詳細(xì)內(nèi)容
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,并推入國際廢水處理工程市場,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,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)生的劇烈攪動又會使反應(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最下端的混合區(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),對第2厭氧區(qū)的擾動很小,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,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,大大降低了毒物對厭氧消化過程的影響。
(4)抗低溫能力強(qiáng):溫度對厭氧消化的影響主要是對消化速率的影響。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pH起緩沖作用,使反應(yīng)器內(nèi)pH保持狀態(tài),同時(shí)還可減少進(jìn)水的投堿量。
(6)內(nèi)部自動循環(huán),不必外加動力: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)省了動力消耗。
(7)出水穩(wěn)定性好:利用二級UASB串聯(lián)分級厭氧處理,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)器分級會降低出水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)器快速啟動提供有利條件。IC反應(yīng)器啟動周期一般為1~2個(gè)月,而普通UASB啟動周期長達(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和特殊水質(zhì)的設(shè)備。