IC反應器的設計

-.zIC反響器設計參考loser設計說明IC反響器，即循環(huán)厭氧反響器，相似由2層UASB反響器串聯(lián)而成。其由上下兩個反響室組成。在處理高濃度有機廢水時，其進水負荷可提高至35～50kgCOD/(m3·d)。與UASB反響器相比，在獲得一樣處理速率的條件下，IC反響器具有更高的進水容積負荷率和污泥負荷率，IC反響器的平均升流速度可達處理同類廢水UASB反響器的20倍左右。設計參數(shù)參數(shù)選取設計參數(shù)選取如下：第一反響室的容積負荷NV1＝35kgCOD/(m3·d)，：第二反響室的容積負荷NV2＝12kgCOD/(m3·d)；污泥產(chǎn)率0.03kgMLSS/kgCOD；產(chǎn)氣率0.35m3/kgCOD設計水質設計參數(shù)CODcrBOD5SS進水水質/(mg/L)120006000890去除率/%858030出水水質/(mg/L計水量Q＝3000m3/d＝125m3/h=0.035m3/s反響器所需容積及主要尺寸確實定〔見附圖6-4〕有效容積本設計采用進水負荷率法，按中溫消化〔35～37℃〕、污泥為顆粒污泥等情況進展計算。V＝式中V－反響器有效容積，m3；Q－廢水的設計流量，m3/d；本設計流量日變化系數(shù)取Kd=1.2,Q=3600m3/dNv－容積負荷率，kgCOD/〔m3·d〕；C0－進水COD濃度，kg/m3；mg/L=10-3kg/m3，設計取24.074kg/m3Ce－出水COD濃度，kg/m3。設計取3.611kg/m3本設計采用IC反響器處理高濃度廢水，而IC反響器部第一反響室和第二反響室由于部流態(tài)及處理效率的不同，這里涉及一，二反響室的容積。據(jù)相關資料介紹，IC反響器的第一反響室〔相當于EGSB〕去除總COD的80％左右，第二反響室去除總COD的20％左右。第一反響室的有效容積V1＝＝＝700m3第二反響室的有效容積V1＝＝＝510m3IC反響器的總有效容積為V＝700＋510＝1210m3，這里取1250m3IC反響器幾何尺寸小型IC反響器的高徑比〔H/D〕一般為4～8，高度在15～20m,而大型IC反響器高度在20～25m,因此高徑比相對較小，本設計的IC反響器的高徑比為2.5.H=2.5/DV＝A×H＝＝則D＝=＝8.2m，取9m，體積V利用高徑比推直徑D，再由D反推IC高度?！策@部可以直接求得底面積〕H＝2.5×9＝22.5m，取23m。每個IC反響器總容積負荷率：NV＝＝＝24.5[kgCOD/(m3·d)]IC反響器的底面積A＝＝＝63.6m2，則第二反響室高H2＝＝＝8m.第一反響室的高度H1＝H－H2＝23－8＝15mIC反響器的循環(huán)量進水在反響器中的總停留時間為tHRT＝＝＝10h設第二反響室液體升流速度為4m/h〔IC反響器里第二反響室的上升流速一般為2～10m/h〕，則需要循環(huán)泵的循環(huán)量為256m3/h。(可能為V×A=254.4m3/h)第一反響室液體升流速度一般為10～20m/h，主要由厭氧反響產(chǎn)生的氣流推動的液流循環(huán)所帶動。第一反響室產(chǎn)生的沼氣量為Q沼氣＝Q〔C0－Ce〕×0.8×0.35式中廢水量Q=3000m3/d,C0和Ce分別為進出水COD濃度，0.8為第一反響室的效率，0.35為每千克去除的COD轉化為0.35m3的沼氣。則第一反響室沼氣量為：3000×〔12－1.8〕×0.8×0.35＝8568m3/d每立方米沼氣上升時攜帶1～2m3左右的廢水上升至反響器頂部，頂部氣水別離后，廢水從中心管回流至反響器底部，與進水混合后。