IC厌氧反应器的应用和发展
发表时间：2016/8/22 来源：《低碳地产》2015年第11期 作者：岳广磊 高旭
[导读] IC厌氧反应器拥有较大的上升流速、高效的泥水混合强度、突出的承载容积负荷能力、稳定的出水等特性。 |
【摘 要】IC厌氧反应器拥有较大的上升流速、高效的泥水混合强度、突出的承载容积负荷能力、稳定的出水等特性，易于培养高活性的厌氧颗粒污泥，目前厌氧内循环反应器（IC）在啤酒、制药、化工等高浓度废水行业已有应用实例，但因反应器结构复杂、泥水混合不理想，易出现短流现象，三相分离器的分离效果不佳，操作要求严格、反应器启动慢等缺陷使该反应器的推广受到限制。所以对IC厌氧反应器的改良优化和系统内颗粒污泥的探究拥有重要的实际意义。本文结合某酒厂对IC厌氧反应器的应用进行了研究。
【关键词】IC厌氧反应器；应用；实例分析
一、厌氧反应器发展历程
最初的厌氧反应器雏形来源于1896年英国出现的首座用于处理生活污水的厌氧消化池，其产生沼气用于照明，并逐步被各个国家所采纳。他们主要用于污泥和粪肥的消化，以及生活污水的处理，而一般容积负荷仅为4～5kgCOD/（m3?d）。随后，荷兰大学环境系Lettinga等在1974—1988年开发研制了上流式厌氧污泥床（UpflowAna-erobicSludgeBed，UASB）反应器，通过将厌氧活性污泥中的反应槽和沉淀槽相合并，进而建立一套简化的系统反应器。相比其他厌氧反应器，其最大的优势就在于运行费用低廉、处理效率高、生物量高、耐冲击负荷、适应较广范围的pH值和温度变化且操作简单等，而被广泛应用。根据UASB反应器内部结构不同，可以分为常规型和内循环型，后者主要通过增加出水内循环装置，综合内循环区、反应区和气液固三相分离区进而形成调节、厌氧反应和三相分离为一体的厌氧反应系统，从而扩大其COD适应范围、缩短启动周期、减少生物量损耗，进而获得更好地处理效率。
但UASB反应器在运行中容易出现短流、死角和堵塞等一些问题，同时为了进一步增强厌氧微生物与废水的混合与接触，提高负荷及处理效率，扩大适用范围，在其基础上又研究发明了第二、三反应器，包括厌氧颗粒污泥膨胀床（ExpandedGranul-arSludgeBed，EGSB）、厌氧内循环反应器InsideCycling，IC）、厌氧折板式反应器（AnaerobicBaff-ledReactor，ABR）、厌氧序列式反应器（AnaerobicSequencingBatchReactor，ASBR）、厌氧膜生物系统（AnaerobicMembraneBiosystem，AMBS）等。EGSB反应器主要针对高浓度有机废水处理过程中出现的水利条件、生物量缺少等问题，通过增加其高径比，延长两者接触时间；同时增大空塔速率使得污泥能通过膨胀的形式充满反应器内部，减少了未反应区体积；另外通过外部增加出水回流，确保了生物量流失的减少。另一方面，由于外加动力形成回流，所以使得EGSB反应器在运行时需要消耗更多的能量，费用增加，且出水水质不稳定。
IC反应器最直观的区别在于其分为2个反应室并具有1个三相分离器。第1反应室处于高负荷运行阶段，大部分有机物在这里被降解而转化为甲烷，它通过升流管被顶部的气液分离器分离再被集气罩收集，而污泥可以形成2个内部循环，从而在确保接触充分的同时，也减少了污泥的流失。
二、案例分析
（一）新型内循环厌氧反应器设计参数及运行参数
1、进水水量、水质
某酒业有限公司主要采用高粱为原料的酿酒工艺，高浓度的有机废水主要来自加工过程中的高浓度锅底水，煮粮水与原老车间综合废水等。设计进水水量为400m3/d。设计进水水质：CODcr：13000mg/L，pH：4.5~5，温度：30℃~37℃。
2、新型内循环厌氧反应器
