內(nèi)循環(huán)IC厭氧反應(yīng)器PPT課件

1、4.5 內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器一、內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器的由來1、厭氧UASB反應(yīng)器 升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器是由Lettinga在七十年代開發(fā)的。國際上荷蘭的PAQUES（帕克）、荷蘭的BIOTHANE（百歐仕）和比利時(shí)的BIOTIM公司是世界上主要三個(gè)UASB技術(shù)的廠家。僅這三家公司占國際市場份額的74%，這三家公司的技術(shù)主要是采用UASB技術(shù)，這反映了UASB技術(shù)除其技術(shù)本身的特點(diǎn)之外，其市場化的水平也是比較高的。第1頁/共39頁（1）UASB反應(yīng)器的構(gòu)造 UASB反應(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。如果考慮整個(gè)厭氧系統(tǒng)還應(yīng)該包括沼氣收集和利用

2、系統(tǒng)。在UASB反應(yīng)器中最重要的設(shè)備是三相分離器，這一設(shè)備安裝在反應(yīng)器的頂部并將反應(yīng)器分為下部的反應(yīng)區(qū)和上部的沉淀區(qū)。第2頁/共39頁配水系統(tǒng)污泥處理水沼氣三相分離器出水堰水沼氣污泥顆粒污泥區(qū)懸浮污泥區(qū)圖19-12 升流式厭氧污泥床開放式UASB反應(yīng)器第3頁/共39頁（2）UASB顆粒污泥的形成與特征1）污泥顆粒化的意義 在厭氧反應(yīng)器中顆粒污泥的形成過程稱之為污泥顆?；?使污泥具有良好的沉淀性，能在很高產(chǎn)氣量和上向流速下以較高濃度保留在反應(yīng)器內(nèi)，因此可以使之承受更高的有機(jī)容積負(fù)荷和水力負(fù)荷； 細(xì)菌形成的污泥顆粒狀聚集體是一個(gè)微生態(tài)的系統(tǒng)，其中不同類型的微生物種群形成了共生或互生體系，有利于形

3、成微生物生長、生理生化的條件；第4頁/共39頁 顆粒污泥的形成利于其中的微生物對(duì)營養(yǎng)的吸收，利于有機(jī)物降解； 顆粒污泥使諸如乙酸菌和利用氫的細(xì)菌等的發(fā)酵菌的中間產(chǎn)物的擴(kuò)散距離大大縮短； 在諸如pH和毒性物質(zhì)等廢水水質(zhì)驟變時(shí)，顆粒污泥性能維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境中而代謝過程繼續(xù)進(jìn)行。第5頁/共39頁（3）存在問題反應(yīng)器容積負(fù)荷定義：1）對(duì)于低濃度的有機(jī)廢水（1.5-2.0 CODg/L）時(shí)，反應(yīng)器進(jìn)水容積負(fù)荷控制在（5-8 kgCOD/(m3d)），以免水力負(fù)荷過大增加懸浮污泥顆粒流失；2）對(duì)于高濃度的有機(jī)廢水（5-9 CODg/L）時(shí)，反應(yīng)器進(jìn)水容積負(fù)荷控制在（10-20 kgCOD/(m3

4、d)），以免產(chǎn)氣量、水力負(fù)荷過大增加懸浮污泥顆粒流失。VQSNV0第6頁/共39頁二、內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器的基本構(gòu)造與原理1、內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器的基本構(gòu)造內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)IC反應(yīng)器基本構(gòu)造如圖所示，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)。 第7頁/共39頁第8頁/共39頁2、內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器原理（1）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。（2）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?；旌?/p>

5、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。第9頁/共39頁（3）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10頁/共39頁（4）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。（5）沉淀區(qū)：第2厭

6、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。第11頁/共39頁3、結(jié)論（1）由下面第一個(gè)UASB反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣作為提升的內(nèi)動(dòng)力，使升流管和回流管的混合液產(chǎn)生密度差，實(shí)現(xiàn)下部混合液的內(nèi)循環(huán)，使廢水獲得強(qiáng)化預(yù)處理。 上面的第二個(gè)UASB反應(yīng)器對(duì)廢水繼續(xù)進(jìn)行后處理（或稱精處理），使出水達(dá)到預(yù)期的處理要求。（2）反應(yīng)器通過2層三相分離器來實(shí)現(xiàn)SRTHRT，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。 第12頁/共39頁三、工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)（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

7、，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1/41/3左右，大大降低了反應(yīng)器的基建投資。而且IC反應(yīng)器高徑比很大（一般為48），所以占地面積特別省，非常適合用地緊張的工礦企業(yè)。 第13頁/共39頁（3）抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng) 處理低濃度廢水（COD=20003000mg/L）時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水量的23倍；處理高濃度廢水（COD=1000015000mg/L）時(shí)，內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水量的1020倍。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

