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高雄市IC厭氧反應器

原理

   在厭氧處理過程中，廢水中的機物經大量微生物的共同，被終轉化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨等。在此過程中，不同微生物的代謝過程相互影響，相互制約，形成了復雜的生態系統。對高分子機物的厭氧過程的敘述，助于我們了解這一過程的基本內容。高分子機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發酵(或酸化)階段、產乙酸階段和產甲烷階段。
水解階段
水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。
高分子機物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不可能為細菌直接利用。它們在*階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如：纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白質酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。水解過程通常較緩慢，因此被認為是含高分子機物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。多種因素如溫度、機物的組成、水解產物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。水解速度的可由以下動力學方程加以描述：ρ=ρo/(1+Kh.T)
ρ ——可降解的非溶解性底物濃度（g/L）
ρo———非溶解性底物的初始濃度（g/L）
Kh——水解常數（d^-1）
T——停留時間（d）
發酵或酸化階段
發酵可定義為機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性機物被轉化為以揮發性脂肪酸為主的末端產物，因此這一過程也稱為酸化。
在這一階段，上述小分子的化合物發酵細菌（即酸化菌）的細胞內轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。發酵細菌絕大多數是嚴格厭氧菌，但通常約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環境中，這些兼性厭氧菌能夠起到保護像甲烷菌這樣的嚴格厭氧菌免受氧的損害與抑制。這一階段的主要產物揮發性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫、氨、硫化氫等，產物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時，酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質，因此，未酸化廢水厭氧處理時產生更多的剩余污泥。

在厭氧降解過程中，酸化細菌對酸的耐受力必須加以考慮。酸化過程pH下降到4時能可以進行。但是產甲烷過程pH值的范圍在6.5～7.5之間，因此pH值的下降將會減少甲烷的生成和氫的消耗，并進一步引起酸化末端產物組成的改變。
產乙酸階段
在產氫產乙酸菌的下，上一階段的產物被進一步轉化為乙酸、氫、碳酸以及新的細胞物質。
其某些反應式如下：
CH3CHOHCOO-+2H2O —> CH3COO-+HCO3-+H++2H2 ΔG’0=-4.2KJ/MOL
CH3CH2OH+H2O－> CH3COO-+H++2H2O ΔG’0=9.6KJ/MOL
CH3CH2CH2COO-+2H2O－> 2CH3COO-+H++2H2 ΔG’0=48.1KJ/MOL
CH3CH2COO-+3H2O－> CH3COO-+HCO3-+H++3H2 ΔG’0=76.1KJ/MOL
4CH3OH+2CO2－> 3CH3COO-+2H2O ΔG’0=-2.9KJ/MOL
2HCO3-+4H2+H+－>CH3COO-+4H2O ΔG’0=-70.3KJ/MOL
甲烷階段
這一階段，乙酸、氫、碳酸、甲酸和甲醇被轉化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。
甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、二氧化碳和氫等轉化為甲烷的過程兩種不同的產甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3。  

厭氧過程對環境條件要求比較嚴格:

Ⅰ、氧化還原電位(φE)與溫度

氧的溶入和氧化態、氧化劑的存在:Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+會使體系中電位升高，對厭氧消化不利。

高溫消化--500~600mv，50~55℃

中溫消化--300~380mv，30~38℃

產酸菌對氧還-還電位要求不甚嚴格+100~-100mv

產甲烷菌對氧還-還電位要求嚴格<-350mv

Ⅱ、pH及堿度

pH主要取決于三個生化階段的平衡狀態，原液本身的pH和發酵系統中產生的CO2分壓(20.3~40.5kpa)，正常發酵pH=7.2~7.4，機負荷太大，水解和酸化過程的生化速率大大過產速率。將導致水解產物機酸的積累使pH下降，抑制甲烷菌的機能，使化速率銳減，所以原液pH=6~8，發酵過程機酸濃度不過3000mg/L為佳(以乙酸計)。

HCO3-及NH3是形成厭氧處理系統堿度的主要原因，高的堿度具較強的緩沖能力，一般要求堿度2000mg/L以上，NH3濃度50~200mg/L為佳。

Ⅲ、毒物--凡對厭氧處理過程起抑制和毒害的物質都可稱為毒物，機酸濃度不應使消化液pH<6.8;不應高于1500mg/L，其它陰離子濃度參見 P148表9-2。

IC 反應器構造原理圖

1.液分離器2.集管3.二級三相分離器4.沼提升管5.

論內循環(IC)厭氧反應器的設計工藝思想

一級三相分離器6.泥水下降管7.進水8.出水區9.精處理區10.