由于產(chǎn)氣量為8568m3/d，則回流廢水量為8568～17136m3/d，即357～714m3/h，加上IC反響器廢水循環(huán)泵循環(huán)量256m3/h，則在第一反響室中總的上升水量到達了613～970m3/h，〔V流速=Q/A〕上流速度可達9.68～15.25m/h，IC反響器第一反響室上升流速一般為10～20m/h〕,可見IC反響器設計符合要求。IC反響器第一反響室的氣液固別離不同于UASB反響器頂部的三項別離系統(tǒng)，IC第一反響室的頂部功能主要為氣體收集和固液兩相別離。較高的上升流速的廢水流至第一反響室頂部，大局部液體和顆粒污泥隨氣體流入氣室上升IC反響器頂部的氣液固別離器，局部液體和固體流入三相別離器,顆粒污泥在別離器上部靜態(tài)區(qū)沉淀，廢水從上部隔板流入第二反響室。圖6-4為第一反響室頂部氣液固別離器流態(tài)示意。IC反響器第一反響室的氣液固別離設計第一反響室三相別離器的氣液固三相別離是IC最重要組成局部，是IC反響器最有特點的裝置，它對該種反響器的高效率起了十分重要的作用。其設計直接影響氣液固三項別離及部循環(huán)效果。高效的三項別離器應具備以下幾個功能：氣液固混合液中氣體不得進入沉淀區(qū)，即流體〔污泥與水混合物〕進入沉淀區(qū)之前，氣體必須進展有效地別離去除，防止氣體在沉淀區(qū)干擾固，液的別離；沉淀區(qū)液流穩(wěn)定，使其具備良好的固液別離效果；沉淀別離的局部固體〔污泥〕能迅速通過斜板返回到反響器，以維持反響器很高的污泥濃度和較長的泥齡；防止上浮污泥洗出，提高出水凈化效果。為了到達上述要求，進展了許多研究開發(fā)。IC反響器有上.下兩個三相別離器，第一反響室三相別離器嚴格意義上講是不別離三相物質，不別離氣體，僅別離液固體。IC反響器的第二反響器流態(tài)與UASB極為相似。一反響室的氣液固別離器構造設計。第一反響室氣液固三相別離器通過擋板將氣液固收集，氣體和顆粒污泥受擋板的導流通過集氣罩進入上升導流管，其中顆粒污泥受強大水流的作用〔在上升管中流速大于0.5m/s〕和氣液一起流入反響器頂部的氣液〔固〕別離器。局部液體〔含少量顆粒污泥〕通過上下導流板進入別離器上部的沉淀區(qū)，在該區(qū)域所受水流影響較小，顆粒沉降從回流縫回到反響區(qū)域，廢水則進入第二反響室處理。圖6-5為第一反響室三相別離器設計示意圖。圖6-6為第一反響室三相別離器俯視圖。IC反響器第一反響室的氣液固別離幾何尺寸沉淀區(qū)設計三相別離器沉淀區(qū)固液別離是靠重力沉淀到達的，其設計的方法與普通二沉池設計相似，主要考慮沉淀面積和水深兩相因素。一般情況下沉淀區(qū)的沉淀面積即為反響器的水平面積；沉淀區(qū)的外表負荷率的大小與需要去除的污泥顆粒重力沉降速度vs數(shù)值相等，但方向相反。據(jù)報道，顆粒污泥沉降速度一般在100m/h以上，沉降速度<20m/h的顆粒污泥認為沉降性能較差，沉降速度>50m/h的顆粒污泥被認為沉降性能良好。顆粒在水中的沉降速度常用Stokes公式計算。顆粒污泥沉降性能的好壞主要取決于顆粒的有效直徑和密度。處于自由沉降狀態(tài)的污泥的自由沉降速度可用公式〔6-2〕計算。根據(jù)Stokes：vs＝＝式中－－顆粒污泥沉降速度，cm/s或36m/h－－顆粒污泥密度，g/cm3－－清水密度，g/cm3－－顆粒直徑。