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污水厌氧生物处理工艺 —IC 厌氧反应器

文章出处:绿创环境 人气: 发表时间:2018-08-01 15:14

  20世纪70年代以来,厌氧技术以其节省能源并可进行能源回收、处理成本低以及更适于处理高浓度有机废水等突出优点受到了广大水处理工作者的认可与重视,其发展出现了第2个高潮。到了20世纪80年代中期,结合了现有废水处理工艺与内循环技术的内循环(IC)厌氧反应器应运而生,它是由荷兰Paques公司在UASB基础上推出的第3代高效厌氧反应器,以其处理容量高,投资少,占地省,运行稳定等优点而深受瞩目,并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。IC反应器是对现代高效反应器的一种突破,有着重大的理论意义和实用价值。

  1、IC反应器的构造、工作原理及特点

  1.1 IC反应器的构造

  IC反应器可以看作由2个UASB反应器串联构成,具有很大的高径比,一般为4~8,高度可达16~25m,由5个基本部分组成:混合区、第一反应室、内循环系统,第二反应室和出水区,其中内循环系统是IC工艺的核心构造,由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管组成(见图1)。

  1.2 IC反应器的工作原理

  IC反应器的5个基本部分有其各自的特点,以下对各部分作简要介绍。

  1.2.1 混合区(进液和混合)

  废水通过布水系统进入反应器内,在混合区与从IC反应器上部返回的泥水混合液、反应器底部的污泥充分混合,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。

  1.2.2第一反应室(污泥膨胀床区)

  废水和颗粒污泥混合物在进水与循环水的共同推动下,进入第一反应室,由于回流的影响,此部分产生较大的上升流速,最大可达10~20m/h,导致此部分污泥处于膨胀流化状态,废水和污泥之间产生强烈而有效的接触,优化了传质,大大地提高了生化反应速率。有机物质在此也尽可能多的被分解,同时产生大量的沼气,这些气体被一级三相分离器收集并导入沼气提升管,通过这个提升装置部分泥水混合物被传送到反应器顶部的气液分离器,气体在这里被分离后导出系统。

  1.2.3 内循环系统

  第一反应室产生的气体被一级三相分离器收集进入沼气提升管中,产生气提作用,气体携带着泥水混合物快速上升,在反应器顶部的气液分离器分离之后排出,剩余的泥水混合物则经泥水下降管向下流入反应器底部的混合区,由此在反应器内形成内循环。气提动力来自于上升的和返回的泥水混合物中气体含量的巨大差别,因此,这个泥水混合物的内循环不需要任何外加动力。值得一提的是,这个循环流的流量随着进液中COD量的增大而自然增大,因此反应器具有自我调节的作用,原因是在高负荷条件下,产生更多的气体,从而也产生更多的循环水量,稀释作用随之增大。根据不同的进水COD负荷和反应器的不同构造,内循环量可达进水流量的0.5~5倍。这对于反应器的稳定运行意义重大。

  1.2.4第二反应室(精处理区)

  经第一反应室处理后的废水除一部分参与内循环外,其余污水通过一级三相分离器进入第二反应室的污泥床进行剩余COD的降解过程,这部分相当于一个有效的后处理过程,提高和保证了出水水质。产生的气体被二级三相分离器收集并导出反应器。在第二反应室内的污泥负荷较低,水力停留时间相对较长,水力流态接近于推流状态,因此废水在此得到有效处理并避免了污泥的流失。废水中的可生物降解有机物几乎得到完全的去除。由于大量的COD已在第一反应室中去除,第二反应室的产气量很小,不足以产生很大的流体湍动,加之,内循环流动不通过第二反应室,因此混合液的上升流度很小。这两个原因使生物污泥能很好地保留在反应器内。

  1.2.5出水区

  经第一、二反应室处理的污水经溢流堰由出水管导出,进入后续的处理工艺。经IC反应器处理后的污水COD去除率一般在80%以上。

  1.3 IC反应器的特点

  IC反应器是在UASB基础上发展起来的,它很好地解决了UASB的一些弊病。IC反应器采具有以下特点:

  1.3.1容积负荷率高,水力停留时间短

  IC反应器进水有机负荷率一般可高出普通的UASB反应器的3~4倍。即使处理较低浓度有机废水,如啤酒废水,当COD为2000~3000mg/L时,进水容积负荷率也可达20~25kgCOD/(m3·d),HRT仅为2~3h,COD去除率可达80%。

