一、概述 升流式厭氧污泥床反應(yīng)器是一種懸浮生長型的消化器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有載體，應(yīng)器包括以下幾個(gè)部分：進(jìn)水和配水系統(tǒng)、反應(yīng)器的池體和三相分離器。廢水被盡可能均勻的引入到UASB反應(yīng)器的底部，污水向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應(yīng)發(fā)生在廢水與污泥顆粒的接觸過程，反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣引起了內(nèi)部的循環(huán)。附著和沒有附著在污泥上的沼氣向反應(yīng)器頂部上升，碰擊到三相分離器氣體發(fā)射板，引起附著氣泡的污泥絮體脫氣。氣泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，氣體被收集到反應(yīng)器頂部的三相分離器的集氣室。一些污泥顆粒會(huì)經(jīng)過分離器縫隙進(jìn)入沉淀區(qū)。 |
廢水厭氧生物技術(shù)由于其巨大的處理能力和潛在的應(yīng)用前景，一直是水處理技術(shù)研究的熱點(diǎn)。從傳統(tǒng)的厭氧接觸工藝發(fā)展到現(xiàn)今廣泛流行的UASB工藝，廢水厭氧處理技術(shù)已日趨成熟。隨著生產(chǎn)發(fā)展與資源、能耗、占地等因素間矛盾的進(jìn)一步突出，現(xiàn)有的厭氧工藝又面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是如何處理生產(chǎn)發(fā)展帶來的大量高濃度有機(jī)廢水，使得研發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)更優(yōu)化的厭氧工藝非常必要[1]。內(nèi)循環(huán)厭氧處理技術(shù)（以下簡稱IC厭氧技術(shù)）就是在這一背景下產(chǎn)生的高效處理技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代中期由荷蘭PAQUES公司研發(fā)成功，并推入廢水處理工程市場，目前已成功應(yīng)用于土豆加工、啤酒、食品和檸檬酸等廢水處理中[2]。實(shí)踐證明，該技術(shù)去除有機(jī)物的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通厭氧處理技術(shù)（如UASB），而且IC反應(yīng)器容積小、投資少、占地省、運(yùn)行穩(wěn)定，是一種值得推廣的高效厭氧處理技術(shù)。
厭氧處理是廢水生物處理技術(shù)的一種方法，要提高厭氧處理速率和效率，除了要提供給微生物一個(gè)良好的生長環(huán)境外，保持反應(yīng)器內(nèi)高的污泥濃度和良好的傳質(zhì)效果也是2個(gè)關(guān)鍵性舉措。
以厭氧接觸工藝為代表的第1代厭氧反應(yīng)器，污泥停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT）大體相同，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較低，處理效果差。為了達(dá)到較好的處理效果，廢水在反應(yīng)器內(nèi)通常要停留幾天到幾十天之久。
以UASB工藝為代表的第2代厭氧反應(yīng)器，依靠顆粒污泥的形成和三相分離器的作用，使污泥在反應(yīng)器中滯留，實(shí)現(xiàn)了SRT>HRT，從而提高了反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，但是反應(yīng)器的傳質(zhì)過程并不理想。要改善傳質(zhì)效果效的方法就是提高表面水力負(fù)荷和表面產(chǎn)氣負(fù)荷。然而高負(fù)荷產(chǎn)生的劇烈攪動(dòng)又會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)污泥處于*膨脹狀態(tài)，使原本SRT>HRT向SRT=HRT方向轉(zhuǎn)變，污泥過量流失，處理效果變差。
二、IC反應(yīng)器工作原理及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
1、 IC反應(yīng)器工作原理
IC反應(yīng)器基本構(gòu)造如圖1所示，它相似由2層UASB反應(yīng)器串聯(lián)而成。按功能劃分，反應(yīng)器由下而上共分為5個(gè)區(qū)：混合區(qū)、第1厭氧區(qū)、第2厭氧區(qū)、沉淀區(qū)和氣液分離區(qū)。
混合區(qū)：反應(yīng)器底部進(jìn)水、顆粒污泥和氣液分離區(qū)回流的泥水混合物有效地在此區(qū)混合。
第1厭氧區(qū)：混合區(qū)形成的泥水混合物進(jìn)入該區(qū)，在高濃度污泥作用下，大部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣。混合液上升流和沼氣的劇烈擾動(dòng)使該反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥呈膨脹和流化狀態(tài)，加強(qiáng)了泥水表面接觸，污泥由此而保持著高的活性。隨著沼氣產(chǎn)量的增多，一部分泥水混合物被沼氣提升至頂部的氣液分離區(qū)。
氣液分離區(qū)：被提升的混合物中的沼氣在此與泥水分離并導(dǎo)出處理系統(tǒng)，泥水混合物則沿著回流管返回到下端的混合區(qū)，與反應(yīng)器底部的污泥和進(jìn)水充分混合，實(shí)現(xiàn)了混合液的內(nèi)部循環(huán)。
第2厭氧區(qū)：經(jīng)第1厭氧區(qū)處理后的廢水，除一部分被沼氣提升外，其余的都通過三相分離器進(jìn)入第2厭氧區(qū)。該區(qū)污泥濃度較低，且廢水中大部分有機(jī)物已在第1厭氧區(qū)被降解，因此沼氣產(chǎn)生量較少。沼氣通過沼氣管導(dǎo)入氣液分離區(qū)，對(duì)第2厭氧區(qū)的擾動(dòng)很小，這為污泥的停留提供了有利條件。
沉淀區(qū)：第2厭氧區(qū)的泥水混合物在沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，上清液由出水管排走，沉淀的顆粒污泥返回第2厭氧區(qū)污泥床。