cm－－重力加速度，981cm/s2－－水的粘滯系數(shù)，g/(cm.s)－－水的運動粘滯系數(shù)，cm2/s－－水溫，℃上式可求出不同粒徑顆粒污泥在清水中的自由沉降速度，并以它近似地代表顆粒污泥的實際自由沉降速度。設溫度為35℃，則水的運動粘滯系數(shù)為：==0.0071(cm2/s)IC反響器由于升流速度較大，細小顆粒容易被沖刷而使反響器細小顆粒的比例減小，因此顆粒污泥的粒徑較粗。平均直徑在1.0～2.0mm,最大顆粒直徑為3.14～3.57mm；顆粒密度為1.04～1.06g/cm3。清水密度近似取1g/cm3,則=0.0071g/(cm·s)；顆粒污泥密度取1.05g/cm3，一般IC反響器中顆粒直徑大于0.1cm,算得沉降速度vs:vs＝=三相別離器單元構造構造示意圖見圖6-7。三相別離器中物質流態(tài)示意圖見圖6-8，圖中v1為上升液流流速，vs為氣泡上升速度。計算B-B‘間的負荷可以確定相鄰兩上擋板間的距離。三相別離器平面上共有10個氣固液別離單元，中部被集氣罩分隔〔如圖6-5，圖6-6所示〕。B-B‘間水流上升速度一般小于20m/h(1.0mm直徑的顆粒污泥沉降速度在100m/h以上)，則B-B‘間總面積S為：S＝＝＝12.7m2式中Q為IC反響器循環(huán)泵的流量。S=,則=0.45m,即相鄰兩上擋板間的間距為450mm。兩相鄰下?lián)醢彘g的間距b2＝200mm；上下?lián)醢彘g回流縫b3＝150mm，板間縫隙液流速度為30m/h；氣封與下?lián)醢彘g的距離b4＝100mm；兩下?lián)醢彘g距離〔C－C‘〕b5＝400mm，板間液流速度大于25m/h。沉淀區(qū)斜壁角度與別離器高度設計三相別離器沉淀區(qū)斜壁傾斜角度選50o〔一般45o～60o之間〕，上擋板三角頂與集氣罩相距300mm。設計IC反響器=0.85m,=0.7m。氣液別離的設計欲到達較好的氣液別離效果，氣罩需與下?lián)醢逵幸欢ǖ闹丿B。重疊的水平距離〔C的投影〕越大，氣體別離效果越好，去除氣泡的直徑越小，對沉淀區(qū)固液別離的效果影響越小。所以重疊量的大小是決定氣液別離效果好壞的關鍵所在，重疊量一般為10～20cm。根據(jù)以上計算，上下三角形集氣罩在反響器的位置已經(jīng)確定。對已確定的三相別離器的構造進展氣，液別離條件的校核。如圖6-8所示，當混合液上升至A點后，氣泡隨液體以速度v1沿斜面上升，同時，氣泡受浮力的作用有垂直上升的速度vg,所以氣泡將沿著v1和vg合成速度v合的方向運動。要使氣泡不隨回流縫液體流向沉淀區(qū)，vg+v1的合成速度〔v合〕必須大于回流縫中液體流速v回流〔30m/h〕。圖6-9是氣泡在下?lián)醢暹吘壛鲬B(tài)示意圖。氣泡上升流速v1的大小與其直徑.大小.水溫液體和氣體的密度.液體的粘滯系數(shù)等因素有關。當氣泡直徑很小〔d<0.1mm〕時圍繞氣泡的水流呈層流狀態(tài)，Re<1,這時氣泡上升速度用Stokes公式計算：式中－－氣泡直徑，cm取0.01cm；－－液體密度，g/cm3，取1.02g/cm3；－－沼氣密度，g/cm3，取1.2×10-3g/cm3－－廢水動力粘滯系數(shù)，g/(cm·s)[廢水的一般比凈水大，這里取2×10-2g/(cm·s)]－－碰撞系數(shù)，取0.95－－重力加速度，cm/s2(取981cm/s2)所以，則合速度的計算量為：可見合速度大于回流縫的回流速度，保證氣相不進入沉淀區(qū)。反響器頂部氣液別離器的設計IC頂部氣液別離器的目的是別離氣和固液由于采用切線流狀態(tài)，上局部離器中氣和固液別離較容易，這里設計直徑為3m的氣液別離器，筒體高2m，下錐底角度65°，上頂高500mm。