罩收集，通過提升管進入液分離器。二反應室中的混合液在沉淀區(qū)進行固液分離，處理過的上清液由出水管出，沉淀的污泥可自動返回到二反應室。

1.2IC厭氧反應器的工藝特點

IC厭氧反應器獨的內循環(huán)系統，加強了廢水中機物和顆粒污泥間的傳質，從而大幅提高了反應器的COD容積負荷，IC厭氧反應器的機負荷是普通UASB反應器的3倍左右，同時反應器在去除效果的條件下，能達到較低的水力停留時間。IC厭氧反應器實際上是一種殊的提式反應器，其提升動力源自反應器中的自產沼，這樣反應器不必通過外力實現強制循環(huán)，節(jié)省了能耗。反應器中內循環(huán)系統的形成使得反應器內*反應室的實際水量遠大于水量，內循環(huán)水稀釋了進水，提高了反應器的抗沖擊能力和酸堿調力。在處理相同的廢水時，IC厭氧反應器的容積負荷是普通UASB的4倍左右，因此其所需的體積僅為UASB的1/4～1/3，利于節(jié)省基建投資，而且IC厭氧反應器具很大的高徑比，占地面積非常小。

2  IC厭氧反應器的啟動

由于目前已建立了許多性UASB裝置，所以可以采用UASB反應器的顆粒污泥作為IC厭氧反應器啟動時的接種污泥。當采用UASB反應器的接種污泥作為IC厭氧反應器的接種污泥時，則從UASB反應器的顆粒污泥演變?yōu)镮C厭氧反應器的顆粒污泥，一般需要1～2個月的啟動過程。丁麗麗等[4]采用UASB中的顆粒污泥接種IC厭氧反應器處理人工合成廢水，反應器初次啟動在40天內完成。克浩等采用自行設計的一套IC厭氧反應器裝置，接種啤酒廢水消化污泥，采用人工配水對其進行啟動，歷時60天時間完成了反應器的啟動。IC厭氧反應器的啟動時間雖然比UASB要短，但要達到反應器內部的動力內循環(huán)仍然需要較長的時間?，F今，如何快速地啟動反應器成為了學者們研究的熱點。

3  內循環(huán)反應器的工業(yè)

3.1處理酒精廢水

酒精是重要的化工原料，于化學工業(yè)、食品工業(yè)、日用化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域。隨著石油、煤炭等自然資源逐年減少，且*，可替代能源的發(fā)展受到越來越多的關注。酒精燃料是一種可再生的清潔能源，已成為替代能源之一。由此在酒精過程中產生的廢水也越來越多，傳統的厭氧工藝處理這類高濃度廢水效果不理想。中糧生化(北海)能源限采用荷蘭帕克IC反應器處理木薯酒精廢液，每天處理廢水3000m3，進水COD在3～3.5mg/L，COD去除率達到90%。河南天冠燃料乙醇限是一家燃料乙醇企業(yè)，引進了IC厭氧反應器，經過一段時間的調試，使容積負荷達到了12kgCOD/m3˙d，COD的去除率達到了93%。

3.2處理生物制藥廢水

隨著生物制藥行業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，生物制藥工業(yè)給環(huán)境帶來的壓力越來越突出，目前生物制藥工業(yè)是環(huán)境保護規(guī)劃治理的12個行業(yè)之一。生物制藥過程中產生大量廢水，且成分復雜，機污染物種類多、濃、色度深，處理難度大，尤其是的制藥廢水還含生物毒性物質，增加了生物制藥廢水的處理難度。皖北某將IC反應器用于抗生素廢水的處理中，取得了良好的效果，IC反應器對COD的平均去除率達到了78%，出水COD在2000mg/L以下，能滿足后續(xù)好氧和浮處理負荷的要求，從而確保了整個廢水處理系統出水的達標放。