從IC反應(yīng)器工作原理中可見，反應(yīng)器通過2層三相分離器來實(shí)現(xiàn)SRT>HRT，獲得高污泥濃度；通過大量沼氣和內(nèi)循環(huán)的劇烈擾動(dòng)，使泥水充分接觸，獲得良好的傳質(zhì)效果。
三、IC工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
IC反應(yīng)器的構(gòu)造及其工作原理決定了其在控制厭氧處理影響因素方面比其它反應(yīng)器更具有優(yōu)勢。
（1）容積負(fù)荷高：IC反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，微生物量大，且存在內(nèi)循環(huán)，傳質(zhì)效果好，進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷可超過普通厭氧反應(yīng)器的3倍以上。
（2）節(jié)省投資和占地面積：IC反應(yīng)器容積負(fù)荷率高出普通UASB反應(yīng)器3倍左右，其體積相當(dāng)于普通反應(yīng)器的1/4~1/3左右，大大降低了反應(yīng)器的基建投資[5]。而且IC反應(yīng)器高徑比很大（一般為4~8），所以占地面積特別省，非常適合用地緊張的工礦企業(yè)。
（3）抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)：處理低濃度廢水（COD=2000~3000mg/L）時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水量的2~3倍；處理高濃度廢水（COD=10000~15000mg/L）時(shí)，內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水量的10~20倍[5]。大量的循環(huán)水和進(jìn)水充分混合，使原水中的有害物質(zhì)得到充分稀釋，大大降低了毒物對(duì)厭氧消化過程的影響。
（4）抗低溫能力強(qiáng)：溫度對(duì)厭氧消化的影響主要是對(duì)消化速率的影響。IC反應(yīng)器由于含有大量的微生物，溫度對(duì)厭氧消化的影響變得不再顯著和嚴(yán)重。通常IC反應(yīng)器厭氧消化可在常溫條件（20~25 ℃）下進(jìn)行，這樣減少了消化保溫的困難，節(jié)省了能量。
（5）具有緩沖pH的能力：內(nèi)循環(huán)流量相當(dāng)于第1厭氧區(qū)的出水回流，可利用COD轉(zhuǎn)化的堿度，對(duì)pH起緩沖作用，使反應(yīng)器內(nèi)pH保持合適狀態(tài)，同時(shí)還可減少進(jìn)水的投堿量。
（6）內(nèi)部自動(dòng)循環(huán)，不必外加動(dòng)力：普通厭氧反應(yīng)器的回流是通過外部加壓實(shí)現(xiàn)的，而IC反應(yīng)器以自身產(chǎn)生的沼氣作為提升的動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)混合液內(nèi)循環(huán)，不必設(shè)泵強(qiáng)制循環(huán)，節(jié)省了動(dòng)力消耗。
（7）出水穩(wěn)定性好：利用二級(jí)UASB串聯(lián)分級(jí)厭氧處理，可以補(bǔ)償厭氧過程中K s高產(chǎn)生的不利影響。Van Lier[6]在1994年證明，反應(yīng)器分級(jí)會(huì)降低出水VFA濃度，延長生物停留時(shí)間，使反應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定。
（8）啟動(dòng)周期短：IC反應(yīng)器內(nèi)污泥活性高，生物增殖快，為反應(yīng)器快速啟動(dòng)提供有利條件。IC反應(yīng)器啟動(dòng)周期一般為1～2個(gè)月，而普通UASB啟動(dòng)周期長達(dá)4～6個(gè)月。
（9）沼氣利用價(jià)值高：反應(yīng)器產(chǎn)生的生物氣純度高，CH4為70％～80％，CO2為20％～30％，其它有機(jī)物為1％～5％，可作為燃料加以利用[8]。
四、IC處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景
IC處理技術(shù)從問世以來已成功應(yīng)用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、檸檬酸和造紙等廢水處理中。1985年荷蘭首先應(yīng)用IC反應(yīng)器處理土豆加工廢水，容積負(fù)荷（以COD計(jì)）高達(dá)35～50kg/(m3·d)，停留時(shí)間4～6 h[9]；而處理同類廢水的UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷僅有10～15 kg/(m3·d)，停留時(shí)間長達(dá)十幾到幾十個(gè)小時(shí)[3]。
在啤酒廢水處理工藝中，IC技術(shù)應(yīng)用得較多，目前我國已有3家啤酒廠引進(jìn)了此工藝。從運(yùn)行結(jié)果看，IC工藝容積負(fù)荷（以COD計(jì)）可達(dá)15～30 kg/(m3·d)，停留時(shí)間2～4.2 h，COD去除率ηCOD>75％[9]；而UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷僅有4～7 kg/(m3·d)，停留時(shí)間近10 h。
對(duì)于處理高濃度和高鹽度的有機(jī)廢水，IC反應(yīng)器也有成功的經(jīng)驗(yàn)。廢水COD約7900mg/L，SO42－為250mg/L，Cl－為4200mg/L。采用22m高、1100m3容積的IC反應(yīng)器，容積負(fù)荷（以COD計(jì)）達(dá)31 kg/(m3·d)，ηCOD>80％，平均停留時(shí)間僅6.1 h。
五、IC反應(yīng)器定貨須知
1．定貨單位在定貨前應(yīng)提供詳細(xì)水質(zhì)資料。
2．本廠可根據(jù)用戶提供的水質(zhì)，水量及場地平面圖，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)工程布置圖和配水構(gòu)筑物尺寸圖。
3．本廠可根據(jù)用戶需要制造特殊型號(hào)和特殊水質(zhì)的設(shè)備。
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