IC厭氧反應器的應用和發(fā)展

發(fā)表時間：2016/8/22   來源：《低碳地產(chǎn)》2015年第11期   作者：岳廣磊 高旭

    【摘  要】IC厭氧反應器擁有較大的上升流速、高效的泥水混合強度、突出的承載容積負荷能力、穩(wěn)定的出水等特性，易于培養(yǎng)高活性的厭氧顆粒污泥，目前厭氧內(nèi)循環(huán)反應器（IC）在啤酒、制藥、化工等高濃度廢水行業(yè)已有應用實例，但因反應器結(jié)構(gòu)復雜、泥水混合不理想，易出現(xiàn)短流現(xiàn)象，三相分離器的分離效果不佳，操作要求嚴格、反應器啟動慢等缺陷使該反應器的推廣受到限制。所以對IC厭氧反應器的改良優(yōu)化和系統(tǒng)內(nèi)顆粒污泥的探究擁有重要的實際意義。本文結(jié)合某酒廠對IC厭氧反應器的應用進行了研究。
        【關鍵詞】IC厭氧反應器；應用；實例分析

        一、厭氧反應器發(fā)展歷程
        最初的厭氧反應器雛形來源于1896年英國出現(xiàn)的首座用于處理生活污水的厭氧消化池，其產(chǎn)生沼氣用于照明，并逐步被各個國家所采納。他們主要用于污泥和糞肥的消化，以及生活污水的處理，而一般容積負荷僅為4～5kgCOD/（m3?d）。隨后，荷蘭大學環(huán)境系Lettinga等在1974—1988年開發(fā)研制了上流式厭氧污泥床（UpflowAna-erobicSludgeBed，UASB）反應器，通過將厭氧活性污泥中的反應槽和沉淀槽相合并，進而建立一套簡化的系統(tǒng)反應器。相比其他厭氧反應器，其最大的優(yōu)勢就在于運行費用低廉、處理效率高、生物量高、耐沖擊負荷、適應較廣范圍的pH值和溫度變化且操作簡單等，而被廣泛應用。根據(jù)UASB反應器內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，可以分為常規(guī)型和內(nèi)循環(huán)型，后者主要通過增加出水內(nèi)循環(huán)裝置，綜合內(nèi)循環(huán)區(qū)、反應區(qū)和氣液固三相分離區(qū)進而形成調(diào)節(jié)、厭氧反應和三相分離為一體的厭氧反應系統(tǒng)，從而擴大其COD適應范圍、縮短啟動周期、減少生物量損耗，進而獲得更好地處理效率。
        但UASB反應器在運行中容易出現(xiàn)短流、死角和堵塞等一些問題，同時為了進一步增強厭氧微生物與廢水的混合與接觸，提高負荷及處理效率，擴大適用范圍，在其基礎上又研究發(fā)明了第二、三反應器，包括厭氧顆粒污泥膨脹床（ExpandedGranul-arSludgeBed，EGSB）、厭氧內(nèi)循環(huán)反應器InsideCycling，IC）、厭氧折板式反應器（AnaerobicBaff-ledReactor，ABR）、厭氧序列式反應器（AnaerobicSequencingBatchReactor，ASBR）、厭氧膜生物系統(tǒng)（AnaerobicMembraneBiosystem，AMBS）等。EGSB反應器主要針對高濃度有機廢水處理過程中出現(xiàn)的水利條件、生物量缺少等問題，通過增加其高徑比，延長兩者接觸時間；同時增大空塔速率使得污泥能通過膨脹的形式充滿反應器內(nèi)部，減少了未反應區(qū)體積；另外通過外部增加出水回流，確保了生物量流失的減少。另一方面，由于外加動力形成回流，所以使得EGSB反應器在運行時需要消耗更多的能量，費用增加，且出水水質(zhì)不穩(wěn)定。
        IC反應器最直觀的區(qū)別在于其分為2個反應室并具有1個三相分離器。第1反應室處于高負荷運行階段，大部分有機物在這里被降解而轉(zhuǎn)化為甲烷，它通過升流管被頂部的氣液分離器分離再被集氣罩收集，而污泥可以形成2個內(nèi)部循環(huán)，從而在確保接觸充分的同時，也減少了污泥的流失。
        二、案例分析
        （一）新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器設計參數(shù)及運行參數(shù)
        1、進水水量、水質(zhì)
        某酒業(yè)有限公司主要采用高粱為原料的釀酒工藝，高濃度的有機廢水主要來自加工過程中的高濃度鍋底水，煮糧水與原老車間綜合廢水等。設計進水水量為400m3/d。設計進水水質(zhì)：CODcr：13000mg/L，pH：4.5~5，溫度：30℃~37℃。