IC反響器進水配水系統(tǒng)的設計設計說明布水區(qū)位于反響器的下端，其根本功能：一是將待處理的廢水均勻地分布在反響區(qū)的橫斷面上，因為生產(chǎn)裝置的橫斷面往往很大，均勻布水的難度高，需設置復雜的進水分布系統(tǒng)；二是水力攪拌，因為進入水流的動能會使進水孔口周圍產(chǎn)生縱向環(huán)流，有助于廢水中污染物與顆粒污泥的接觸，從而提高反響速率，同時也有利于顆粒污泥上粘附的微小氣泡脫離，防止其上浮。為實現(xiàn)這兩個功能，設計時應滿足以下原則。1.確保各單位面積的進水量根本一樣，以防短路或外表符合不均勻等現(xiàn)象的發(fā)生。實踐證明，只有當負荷過低或配水系統(tǒng)不合理時會發(fā)生溝流。2.盡可能滿足水力攪拌需要，促使水中污染物與污泥迅速混合。3.易于觀察到進水管的堵塞，一旦發(fā)生堵塞，便于疏通。4.IC反響器進水管上設置調節(jié)閥和流量計，以均衡流量。布水方式采用切線進水的布水方式，布水器具有開閉功能，即泵循環(huán)時開口出水，停頓運行時自動封閉。本工程擬每2～5m2設置一布水點，出口水流速度2～5m/s。擬設24個布水點，每個負荷面積為Si＝＝2.65m2。配水系統(tǒng)形式本工程采用無堵塞式進水分配系統(tǒng)〔見附圖6-10〕。為了配水均勻一般采用對稱布置，各支管出水口向著池底，出水口池底約20cm，位于效勞面積的中心點。管口對準池底反射錐體，使射流向四周均勻散布于池底，出水口支管直徑約20mm，每個出水口的效勞面積為2～4m2。此種配水系統(tǒng)的特點是比擬簡單，只要施工安裝正確，配水可根本到達均勻分布的要求。單點配水面積Si＝2.65m2時，配水半徑r＝0.92m。取進水總管中流速為1.6m/s，則進水總管管徑為：D＝＝2×＝0.166m＝166mm配水口8個，配水口出水流速選為2.5m/s，則配水管管徑d＝＝＝47mm出水系統(tǒng)設計出水系統(tǒng)的設計在IC反響器的設計中占有重要地位，因為出水是否均勻也將影響沉淀效果和出水水質。為保持出水均勻，沉淀區(qū)的出水系統(tǒng)通常采用出水渠。一般每個單元三相別離器沉淀區(qū)設一條出水渠，而出水渠每個一定距離設三角出水堰。一般出水渠前設擋板以防止漂浮物隨出水帶出，如果沉淀區(qū)水面漂浮物很少，有時也可不設擋板。出水渠寬取0.3m，工程設計4條出水渠。設出水渠渠口附近流速為0.2m/s，則出水渠水深＝＝＝0.145m設計出水渠渠高位0.2m,這樣根本可保持出水均勻，出水渠出水直接進入A/O反響池進一步處理。排泥系統(tǒng)設計設計說明由于厭氧消化過程微生物的不斷增長和反響器懸浮固體的積累，反響器的污泥量會不斷增加。為維持IC反響器的污泥量近于恒定，運行中產(chǎn)生的剩余污泥必須定期排出反響器。一般認為UASB反響器排出剩余污泥的位置上反響器的1/2高度處，但大局部設計者推薦把排泥設備安裝在反響器底部，也有人在三相反響器下0.5m處設排泥管以排出污泥床上面局部的剩余絮體污泥，而不會把顆粒污泥帶走。IC反響器排泥系統(tǒng)必須同時考慮上.中.下不同位置設置排泥設備，具體布置還應考慮生產(chǎn)運行的具體情況。因為大型IC反響器一般不設污泥斗，而池底面積較大，考慮排泥均勻的需要必須進展多點排泥。據(jù)相關資料介紹建議每10m2設一排泥點。為簡化設計，在離兩級三相別離器下三角以下0.5m處設一排泥口，在反響器設防空管，口徑均為100mm。