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IC厌氧反应器的应用和发展

IC

厌氧反应器

 

IC

厌氧反应器是在

UASB

反应器的基础上发展而来的,

IC

厌氧反应器和

UASB

反应器一样,

能够形成高生物

活性的厌氧颗粒污泥,但不同的是这种反应器内部还能够形成流体循环,其形成过程如下:

 

进水由底部进入第一反应区与颗粒污泥混合,大部分有机物在此被降解,产生大量沼气,沼气被下层三相

分离器收集,由于产气量大和液相上升流速较快,沼气、废水和污泥不能很好分离,形成了气、固、液混

合流体。又由于气液分离器中的压力小于反应区压力,混合液体在沼气的夹带作用下进入气液分离器中,

在此大部分沼气脱离混合液外排,

混合流体的密度变大,

在重力作用下通过回流管回到第一反应区的底部,

与第一反应区的废水、颗粒污泥混合,从而实现了流体在反应器内部的循环。内循环使得第一反应区的液

相上升流速大大增加,可以达到

10

20 m/h

 

第二反应区的液相上升流速小于第一反应区,一般仅为

2

10 m/h

。这个区域除了继续进行生物反应之外,

由于上升流速的降低,还充当第一反应区和沉淀区之间的缓冲段,对解决跑泥、确保沉淀后出水水质起着

重要作用。

 

IC

厌氧反应器与

UASB

反应器相比具有以下优点:

 

①有机负荷高。内循环提高了第一反应区的液相上升流速,强化了废水中有机物和颗粒污泥间的传质,使

IC

厌氧反应器的有机负荷远远高于普通

UASB

反应器。

 

②抗冲击负荷能力强,

运行稳定性好。

内循环的形成使得

IC

厌氧反应器第一反应区的实际水量远大于进水

水量,

例如在处理与啤酒废水浓度相当的废水时,

循环流量可达进水流量的

2

3

倍;

处理土豆加工废水时,

循环流量可达

10

20

倍。

循环水稀释了进水,提高了反应器的抗冲击负荷能力和酸碱调节能力,

加之有第

二反应区继续处理,通常运行很稳定。

 

③基建投资省,占地面积少。在处理相同废水时,

IC

厌氧反应器的容积负荷是普通

UASB

4

倍左右,故

其所需的容积仅为

UASB

1/4

1/3

,节省了基建投资。加上

IC

厌氧反应器多采用高径比为

4

8

的瘦高

型塔式外形,所以占地面积少,尤其适合用地紧张的企业。

 

④节能。

IC

厌氧反应器的内循环是在沼气的提升作用下实现的,不需外加动力,节省了回流的能源。

 

先后应用于大型淀粉厂、酒精废水、生物制药厂、农药废水废水处理系统

厌氧

IC

反应器的原理及设计

 

一、

IC

反应器的原理

 

IC 

反应器的构造特点是具有很大的高径比,一般可达

 

 

8

,反应器的

高度可达

 

16 

 

25m

所以在外形上看,

IC 

反应器实际上是个厌氧生化反应塔。

 

由图

 

17-1 

可知,

进水通过泵由反应器底部进入第一反应室,

与该室内的厌

氧颗粒污泥均匀混合。

废水中所含的大部分有机物在这里被转化成沼气,

所产生

的沼气被第一反应室的集气罩收集,沼气将沿着提升管上升。沼气上升的同时,

把第一反应室的混合液提升至设在反应器顶部的气液分离器,

被分离出的沼气由

气液分离器顶部的沼气排出管排走。

分离出的泥水混合液将沿着回流管回到第一

反应室的底部,

并与底部的颗粒污泥和进水充分混合,

实现第一反应室混合液的

内部循环。

IC 

反应器的命名由此得来。内循环的结果是,第一反应室不仅有很

高的生物量、

很长的污泥龄,

并具有很大的升流速度,

使该室内的颗粒污泥完全

达到流化状态,

有很高的传质速率,

使生化反应速率提高,

从而大大提高第一反

应室的去除有机物能力。

经过第一反应室处理过的废水,

会自动地进入第二反应

室继续处理。

废水中的剩余有机物可被第二反应室内的厌氧颗粒污泥进一步降解,

使废水得到更好的净化,

提高出水水质。

产生的沼气由第二反应室的集气罩收集,

通过集气管进入气液分离器。

第二反应室的泥水混合液进入沉淀区进行固液分离,

处理过的上清液由出水管排走,沉淀下来的污泥可自动返回第二反应室。这样,

废水就完成了在

 

