IC反应器

目录概述IC反应器IC反应器技术IC反应器启动IC反应器的实例应用1.概述1.基本概念IC反应器-InternalCirculation，即内循环厌氧反应器，由2层UASB反应器串联而成。其由上下两个反应室组成,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。1.2国外厌氧工艺发展史1895年Donald设计了世界上第1个厌氧化粪池；1904年德国的Imhoff将其发展成为Imhoff双层沉淀池(即隐化池)；1967年J.C.Young和P.L.McCarty发明了厌氧滤器(Anaerobicfilter,简称AF)；20世纪70年代中，荷兰Wageningen农业大学环境系Lettinga教授发明UASB(上流式厌氧污泥床)反应器；于20世纪80年代后期荷兰PAQUES公司内生产出了第一套循环(IC)厌氧反应器。1.3国内IC工艺发展1996年沈阳华润雪花啤酒有限公司从荷兰PAQUES引进了我国第一套IC反应器，清华大学就IC反应器在生产规模上进行了运行调试，给出了IC反应器处理土豆废水和酒精废水时的容积负荷以及水力停留时间的参考值；在1998年出版了《试论IC反应器：水工业与可持续发展一书》；随后，诸多学者都采用了IC反应器来进行如养猪场废水、酒精工业废水、造纸综合废水等的研究，试验内容主要集中在：容积负荷、水力停留时间、CODcr去除率、产气率、污泥性能等方面；目前已经有众多厂家开始采用IC反应器来处理工业废水。2.IC反应器1.UASB反应器的基本构造UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。UASB反应器在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。2.UASB反应器的工作原理3.IC反应器的基本构造每个厌氧反应室的顶部各设有一个气—固—液三相分离器，如两个UASB反应器单元上下重叠串联。IC反应器由第一厌氧反应室和第二厌氧反应室叠加而成.IC反应器4.IC反应器的工作原理IC反应器实际上是由两个上下重叠的UASB反应器串联组成。第二个UASB反应器对废水继续进行后处理，使出水可达到预期的处理要求。第一个UASB反应器产生的沼气作为动力，实现下部混合液的内循环，使废水获得强化的预处理；4.IC反应器的工作原理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。4.IC反应器的工作原理内循环的结果是，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。5.IC反应器与UASB反应器的过程参数比较为了说明UASB和IC反应器处理能力的差异，以下对两者在污泥保留和反应器的混合特征进行比较(比较是基于125m3/h的废水流量和5000mg/lCOD浓度(80%可生化降解)，并已经算出两种反应器中的液体上流速度和气体上流速度。为了比较IC反应器两个反应区的条件，还分别算出了其第一反应区和第二反应区的上流速度。作为反应区大小设计的依据，UASB的负荷率选为12kgCOD/m3d，这样即可得到其水力停留时间为10小时。所用IC反应器的负荷要比UASB高2.5倍。认为UASB的再循环量为1:1，而IC反应器的循环量为产气量的2.5倍。所用到的公式:5.IC反应器与UASB反应器的过程参数比较3.IC反应器技术1.IC反应器技术特点A、优点：（1）容积负荷率高，水力停留时间短；（2）基建投资省，占地面积小；（3）节省能耗；（4）具有缓冲pH变化的能力；（5）出水水质稳定；B、缺点：（1）出水中含较多的细微颗粒，加重后续处理的负担；（2）反应器内部结构较复杂，增加了安装和维护困难；采用内循环技术，提高了第一反应区的液相上流速度，实现了膨胀污泥床的完全流化，强化了废水中有机物和污泥间的传质。高出UASB4倍左右。反应体积小高径比大。产生沼气实现内循环，不必外加动力。内循环使第一反应区的实际水量大于进口水量，稀释了进水，提高了反应器的抗冲击能力和酸碱调节能力。水流速度过快使出水颗粒较多，处理效果变差。反应器内部比普通的厌氧反应器复杂，设计施工要求高。2.IC反应器的设计2.1厌氧反应器的工艺设计1)水质指标：原废水水质、流量、COD、SS、TN、NH3-N、pH2)处理效果：经IC反应器处理后的COD、排泥量2.IC反应器的设计2.2IC反应器的设计计算1)有效容积2)IC反应器几何尺寸3)IC反应器总容积负荷率4)IC反应器循环量5)第一反应室的气液固分离几何尺寸：a.沉淀区设计b.反应器顶部气液分离器的设计c.布水方式d.配水系统2.IC反应器的设计2.2IC反应器的设计计算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。4.IC反应器的启动1.