3.3 處理造紙廢水

隨著社會的進步與發(fā)展，人們對紙張的需求日益增大，使得*造紙工業(yè)得到迅猛發(fā)展。但隨著紙張的產量和消費的增加，造紙工業(yè)用水量和廢水放量也隨之增加。造紙工業(yè)廢水放量大，污染嚴重。造紙過程中，采用不同的原料或加工工藝的紙漿，其污染物發(fā)生量懸殊，各種制漿廢水中會多種對生物害物質。在范圍內，造紙工業(yè)水污染治理已經成為造紙行業(yè)乃至整個社會關注的熱點，也是造紙工業(yè)生存發(fā)展的關鍵。河南新密一家以廢舊紙板為原料瓦楞紙的造紙企業(yè)利用改進型IC厭氧反應器在常溫下處理造紙廢水，經過2個月的調試，反應器達到設計負荷12kgCOD/m3˙d。進水COD在10,000mg/L左右，出水COD穩(wěn)定在1400mg/L左右。

3.4 處理啤酒廢水

啤酒廢水的高濃度部分來自糖化和發(fā)酵車間，其高濃度部分COD濃度為2000～4000mg/L。其低濃度部分的廢水量大，COD濃度僅為300～800mg/L。啤酒廢水的BOD/COD值在0.7左右，且不含明顯抑制厭氧微生物生長的物質，具可生化等點。

已建成的IC厭氧反應器大部分用于處理啤酒廢水。目前我已多家啤酒了此工藝。IC厭氧反應器和UASB反應器處理啤酒廢水的對比情況見下表所示。由表可見，IC厭氧反應器處理啤酒廢水的COD容積負荷可達15～30kg/m3˙d，水力停留時間為2～4.2h，去除率在75%以上，而處理啤酒廢水的UASB反應器的COD容積負荷一般僅為4～7kg/(m3˙d)。

    厭氧反應器包括以下幾個部分：進水和配水系統、反應器的池體和三相分離器。

    在厭氧反應器中重要的設備是三相分離器，這一設備安裝在反應器的部并將反應器分為下部的反應區(qū)和上部的沉淀區(qū)。為了在沉淀器中取得對上升流中污泥絮體/顆粒的滿意的沉淀效果，三相分離器*個主要的就是盡可能效地分離從污泥床/層中產生的沼，別是在高負荷的情況下，在集室下面反射板的是防止沼通過集室之間的縫隙逸出到沉淀室，另外擋板還利于減少反應室內高產量所造成的液體絮動。反應器的設計應該是只要污泥層沒膨脹到沉淀器，污泥顆粒或絮狀污泥就能滑回到反應室(應該認識到時污泥層膨脹到沉淀器中不是一件壞事。相反，存在于沉淀器內的膨脹的泥層將網捕分散的污泥顆粒/絮體，同時它還對可生物降解的溶解性COD起到一定的去除)。只一方面，存在一定可供污泥層膨脹的自由空間，以防止重的污泥在暫時性的機或水力負荷沖擊下流失是很重要的。水力和機(產率)負荷率兩者都會影響到污泥層以及污泥床的膨脹。厭氧系統原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮體的基礎上，并結合在反應器內設置污泥沉淀系統使、液、固三相得到分離。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮狀污泥或顆粒型污泥)是厭氧系統良好的根本點。

使用領域：于屠宰廢水，牛、豬、雞等養(yǎng)殖場中畜禽糞便的處理和沼、發(fā)電工程；城市生活污泥等SS較多的高濃度機廢水處理工程

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啟動的要點

   ①啟動一定要逐步進行，留充裕的時間，并不能期望很短時間進入加料達到厭氧降解的目標 。因為啟動實際上是使菌從休眠狀態(tài)恢復，即活化的過程。啟動中菌、馴化、增殖過程都在進行，原厭氧污泥中濃度較低的甲烷菌的增長速度相對于產酸菌要慢的多。因此，這時負荷一般不能高，時間不能短，每次進料要少，間隔時間要長。

   ②混合進液濃度一定要控制在較低水平，一般COD濃度為1000-5000mg/L，當過5000mg/L，應進行出水循環(huán)和加水稀釋至要求。

   ③若混合液中亞硫酸鹽濃度大于200mg/L時，則亦應稀釋至100mg/L以下才能進液。

   ④負荷增加操作方式：啟動初期容積負荷可從0.2-0.5kgCOD/m3?d開始，當生物降解能力達到80%以上時，再逐步加大。若低負荷進料，厭氧過程仍不正常COD不能消化，則進料間斷時間應延長24h或2-3d，檢查消化降解的主要指標測量VFA濃度，啟動階段VFA應保持在3mmoL/L以下。