IC 

反应器内处理的全过程。

 

综上所述可以看出,

IC 

反应器实际上是由两个上下重叠的

 

UASB 

反应器

串联组成的。由下面第一个

 

UASB 

反应器产生的沼气作为提升的内动力,使升

流管与回流管的混合液产生密度差,

实现下部混合液的内循环,

使废水获得强化

预处理。上面的第二个

UASB 

反应器对废水继续进行后处理(或称精处理)

,使

出水达到预期的处理要求。

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45kgCOD/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-erobicSludgeBedUASB)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。
        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-arSludgeBedEGSB)、厌氧内循环反应器InsideCyclingIC)、厌氧折板式反应器(AnaerobicBaff-ledReactorABR)、厌氧序列式反应器(AnaerobicSequencingBatchReactorASBR)、厌氧膜生物系统(AnaerobicMembraneBiosystemAMBS)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:CODcr13000mg/LpH4.5~5,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℃pH6~8;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20146月启动运行,201410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910018600mg/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1130018000mg/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11502150mg/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9.419.2kgCOD/m3?d)之间,COD去除率在0.780.92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VFAALK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5.96.5之间,变化幅度为0.6,基本稳定在7.57.8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,201409
[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,201408
[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

 

 

 

 

IC反应器的构造及原理

来源:环保网

IC厌氧反应器由两个反应室叠加而成,每个厌氧反应室的顶部各设一个三相分离器,如同两个UASB反应器的上下重叠串联组成,5个基本部分组成:混合区、颗粒污泥膨胀床区(第一反应区)、精处理区(第二反应区)、内循环系统和出水区。在第一反应室的集气罩顶部设有沼气升流管直通IC反应器顶部的气液分离器,气液分离器的底部设一回流管直通至反应器的底部。内循环系统是IC工艺的核心部分,由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管等组成。内循环装置,改变了产气负荷与水力负荷的作用方向,在高负荷下能避免污泥的流失,在一定程度上实现了/高负荷与污泥流失相分离0,从而使IC厌氧反应器具有比UASBEGSB更高的有机负荷。
IC反应器的有机物生物降解分为两个阶段,底部一个阶段(第一反应区)处于高负荷,上部一个阶段(第二反应区)处于低负荷。废水首先进入反应器底部的混合区,并与来自泥水下降管的内循环泥水混合液充分混合后进入第一反应区进行生物降解,大部分有机物在这里被降解而转化为沼气,所产生的沼气被第一反应区的集气罩收集,由于沼气气泡形成过程中对液体所作的膨胀功产生了气体提升作用,使得沼气、污泥和水的混合物沿沼气提升管上升至反应器顶部的气液分离器,沼气在该处与泥水混合液被分离出的沼气从气液分离器顶部的导管排走,分离出的泥水混合液将沿着回流管返回到第一厌氧反应区的底部,并与底部的颗粒污泥和进水充分混合,实现了混合液的内部循环。内循环使第一厌氧反应区不仅有很高的生物量,很长的污泥龄,并具有很大的升流速度,一般为10~20m/h,使该室内的颗粒污泥完全达到流化状态,从而大大提高第一反应室去除有机物的能力。经第一反应区处理过的废水,进入第二厌氧反应区继续进行降解。
 
第二反应区的液体上升流速小于第一反应区,一般为2~10m/h。该区除了继续进行生物反应外,由于上升流速的降低,还充当第一反应区和沉淀区之间的缓冲段,对防止污泥流失及确保沉淀后的出水水质起着重要作用。废水中的剩余有机物可被第二反应区的厌氧颗粒污泥进一步降解,使废水得到更好的净化,提高出水水质。产生的沼气由第二厌氧反应区的集气罩收集,通过集气管进入气)液分离器。
 
第二厌氧反应室的混合液在沉淀区进行固液分离,处理过的上清液由出水管排走,沉淀的污泥可自动返回到第二厌氧反应室。

 

 

