IC厭氧反應器的應用和發展

發表時間：2016/8/22   來源：《低碳地產》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、穩定的出水等特性，易于培養高活性的厭氧顆粒污泥，目前厭氧內循環反應器（IC）在啤酒、制藥、化工等高濃度廢水行業已有應用實例，但因反應器結構復雜、泥水混合不理想，易出現短流現象，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化和系統內顆粒污泥的探究擁有重要的實際意義。本文結合某酒廠對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、厭氧反應器發展歷程
        最初的厭氧反應器雛形來源于1896年英國出現的首座用于處理生活污水的厭氧消化池，其產生沼氣用于照明，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，荷蘭大學環境系Lettinga等在1974—1988年開發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反應器。相比其他厭氧反應器，其最大的優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UASB反應器內部結構不同，可以分為常規型和內循環型，后者主要通過增加出水內循環裝置，綜合內循環區、反應區和氣液固三相分離區進而形成調節、厭氧反應和三相分離為一體的厭氧反應系統，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）、厭氧內循環反應器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（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部，減少了未反應區體積；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，且出水水質不穩定。
        IC反應器最直觀的區別在于其分為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個內部循環，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）新型內循環厭氧反應器設計參數及運行參數
        1、進水水量、水質
        某酒業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：CODcr：13000mg/L，pH：4.5~5，溫度：30℃~37℃。

       2、新型內循環厭氧反應器
        新型內循環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，鋼罐結構形式，鋼罐外設保溫層減少因環境變化產生的溫差。
        3、工藝參數控制范圍
        厭氧微生物的主要影響因素主要有溫度、pH和進水負荷等。根據影響因素，選擇運行工藝參數的控制范圍為：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的調節直接通過加藥實現，水力負荷利用進水流量計和進水泵聯動控制。
        （二）運行概況及結果分析
        該新型內循環厭氧反應器2014年6月啟動運行，2014年10月達到設計的水質和水量，并保持穩定運行。穩定運行期間，經過對進水容積負荷、進出水pH值、COD去除率等常規檢測參數進行記錄和分析，分析結果如下。
        1、進/出水COD值與COD去除率的關系
        新型內循環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。本項目在穩定運行過程中進水COD值變化區間為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%；在得到的數據中，進水COD值的增加有利于COD的去除。由于新型內循環厭氧反應器內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，影響COD值的去除，但若攪拌過大，新型內循環厭氧反應器內的泥就易跟水一起溢出。出水COD值變化區間范圍為1150～2150mg/L，最大值比最小值大將近一倍，變化幅度大，對后續生化系統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%，說明該內循環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%，去除效果穩定。
        3、進水pH值與出水pH值的關系
        pH值是作為反映新型內循環厭氧反應器微生物水解、酸化和甲烷化階段的參數，在穩定運行期間，也作為工程中新型內循環厭氧反應器微生物是否穩定的簡便判斷方法，盡管相對VFA、ALK等參數來說具有延遲性，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值經加藥調節后變化區間在5.9～6.5之間，變化幅度為0.6，基本穩定在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
        根據特定污水參數，選擇合適的反應器及合理的物理參數均是高效率的基礎。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，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，通過多種反應器聯用及在線監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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