8、響。 第14頁/共39頁（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（2025 ）下進(jìn)行，這樣減少了消化保溫的困難，節(jié)省了能量。 第15頁/共39頁（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保持最佳狀態(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

9、消耗。 第16頁/共39頁（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Ks高產(chǎn)生的不利影響。Van Lier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12個(gè)月，而普通UASB啟動(dòng)周期長達(dá)46個(gè)月。 第17頁/共39頁（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7080，CO2為2030，其它有機(jī)物為15，可作為燃料加以利用。 第18頁/共39頁四、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

10、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。1、土豆加工廢水 1985年荷蘭首次應(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)3550kg/(m3d)，停留時(shí)間46h；而處理同類廢水的UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷僅有1015 kg/(m3d)，停留時(shí)間長達(dá)十幾到幾十個(gè)小時(shí)。 第19頁/共39頁2、啤酒廢水 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)1530 kg/(m3d)，停留時(shí)間24.2 h，COD去除率COD75；而UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷僅有47 kg/(m3d)，停留時(shí)間近10 h。

11、 第20頁/共39頁3、高濃度和高鹽度的有機(jī)廢水 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)。位于荷蘭Roosendaal的一家菊苣加工廠的廢水，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/(m3d)，COD80，平均停留時(shí)間僅6.1 h。 第21頁/共39頁4、其他 我國無錫羅氏中亞檸檬有限公司的IC厭氧處理系統(tǒng)自1998年12月運(yùn)行以來一直都很穩(wěn)定，進(jìn)水COD一般在8000mg/L以上，pH5.0左右，容積負(fù)荷（以COD計(jì)）可達(dá)30 kg/(m3d)，出水CO

12、D基本在2000mg/L以下，且每千克COD產(chǎn)沼氣0.42m3。 1996年IC反應(yīng)器首次應(yīng)用于紙漿造紙行業(yè)，并迅速獲得客戶歡迎，至今全世界造紙行業(yè)已建造IC反應(yīng)器23個(gè)。 第22頁/共39頁五、出現(xiàn)的新問題1、從構(gòu)造上看，IC反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)比普通厭氧反應(yīng)器復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工要求高。反應(yīng)器高徑比大，一方面增加了進(jìn)水泵的動(dòng)力消耗，提高了運(yùn)行費(fèi)用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中細(xì)微顆粒物比UASB多，加重了后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。另外內(nèi)循環(huán)中泥水混合液的上升還易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，使內(nèi)循環(huán)癱瘓，處理效果變差。 第23頁/共39頁2、發(fā)酵細(xì)菌通過胞外酶作用將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物，再將可溶性的大分子有機(jī)

13、物轉(zhuǎn)化成脂肪酸和醇類等，該類細(xì)菌水解過程相當(dāng)緩慢。IC反應(yīng)器較短的水力停留時(shí)間勢必影響不溶性有機(jī)物的去除效果。3、在厭氧反應(yīng)中，有機(jī)負(fù)荷、產(chǎn)氣量和處理程度三者之間存在著密切的聯(lián)系和平衡關(guān)系。一般較高的有機(jī)負(fù)荷可獲得較大的產(chǎn)氣量，但處理程度會(huì)降低。因此，IC反應(yīng)器的總體去除效率相比UASB反應(yīng)器來講要低些。 第24頁/共39頁4、缺乏在IC反應(yīng)器水力條件下培養(yǎng)活性和沉降性能良好的顆粒污泥關(guān)鍵技術(shù)。目前國內(nèi)引進(jìn)的IC反應(yīng)器均采用荷蘭進(jìn)口的顆粒污泥接種，增加了工程造價(jià)。 上述問題有待在對(duì)IC厭氧處理技術(shù)內(nèi)部規(guī)律進(jìn)行更深入探討的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)踐加以克服，使這一新技術(shù)更加完善。 第25頁/共39頁六

14、、膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應(yīng)器 EGSB反應(yīng)器是二十世紀(jì)九十年代初問世的一種新型的高效厭氧生物反應(yīng)器。它是繼UASB之后的第三代厭氧生物反應(yīng)器，由于反應(yīng)器中能夠形成顆粒狀的厭氧污泥，而且顆粒污泥層在運(yùn)行時(shí)處于膨脹狀態(tài)，所以厭氧生物能與污水中的有機(jī)物接觸更加充分，反應(yīng)器容積利用率更高。第26頁/共39頁1、EGSB反應(yīng)器工作原理 EGSB反應(yīng)器由布水器、反應(yīng)區(qū)和三相分離器組成。 廢水由反應(yīng)器底部的布水器均勻進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。在水流均勻向上流動(dòng)的過程中，廢水中的有機(jī)物與反應(yīng)區(qū)內(nèi)的厭氧污泥充分接觸，被厭氧菌所分解利用。最后經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的三相分離器，進(jìn)行氣固液分離后，沼氣由氣室收集，污泥由沉淀區(qū)沉淀后自