外循环厌氧反应器

ECAR是(External Circulation Anaerobic Reactor)的英文缩写,名叫外循环厌氧反应器,是一种采用生物法处理废水的高速厌氧反应器。

简介

外循环厌氧反应器(ECAR)是在上流式厌氧污泥床(UASB)的基础上发展起来的,采用外循环系统和颗粒污泥技术,是传统的膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)的改进型,属于高效厌氧反应器。

工作原理

 

ECAR充分利用了厌氧颗粒污泥技术,通过外循环为反应器提供充分的上升流速,保持颗粒污泥床的膨胀和反应器内部的混和,提高了反应器的处理效率。

高浓度废水由布水系统从ECAR底部泵入,与反应器内的厌氧颗粒污泥充分混合,绝大部分有机物质被转化为沼气,气液分离模块将沼气、水和污泥实现良好分离,沼气由顶部进入沼气输送系统,废水由出水管流入后续处理系统,厌氧污泥回流至污泥床。

技术特点

ECAR反应器底部设有旋流配水系统,污水在ECAR反应器内呈旋流上升状,布水均匀且避免了短流现象的发生.其水力上升速度可达610m/h,故颗粒污泥处于膨胀状态,与废水中的有机物接触更加充分,传质效率高,有机物去除率高,容积负荷提高可达到1020kgCOD/(m3.d)[1] 

ECAR反应器采用增加高径比、出水回流技术和安装小间距三相分离装置,一方面有利于保证较高水力上升流速的同时减少三相分离器的水力负荷;另一方面通过设置小间距的三相分离器有效的提高了粘附气泡的颗粒污泥与斜板碰撞的机会,改善了泥水分离效果,增强了沼气的收集能力,使ECAR反应器内保持高浓度的颗粒污泥

技术特点:

00001. 

外循环系统

00002. 

00003. 

高效的分离模块

00004. 

00005. 

污泥浓度高

00006. 

00007. 

高负荷

00008. 

00009. 

抗冲击负荷能力强

00010. 

00011. 

占地面积小

00012. 

00013. 

造价低

00014. 

正是由于ECAR反应器独特的技术优势,使其可以用于如屠宰废水、甲醇废水、啤酒废水等多领域高浓度有机污水的处理工程中,并且获得较高的处理效率.[2] 

构造

构造上的特点是集生物反应与沉淀于一体,是一种结构紧凑的厌氧反应器。反应器主要由下列几个部分组成。

布水系统

其主要功能是:

1.将进入反应器的原废水均匀地分配到反应器整个横断面,并均匀上升;

2.起到水力搅拌的作用。

这都是反应器高效运行的关键环节。

反应区

ECAR的主要部位,包括颗粒污泥区和悬浮污泥区。在反应区内存留大量厌氧颗粒污泥,具有良好凝聚和沉淀性能的污泥在池底部形成颗粒污泥层。废水从污泥床底部流入,与颗粒污泥混合接触,污泥中的微生物分解有机物,同时产生的微小沼气气泡不断放出。微小气泡上升过程中,不断合并,逐渐形成较大的气泡。在颗粒污泥层的上部,由于沼气的搅动,形成一个污泥浓度较小的悬浮污泥层。

循环系统

水经循环泵作用,通过循环管路回到反应器底部,完成循环过程。使水力上升速度达到6~10m/h

三相分离器

由沉淀区、回流缝和气封组成,其功能是将气体(沼气)、固体(污泥)和液体(废水)等三相进行分离。沼气进入气室,污泥在沉淀区进行沉淀,并经回流缝回流到反应区。经沉淀澄清后的废水作为处理水排出反应器。

三相分离器的分离效果将直接影响反应器的处理效果。

气室

反应器本身就是密封的,上端液位以上部位就可作为气室,也可在顶部再建集气罩。其功能是收集产生的沼气,并将其导出气室送往沼气柜。

处理水排出系统

功能是将沉淀区水面上的处理水,均匀地加以收集,并将其排出反应器。

此外,在反应器内根据需要还要设置排泥系统和浮渣清除系统。

设计

主要内容有:

根据水质特点、水量大小、去除率等选定池型,确定主要尺寸;

设计进水、布水、循环和出水系统;

选定三相分离器的型式,沼气回收设备。

设计参数应通过试验确定,无条件试验时可参考经验参数进行设计

 


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