       2、新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器
        新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器采用一座直徑為5.2m，高度22.6m，有效高度為18.2m，鋼罐結(jié)構(gòu)形式，鋼罐外設保溫層減少因環(huán)境變化產(chǎn)生的溫差。
        3、工藝參數(shù)控制范圍
        厭氧微生物的主要影響因素主要有溫度、pH和進水負荷等。根據(jù)影響因素，選擇運行工藝參數(shù)的控制范圍為：溫度：30℃~37℃；pH：6~8；水力負荷：5~6m3/（m2?h）。工藝參數(shù)的主要控制手段為：進水溫度的控制利用蒸汽自動加熱和罐體保溫方式，進水pH的調(diào)節(jié)直接通過加藥實現(xiàn)，水力負荷利用進水流量計和進水泵聯(lián)動控制。
        （二）運行概況及結(jié)果分析
        該新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器2014年6月啟動運行，2014年10月達到設計的水質(zhì)和水量，并保持穩(wěn)定運行。穩(wěn)定運行期間，經(jīng)過對進水容積負荷、進出水pH值、COD去除率等常規(guī)檢測參數(shù)進行記錄和分析，分析結(jié)果如下。
        1、進/出水COD值與COD去除率的關系
        新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的運行效果最直觀的方法是通過進水COD值、出水COD值和COD去除率來判斷。本項目在穩(wěn)定運行過程中進水COD值變化區(qū)間為9100～18600mg/L，最大值比最小值大將近一倍，變化幅度大，主要是受酒廠排放廢水的影響；進水COD值在11300～18000mg/L期間，去除率大于85%，最高可達92%；在得到的數(shù)據(jù)中，進水COD值的增加有利于COD的去除。由于新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器內(nèi)是通過氣水混合進行攪拌，當進水COD值較低時，攪拌無法滿足全混流狀態(tài)，影響COD值的去除，但若攪拌過大，新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器內(nèi)的泥就易跟水一起溢出。出水COD值變化區(qū)間范圍為1150～2150mg/L，最大值比最小值大將近一倍，變化幅度大，對后續(xù)生化系統(tǒng)還是會造成一定的沖擊；出水COD值變化的曲線與去除率相反，但與進水COD值的變化相關性不大。
        2、進水容積負荷與COD去除率的關系
        進水水質(zhì)的變化，引起進水容積負荷的變化，通過分析，容積負荷在9.4～19.2kgCOD/（m3?d）之間，COD去除率在0.78～0.92之間，COD去除率大于85%的幾率為93%，說明該內(nèi)循環(huán)厭氧反應器抗負荷變化能力強；當進水容積負荷低于19.17kgCOD/（m3?d）時，根據(jù)容積負荷曲線的變化趨勢與COD去除率曲線的變化相近，當進水負荷在不小于12kg-COD/（m3?d）時，COD去除率大于85%，去除效果穩(wěn)定。
        3、進水pH值與出水pH值的關系
        pH值是作為反映新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器微生物水解、酸化和甲烷化階段的參數(shù)，在穩(wěn)定運行期間，也作為工程中新型內(nèi)循環(huán)厭氧反應器微生物是否穩(wěn)定的簡便判斷方法，盡管相對VFA、ALK等參數(shù)來說具有延遲性，但就其方便性在厭氧處理工程實際運行過程中被廣泛的應用。該酒廠進水pH值經(jīng)加藥調(diào)節(jié)后變化區(qū)間在5.9～6.5之間，變化幅度為0.6，基本穩(wěn)定在7.5～7.8之間，變化幅度為0.3，相對于進水pH值變化，出水pH值變化幅度較小、穩(wěn)定；從曲線上來看，進水pH值的變化會引起出水pH值的變化，但變化時間相對延后1天左右。
        三、厭氧反應器展望
        根據(jù)特定污水參數(shù)，選擇合適的反應器及合理的物理參數(shù)均是高效率的基礎。而其中厭氧污泥的選擇，其中顆粒厭氧污泥具有較低的污泥體積指數(shù)，從而具有更高的污泥停留時間，且能為微生物的生長繁殖提供更大的表面積，從而適應更高的有機負荷。另一方面，通過多種反應器聯(lián)用及在線監(jiān)測有利于對復雜廢水厭氧處理的快速啟動和高效處理。
參考文獻：
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