15、行返回反應(yīng)區(qū)，沉淀后的處理水以溢流的方式從反應(yīng)器上部流出。第27頁/共39頁2、特點(diǎn)（1）與升流式厭氧處理床（UASB）相比，EGSB裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）傳質(zhì)效果好2）有機(jī)物去除率高3）能夠承受更高的進(jìn)水濃度（生產(chǎn)性裝置：3000040000mgCOD/L）第28頁/共39頁4）能夠在更高的容積負(fù)荷下運(yùn)行（可達(dá)30kgCOD/m3d以上）5）占地面積?。ㄑb置可高達(dá)10米至20米，因此占地面積僅為UASB的1/2至1/5）6）污泥濃度高（可達(dá)50-60kgTVS/m3）7）布水容易均勻，反應(yīng)器中無死水區(qū)第29頁/共39頁（2）與IC反應(yīng)器相比 本反應(yīng)器在處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)，處理出水不循環(huán)，可

16、進(jìn)一步節(jié)省能耗，大多數(shù)情況下厭氧廢水處理系統(tǒng)能夠做到凈產(chǎn)能，為廠方節(jié)煤、節(jié)電，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。 EGSB厭氧處理中的精髓是厭氧顆粒污泥，厭氧顆粒污泥具有良好的沉降性能，而且具有以下的優(yōu)點(diǎn)。第30頁/共39頁1） 細(xì)菌形成顆粒污泥的聚集體是一個(gè)微生物系統(tǒng)，其中不同類型的種群組成了共生或互生體系，有利于細(xì)菌生長并有利于有機(jī)物的降解。2） 顆粒使發(fā)酵菌的中間產(chǎn)物的擴(kuò)散距離大大縮短，這對(duì)復(fù)雜有機(jī)物的降解是非常重要的3） 當(dāng)廢水性質(zhì)突然變化時(shí)（例如：pH值、毒性物的濃度），顆粒污泥能維持一個(gè)穩(wěn)定的微環(huán)境，使代謝過程繼續(xù)進(jìn)行。4） 采用顆粒污泥接種新的反應(yīng)器，可以大大縮短生物啟動(dòng)時(shí)間第31頁/共39頁

17、3、適用范圍與處理效果 本反應(yīng)器適用于適用于發(fā)酵行業(yè)（酒精、米酒、啤酒、檸檬酸、酵母、制藥等）以及淀粉和部分化工行業(yè)的中、高濃度有機(jī)廢水處理，在無生物抑制現(xiàn)象發(fā)生的條件下，其有機(jī)物（COD）去除效率可達(dá)90%以上，再經(jīng)好氧等后繼處理后，水質(zhì)可以達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996中規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。第32頁/共39頁4、工程應(yīng)用實(shí)例（1）天津掛月集團(tuán)酒精廢液治理改造工程 該廠以玉米為原料生產(chǎn)酒精，糟液壓濾后COD為20000-30000mg/L，工廠原先以全混式發(fā)酵罐處理廢液，南開大學(xué)將其工藝改造為EGSB+接觸氧化，處理能力提高10倍，COD容積負(fù)荷達(dá)到29kg/m3d，廢水達(dá)標(biāo)排放

18、。第33頁/共39頁（2）山東潔晶集團(tuán)日照化工二廠廢水處理工程 該廠以海帶為原料提取海藻酸鈉和甘露醇，各種生產(chǎn)廢水混合后COD為5000-7000mg/L，SS高達(dá)9000mg/L，采用EGSB+接觸氧化生物處理工藝，調(diào)試兩個(gè)月后廢水達(dá)標(biāo)排放。第34頁/共39頁（3）天津?qū)幒犹熳鹁茦I(yè)集團(tuán)酒精廢水處理工程廢水量：1000m3/d玉米酒精糟液容積負(fù)荷15kg/m3d以上，厭氧處理后，COD濃度由30000mg/L一步降到1200mg/L以下。（4）山東沂源釀酒總廠酒精廢液治理工程以薯干為原料生產(chǎn)酒精，酒精原糟液COD為40000-50000mg/L，經(jīng)二級(jí)EGSB+好氧生物處理（接觸氧化或SBR）后，出水達(dá)標(biāo)排放。第35頁/共39頁（5）廣東省湛江市南方酒精工業(yè)公司木薯酒