   ⑤當容積負荷走到2.0kgCOD/m3?d后，每次進料負荷可增大，但不過20%，只當進料增大，而VFA濃度且維持不變，或仍維持在﹤3mmoL/L水平時，進料量才能不斷增大進液間隔才能不斷減少。

   IC厭氧反應器是繼UASB、EGSB之后的一種厭氧反應器。它通過上下兩層集罩把反應器分為上下兩個室，兩個室通過內循環(huán)裝置組合在一起。

   進入IC厭氧反器的機物大部分在下反應室被消化，所產生的沼被下層集罩阻隔收集進入提升管，由于提升管內外液體存在密度差，促使發(fā)酵液不斷被提升至液分離器，分離沼后又回流到下反應室，形成了發(fā)酵液的連續(xù)循環(huán)。

   鑒于內循環(huán)發(fā)生在下反應室，故下反應室較高的水力負荷，高水力負荷和高產負荷使污泥與機物充分混合，使污泥處于充分的膨脹狀態(tài)，傳質速率高，大大提高了厭氧消化速率和機負荷。

   上反應室是反應器的低負荷區(qū)，它只是消化下反應室少量來不及消化的機物，沼產量少。產負荷低，內循環(huán)不進入上反應室，上反應室較低的產負荷和較低的水力負荷利于污泥的沉降和滯留，從而能維持反應器內較高的污泥濃度。

  由于厭氧消化速率取決于污泥濃度和傳質速率，影響傳質的因素是產負荷和水力負荷，它們一方面是強化傳質的重要因素，又是造成污泥流失的根本原因，而IC厭氧應器由于了內循環(huán)裝置，改變了產負荷與水力負荷的方向，在高負荷下能避免污泥的流失，在一定程度上實現了“高負荷與污泥流失相分離”，從而使IC厭氧反器具比UASB、EGSB更高的機負荷

IC反應器中的顆粒污泥

 1) 顆粒污泥的性質與形成

能在反應器內形成沉降性能良好、活性高的顆粒污泥是IC反應器的重要征，顆粒污泥的形成與成熟，也是IC反應器強效穩(wěn)定的前提。

① 顆粒污泥的外觀：

顆粒污泥的外觀實際上是多種多樣，呈卵形、球形、絲形等；其平均直徑為1 mm,一般為0.1~2 mm,zui大可達3~5 mm；反應區(qū)底部的顆粒污泥核心多為黑色，生物膜的表層則呈黑色、淡黑色、灰白色等；反應區(qū)上部的顆粒污泥的揮發(fā)性相對較高；顆粒污泥質軟，一定的韌性和粘性。

② 顆粒污泥的組成

在顆粒污泥中主要包括：各類微生物、機礦物以及機的胞外多聚物等，其VSS/SS一般為70~90%；顆粒污泥的主體是各類為微生物，包括水解發(fā)酵菌、產氫、產乙酸菌和產甲烷菌，產甲烷菌包括索氏甲烷絲菌、馬氏和巴氏甲烷八疊球菌等；一般顆粒污泥中C、H、N的比例為C約為40~50%、H約為7%、N約為10%；灰分含量因接種污泥的來源、處理水質等的不同而較大差距，一般灰分含量可達8.8~55%；灰分含量與顆粒的密度很好的相關性。

胞外多聚物是另一重要組成，在顆粒污泥的表面和內部，一般可見透明發(fā)亮的粘液狀物質，主要是聚多糖、蛋白質和糖醛酸等；含量差異很大，以胞外聚多糖為例，少的占顆粒干重的1~2%，多的占20~30%；胞外多聚物對于顆粒污泥的形成重要，其存在利于保持顆粒污泥的穩(wěn)定性。

3) 顆粒污泥的生物活性

顆粒污泥中的細菌是成層分布的，即外層中占優(yōu)點的細菌是水解發(fā)酵菌，而內層則是產甲烷菌；顆粒污泥實際上是一種生物與環(huán)境條件相互依存和優(yōu)化的生態(tài)系統，各種細菌形成了一條很的食物鏈，利于種間氫和種間乙酸的傳遞，因此其活性很高。

4) 顆粒污泥的培養(yǎng)條件

在IC反應器中培養(yǎng)出高濃活性的顆粒污泥，一般需要1~3個月；可以分為三個階段：啟動期、顆粒污泥形成期、顆粒污泥成熟期。

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