新型内循环厌氧反应器采用一座直径为5.2m，高度22.6m，有效高度为18.2m，钢罐结构形式，钢罐外设保温层减少因环境变化产生的温差。
3、工艺参数控制范围
厌氧微生物的主要影响因素主要有温度、pH和进水负荷等。根据影响因素，选择运行工艺参数的控制范围为：温度：30℃~37℃；pH：6~8；水力负荷：5~6m3/（m2?h）。工艺参数的主要控制手段为：进水温度的控制利用蒸汽自动加热和罐体保温方式，进水pH的调节直接通过加药实现，水力负荷利用进水流量计和进水泵联动控制。
（二）运行概况及结果分析
该新型内循环厌氧反应器2014年6月启动运行，2014年10月达到设计的水质和水量，并保持稳定运行。稳定运行期间，经过对进水容积负荷、进出水pH值、COD去除率等常规检测参数进行记录和分析，分析结果如下。
1、进/出水COD值与COD去除率的关系
新型内循环厌氧反应器的运行效果最直观的方法是通过进水COD值、出水COD值和COD去除率来判断。本项目在稳定运行过程中进水COD值变化区间为9100～18600mg/L，最大值比最小值大将近一倍，变化幅度大，主要是受酒厂排放废水的影响；进水COD值在11300～18000mg/L期间，去除率大于85%，最高可达92%；在得到的数据中，进水COD值的增加有利于COD的去除。由于新型内循环厌氧反应器内是通过气水混合进行搅拌，当进水COD值较低时，搅拌无法满足全混流状态，影响COD值的去除，但若搅拌过大，新型内循环厌氧反应器内的泥就易跟水一起溢出。出水COD值变化区间范围为1150～2150mg/L，最大值比最小值大将近一倍，变化幅度大，对后续生化系统还是会造成一定的冲击；出水COD值变化的曲线与去除率相反，但与进水COD值的变化相关性不大。
2、进水容积负荷与COD去除率的关系
进水水质的变化，引起进水容积负荷的变化，通过分析，容积负荷在9.4～19.2kgCOD/（m3?d）之间，COD去除率在0.78～0.92之间，COD去除率大于85%的几率为93%，说明该内循环厌氧反应器抗负荷变化能力强；当进水容积负荷低于19.17kgCOD/（m3?d）时，根据容积负荷曲线的变化趋势与COD去除率曲线的变化相近，当进水负荷在不小于12kg-COD/（m3?d）时，COD去除率大于85%，去除效果稳定。
3、进水pH值与出水pH值的关系
pH值是作为反映新型内循环厌氧反应器微生物水解、酸化和甲烷化阶段的参数，在稳定运行期间，也作为工程中新型内循环厌氧反应器微生物是否稳定的简便判断方法，尽管相对VFA、ALK等参数来说具有延迟性，但就其方便性在厌氧处理工程实际运行过程中被广泛的应用。该酒厂进水pH值经加药调节后变化区间在5.9～6.5之间，变化幅度为0.6，基本稳定在7.5～7.8之间，变化幅度为0.3，相对于进水pH值变化，出水pH值变化幅度较小、稳定；从曲线上来看，进水pH值的变化会引起出水pH值的变化，但变化时间相对延后1天左右。
三、厌氧反应器展望
根据特定污水参数，选择合适的反应器及合理的物理参数均是高效率的基础。而其中厌氧污泥的选择，其中颗粒厌氧污泥具有较低的污泥体积指数，从而具有更高的污泥停留时间，且能为微生物的生长繁殖提供更大的表面积，从而适应更高的有机负荷。另一方面，通过多种反应器联用及在线监测有利于对复杂废水厌氧处理的快速启动和高效处理。
参考文献：
[1]戴若彬，陈小光，姬广凯，AwadAbdelgad，向心怡，唐萌嫣，曾祥柳.厌氧内循环反应器的结构、应用与优化[J].化工进展，2014，09
[2]钟启俊.内循环（IC）厌氧反应器在废水处理中的应用[J].中国环保产业，2014，08
[3]任鹏.IC厌氧反应器处理酿造废水特性研究[D].安徽建筑大学，2014