颗粒污泥概况废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。1.颗粒污泥概况第一阶段：水解、发酵阶段第二阶段：产氢产乙酸阶段第三阶段：产甲烷阶段研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能利用含两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类。VFA包括甲、乙、丙、丁、戊、己酸及其异构体。运行良好则乙酸浓度较高，反之，丙丁酸浓度升高。2.前准备工作IC反应器的启动是一个系统工程，涉及与工艺配套的相关软硬件的准备工作，按顺序依次完成以下各部分的工作。各构筑物建成，并经清池清除建筑垃圾，静压试验证明无渗漏，无下沉位移，最后按有关规程验收合格。电器、机械、管路等全部设备建成并经单机试车、联动试车正常。最后按有关规程（说明书）验收合格。根据系统启动及日后运行管理需要，需进行最基本的常规化验测试，如pH、水温、COD、DO、SS和生物相等，用以指导活性污泥的培养过程和日常运行。2.前准备工作基础数据的调查摸底，包括污水流量昼夜变化情况，水质（pH、水温、COD、SS等）及其变化情况，各种设施和设备的技术参数，结合IC反应器基本原理和颗粒污泥特性来确定IC反应器的启动方案，并进行优化。操作人员应熟悉整个系统的管道布置和公用工程方面的情况，了解污泥培养的基本过程和控制要求。人员到位，自培养和驯化后一般应使系统连续运行，不能脱人。编制必要的化验和运转的原始记录报表以及初步的建章立制。从培菌伊始，逐步建立较规范的组织和管理模式，确保启动与正式运行的有序进行。3.进料流量调整进水流量调整非常关键，在很多同样布水条件的实例中，布水不均现象多有发生，这样会造成污泥床的形成不均衡，减小反应器的处理能力。开车前布水孔布水能力应仔细检查以保证反应器内布水均匀没有死角。4.种泥的选择IC反应器的处理能力主要取决于两个参数：反应器内保存的生物体数量和残留生物体的比活性，因而反应器的启动快慢很大程度上决定于接种污泥的性质。根据经验中温型IC反应器的污泥接种量需稠密型污泥12～15kgVSS/m3或稀薄型污泥6kgVSS/m3。高温型IC反应器最佳接种量在6～15kgVSS/m3。5.影响因素的控制5.1营养物和微量元素微生物的生长需要一定量的营养物和微量元素，添加营养物的数量及微量元素的种类要依据组成细胞的化学成分而定。IC反应器中，细菌种类可能有产酸菌、酸分解菌、产甲烷菌等几种。不论在哪几种微生物，C、N、P都是微生物生长所不可缺少的。一般说来，对于未酸化的废水，C∶N∶P=130∶5∶1，而对于基本上完全酸化的废水C∶N∶P=1000∶5∶1～330∶5∶1。对于部分酸化的废水，可视具体情况根据上述数据参考而定。除此以外，微量元素对微生物良好生长也有重要的作用。不过，具体要添加哪种微量金属溶液，还要依据进液废水的情况而定。废水中的厌氧处理主要依靠微生物的生命活动来达到处理的目的，不同微生物的生长需要不同的温度范围。温度稍有几度的差别，就可在两类主要种群之间造成不平衡。根据反应器内微生物的这一特性,通常将反应器划分为低温(16～25℃)反应器、中温(30～40℃)反应器、及高温(50～60℃)反应器。一般说来，温度每增加10℃，厌氧反应速度约增加一倍。温度对颗粒污泥的培养很重要。5.影响因素的控制5.2进水温度的控制pH值是厌氧处理的又一个重要因素。厌氧过程中，水解菌与产酸菌对pH有较大的适应范围，而甲烷菌则对pH值比较敏感，适宜它的生长范围是6.5～7.8，但最适宜的pH范围是6.8～7.2。因而，由于不同性质的废水有不同的pH值，为了保证反应器内pH值的稳定，防止酸积累而产生的对产甲烷菌的抑制，可采用向废水中添加化学药品如NaHCO3、Na2CO3、Ca(OH)2等物质，关键是保证进液后pH值的稳定，使废水有一定的缓冲能力，防止酸积累对甲烷菌产生毒性影响。5.影响因素的控制5.3进水pH的控制经过人们大量的研究认为，在初次启动IC反应器时，进水COD浓度宜应该大于1000mg/L，但不得超过4000mg/L。若COD浓度较高，可采用自来水或出水回流的方法进行稀释。出水中，不能含有高的不可降解的COD，以防反应器过负荷。随着颗粒污泥的逐渐形成，逐步提高负荷，最终实现原水进液。但是进水稀释后，要最终实现原水或高浓度水的处理，需一定的调整时间，有时会因浓度高低相差太多而造成颗粒污泥特性的改变或恶化。5.影响因素的控制5.4进水COD浓度的控制操作因素主要是水力负荷和污泥负荷；另外，在启动时，污泥负荷不应太高；采用低浓度进水，逐步提高水力负荷的启动方式有利于污泥颗粒化；厌氧菌的培养是个缓慢的过程，进水COD量及水量渐进的均匀稳定的提高是保证初次启动成功的关键。6.启动时反应器容积负荷的增加方式第一阶段为初始阶段，反应器负荷＜3kgCOD/m3·d。此阶段约为30天。第二阶段为提高阶