顆粒污泥膨脹床區11.混合區

沼泡在形成過程中會對液體做膨脹功產生提，使

得沼、污泥和水的混合液沿沼提升管上升至反應器部的

液分離器。沼與泥水分離被導出處理系統，泥水混合物沿著泥

水下降管進入反應器底部的污泥膨脹床區，形成內循環系統。經

顆粒污泥膨脹床區處理后的污水一部分參與內循環，另一部分進

入精處理區進行剩余COD 的降解，提高并了出水水質。由于

大部分COD 已被降解，所以精處理區的COD負荷較低， 產量也

小。產生的沼由二級三相分離器收集，通過集管進入液分

離器被導出處理系統。泥水經二級三相分離器后，上清液由

出水區走，顆粒污泥返回精處理區。

使用領域：于屠宰廢水，牛、豬、雞等養殖場中畜禽糞便的處理和沼、發電工程；城市生活污泥等SS較多的高濃度機廢水處理工程

啟動的要點

   ①啟動一定要逐步進行，留充裕的時間，并不能期望很短時間進入加料達到厭氧降解的目標 。因為啟動實際上是使菌從休眠狀態恢復，即活化的過程。啟動中菌、馴化、增殖過程都在進行，原厭氧污泥中濃度較低的甲烷菌的增長速度相對于產酸菌要慢的多。因此，這時負荷一般不能高，時間不能短，每次進料要少，間隔時間要長。

   ②混合進液濃度一定要控制在較低水平，一般COD濃度為1000-5000mg/L，當過5000mg/L，應進行出水循環和加水稀釋至要求。

   ③若混合液中亞硫酸鹽濃度大于200mg/L時，則亦應稀釋至100mg/L以下才能進液。

   ④負荷增加操作方式：啟動初期容積負荷可從0.2-0.5kgCOD/m3?d開始，當生物降解能力達到80%以上時，再逐步加大。若低負荷進料，厭氧過程仍不正常COD不能消化，則進料間斷時間應延長24h或2-3d，檢查消化降解的主要指標測量VFA濃度，啟動階段VFA應保持在3mmoL/L以下。

   ⑤當容積負荷走到2.0kgCOD/m3?d后，每次進料負荷可增大，但不過20%，只當進料增大，而VFA濃度且維持不變，或仍維持在﹤3mmoL/L水平時，進料量才能不斷增大進液間隔才能不斷減少。

   IC厭氧反應器是繼UASB、EGSB之后的一種厭氧反應器。它通過上下兩層集罩把反應器分為上下兩個室，兩個室通過內循環裝置組合在一起。

   進入IC厭氧反器的機物大部分在下反應室被消化，所產生的沼被下層集罩阻隔收集進入提升管，由于提升管內外液體存在密度差，促使發酵液不斷被提升至液分離器，分離沼后又回流到下反應室，形成了發酵液的連續循環。

   鑒于內循環發生在下反應室，故下反應室較高的水力負荷，高水力負荷和高產負荷使污泥與機物充分混合，使污泥處于充分的膨脹狀態，傳質速率高，大大提高了厭氧消化速率和機負荷。

   上反應室是反應器的低負荷區，它只是消化下反應室少量來不及消化的機物，沼產量少。產負荷低，內循環不進入上反應室，上反應室較低的產負荷和較低的水力負荷利于污泥的沉降和滯留，從而能維持反應器內較高的污泥濃度。

  由于厭氧消化速率取決于污泥濃度和傳質速率，影響傳質的因素是產負荷和水力負荷，它們一方面是強化傳質的重要因素，又是造成污泥流失的根本原因，而IC厭氧應器由于了內循環裝置，改變了產負荷與水力負荷的方向，在高負荷下能避免污泥的流失，在一定程度上實現了“高負荷與污泥流失相分離”，從而使IC厭氧反器具比UASB、EGSB更高的機負荷

高雄市IC厭氧反應器

由IC反應器構造原理進水

（1）用泵由反應器底部進入*反應室，與該室內的厭氧顆粒污泥均勻混合。廢水中的大部分機物在這里被轉化為沼，所產生的沼被*厭氧反應室的集罩

（2）收集，沼將沿著提升管

（3）上升。沼上升的同時，把*反應室的混合液提升至設在反應器部上的液分離器

（4）被分離出的沼由液分離器部的沼管

（5）走。分離出的泥水混合液將沿著回流管

（6）回到*反應室的底部，并于底部的顆粒污泥進行充分混合，實現了*反應室混合液的內部循環。

（7）收集，通過集管

（8）進入液分離器二反應室的泥水混合液進入沉淀區

（9）進行固液分離，處理過的上清液由出水管

（10）走，沉淀下來的污泥自動返回二反應室。這樣，廢水就完成了在IC反應器內處理的過程。

技術優點

1.容積負荷大：反應器內污泥濃度大，微生物量大，進水機負荷大;

2. 厭氧污泥濃度大，平均污泥濃度為20-40gMLVSS/L;

3.節省投資和占地面積;

4.抗沖擊負荷能力大;

5.動力低，混合攪拌設備，靠發酵過程中產生的沼的上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態，對下部的污泥層也一定程度的攪動;

6.污泥床不設載體，節省造價及避免因填料發生堵塞問題;

7.性好;

8.啟動周期短，反應器內污泥活性大，生物增殖快，為反應器快速啟動提供利條件;

9.沼利用價值大，反應器產生的生物純度大，CH470%～80%,CO220%～30%,其他機物為1%～5%，可作燃料加以利用；

   本管理制度完善、機構健、技術力量雄厚，擁一批優秀的科研技術及管理人才，能為客戶提供良好的售前、售中及,并能根據用戶的用水條件，設計針對性的水處理設備及配備方案，做到，上好強效。我們將以“客戶，共建美麗家園”為企業使命，懷揣夢想，肩負責任，心存感恩，追求，以謙遜的態度、心的、強效的工作，與社會各界朋友一起為呵護我們碧水藍天、安泰祥和的美麗家園而努力。