厌氧IC反应器的原理及设计

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4～8，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。下图为BIOPAQICreactor的示意图：二、IC反应器的设计IC反应器的涉及内容包括反应器的容积负荷、三相分离器、循环系统、布水系统及反应器的外形尺寸等。1、COD容积负荷的确定表4-1归纳了国外生产装置和中试装置所推荐的COD容积负荷。这些数据对于主要含溶解性有机物的废水来水，是比较安全的，实际的中试和小试装置上达到的COD负荷远远高于此值。2、三相分离器三相分离器的设计目的是使沼气从混合液和上浮的污泥絮体或颗粒中分离出来，并使污泥尽可能很好地与水分离，返回反应区。三相分离器同UASB中的，因此具体见UASB中三相分离器的设计。3、配水系统为了尽可能减少污泥床内出现的沟流、断路等不利因素，涉及良好的配水系统显得尤其重要。均匀的布水和良好的混合将充分发挥IC反应器内颗粒污泥的性能，提高生化降解速率创造条件。反应器底部配水管的布置方式可以是多种多样的（详细见UASB中的布水方式）。比较简单的是采用类似快滤池用的穿孔管配水系统。国外在生产装置的设计中，常根据反应器内可能的污泥状态和最小COD容积负荷确定每平方米底面积所需要的进水孔数（见表4-2）。4、循环系统IC反应器中的三相分离器、气液分离器和沼气提升管、泥水下降管构成了反应器的“心脏”和循环系统，两者协同作用使得该反应器在处理有机工业废水方面比其他反应器更有优势。一级三相分离器收集的沼气经由沼气提升管携带泥水倒入顶部的气液分离器，分离后的泥水再沿泥水下降管返回反应器底部，与底部进水充分混合。因此，沼气提升管的设计要考虑能够使所收集的沼气顺利导出，还要考虑由气体上升产生的气提作用能够带动泥水上升至顶部的气液分离器。这必然涉及到一级三相分离器的相对位置和沼气提升管管径的大小。泥水下降管必须保证不被下降的污泥堵塞，其管径可比沼气提升管管径粗一些，以利于泥水在重力作用下自然下降至反应器底部和进水混合。此外，顶部气液分离器要大小适当，以维持一定的液位从而保证稳定的内循环量。5、高径比的控制对于特定的废水，在一定的处理容量条件下高径比的不同将直接导致反应器内水流状况的不同，并通过传质速率最终影响生物降解速率，能否控制合适的高径比还将直接影响沉淀出水的效果。过高的反应器高度必使水泵动力消耗增加。国外的生产装置，高径比一般为4～8，反应器的直径和高度的关系主要通过选择适当的表面负荷（或水力停留时间来确定）。根据反应器的高度、容积、以及设计的表面负荷，便可以确定反应器的横截面积。6、其他在几乎所有的IC反应器的文献里的构造图中，在与第一级三相分离器相连的出气管（即上水管）和下降管以及与第二级三相分离器相连的出气管是分开标画的，而在实际运行的IC反应器中，三管式采用同心安装的，即下降管在内，上升管在外，而与第二级三相分离器相连的出气管处于最外侧。这样的安装方式可使得反应器结构紧凑，以节约容器内的有效空间。其它的设备与UASB相同