  1.3.2节省基建投资和占地面积

  处理同样的废水,IC反应器的体积为普通UASB反应器的1/4~1/3左右,加之大高径比,使其基建投资低,占地面积特别省。

  1.3.3抗冲击负荷能力强,且具缓冲pH能力

  IC反应器的内循环流量与进水在第一反应室充分混合,使原废水充分稀释,提高了系统的抗冲击能力。并且可利用内循环流量中COD转化的碱度,对反应器内pH缓冲,减少进水的投碱量。

  1.3.4沼气提升实现内循环,不必外加动力

  IC反应器的内循环以自身产生的沼气作为提升的动力实现,不必另设水泵,从而可节省能耗。

  1.3.5出水的稳定性好

  因为IC反应器相当于上下两个UASB反应器的串联运行,废水经粗处理后又进入精处理区,出水水质较为稳定。

  1.3.6启动期短

  IC反应器的启动期一般仅为1~2个月,而UASB反应器的启动周期长达4~6个月。

  2、IC反应器的应用

  自1985年荷兰PAQUES公司建立了第一个IC中试反应器;1988年第一座生产性规模的IC反应器投入运行以来。目前,IC反应器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。

  2.1处理土豆加工废水

  土豆加工废水是典型的高浓度有机废水,生产时主要有高、低浓度2种,其中高浓度废水含有氨基酸、蛋白质、糖类、酰胺类、钾盐和纤维素等多种化合物;低浓度水主要是洗涤水。土豆加工废水具有COD浓度高、可生化性强的特点。第一个中试IC厌氧反应器以及其后建成的100m3IC厌氧反应器都是用于处理这种废水,IC厌氧反应器的容积负荷达到了35~50kgCOD/(m3·d),停留时间为4~6h,而处理同类废水的UASB反应器容积负荷为10~15kgCOD/(m3·d),停留时间为十几至几十小时。

  2.2 处理啤酒废水

  啤酒废水主要来自糖化和发酵车间,废水的COD约为1500~3000mg/L,有时可达4000~5000mg/L,可生化性强,不含明显抑制厌氧微生物生长的物质。用IC反应器处理,容积负荷可达15~30kgCOD/(m3·d),水力停留时间为2~4h,COD去除率在75%以上;而UASB处理啤酒废水,容积负荷一般仅为4~7kgCOD(m3·d)。

  我国部分啤酒厂采用了IC工艺处理啤酒废水,比如上海富士达酿酒公司、沈阳华润雪花啤酒有限公司和哈尔滨啤酒(沈阳)有限公司都采用了此处理工艺。

  2.3处理造纸废水

  在1996年以来的处理造纸废水的工程项目中,IC反应器工程比例大大超过了UASB反应器,造纸工业也已成为IC反应器应用最多的领域之一。IC反应器可用于各类废纸制浆的废水处理达标排放,通过治理后的废水回用,即不同程度的封闭循环,或者完全没有废水排放的零排放。

3、反应器的启动及厌氧污泥颗粒化

  IC反应器建立后如何在短期内快速启动反应器是整个废水处理的关键。反应器中颗粒污泥的形成也是反应器启动的关键。

  良好的厌氧污泥颗粒化受多个过程影响,包括微生物体从固体颗粒表面的吸附和解吸附,微生物的附着,生物膜的增长和解体等。颗粒化需一定的水力条件,如水力停留时间小于微生物最大生长率的倒数,上流速度小于颗粒的最终降速,保证一定的流速冲刷以使颗粒成型并保持一定的密度和厚度而不至于过大。反应器内固液气三态的流态化、回流液与进液的混合、反应器的内部结构、规模的大小等都对污泥颗粒化有一定的影响。

  实际应用中,接种污泥的性质对IC反应器的启动非常重要。实际工程中多用UASB厌氧颗粒污泥接种,启动速度相对较快。絮状污泥也可作为接种污泥启动反应器,但速度较慢,其稳定性还需进一步研究。反应器启动后形成的颗粒污泥粒径多在1mm以上,最大可达5mm。

  4、结语

  IC反应器是一种新型的高效厌氧反应器,它是对现代高效反应器的一种突破,有着重要的理论意义与实用价值,应用前景广阔,值得深入研究与实践。


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