此外，在池壁全高上設置假設干〔4～6〕個取樣管，取反響器的污泥樣，以隨時掌握污泥在高度方向的濃度分布情況。并可據(jù)此計算出反響器的儲泥總量以確定是否需要排泥。IC反響器產(chǎn)泥量的計算根據(jù)經(jīng)歷數(shù)據(jù)，一般情況下每去除1kgCOD,可產(chǎn)生0.05～0.1kgVSS。這里取*=0.05KgVSS/KgCOD進展計算。設計流量3000m3/d,進水COD12000mg/L,出水為1800mg/L,則每天去除的COD量為：3000×〔12000-1800〕×10-3=30600(kg),則IC反響器的產(chǎn)泥量為30600×0.05=1530〔KgVSS/d〕,根據(jù)VSS/SS=0.8，則SS的產(chǎn)量為1530/0.8=1912.5(kg/d〕。IC反響器中第一反響室膨脹床污泥濃度較高，可達50～100gSS/L甚至更高，第二反響室污泥為20gSS/L,則IC反響器中污泥總量為：G＝100V1＋20V2＝100×700＋20×510＝80200〔kgSS〕因此，IC反響器的污泥齡為80200/1912.5＝42d沼氣的收集.儲存和利用產(chǎn)氣量計算本工程根據(jù)去除的COD量計算實際產(chǎn)氣量。式中V－－每降解1KgCOD產(chǎn)生的甲烷產(chǎn)量，取0.4m3CH4/KgCODQ－－廢水流量，m3/dC0,Ce－－進出水COD濃度，mg/L。則本工程中的CH4產(chǎn)量為：=9172.8(m3/d)由于沼氣中除含CH4外，還有CO2.H2S等其他微量氣體。這里取沼氣中的CH4含量p=70%,則沼氣產(chǎn)量V=9172.8/0.7=13104m3/d水封的設計水封是IC裝置外環(huán)境的屏障，一般設于反響器和沼氣柜之間，起調整和穩(wěn)定壓力作用。水封設計的關鍵參數(shù)是其高度，計算公式為；H=H1-H2=〔h1-h2〕-H2式中H－－水封有效高度，m；H1－－水封后面的阻力，m；h1－－氣室頂部到出水水面的高度，m；h2－－氣室高度，m。氣室高度〔h2〕的選擇應保證氣室出氣管在反響器運行中不被淹沒，能通常的將沼氣排出池體，防止浮渣堵塞。氣室水面常有浮渣層，在選擇h2時應留有浮渣層的高度，此外氣室還需設浮渣排放口，以便及時清理浮渣。綜上所述，h2取1.00m,h1=0.50m,H2=0.40m。所以，H=1.00+0.50-0.40=1.10m。水封罐的高度取為1.5m，直徑為1.0m,進氣管DN200一根，出氣管DN200一根，進水管DN50一根，并設液位計。儲氣柜的設計沼氣的產(chǎn)量和用量都不是恒定的，沼氣柜常采用前者。它是一種單級或多級濕式貯氣柜。貯氣柜直徑與高之比一般為1.5：1，浮動罩下的水室在有冰凍的地區(qū)應考慮防凍措施。本設計采用單擊濕式貯氣柜。貯氣柜的設計計算貯氣柜的容積V=13104÷24×3=1638(m3/d〕。取D/H=1.5：1。而式中D－－貯氣柜鐘罩直徑，mH－－貯氣柜高度，mV－－貯氣柜體積,m3所以H=10，D=15m。貯氣柜中的壓力為600mmH2O，由于沼氣中含有少量H2S，對設備有腐蝕作用，貯氣柜涂以一層防腐材料。另外，為了減少太陽照射氣體受熱引起的容積增加，貯氣柜外側涂反射性色彩，如銀灰色涂料。氣柜其他部件的設計a,考慮到剛開場近氣時，使氣柜不壓到管底，在水池底部安裝6個鋼筋混凝土支撐，長600mm,寬400mm.b.為了使氣柜能上下沉浮，設計中安裝6個導輪。c.為維持氣柜恒定壓力及平安起見，在鐘罩的封頭上安裝一根放空管。d.進出氣管比自動放空管高400mme.鐘罩外設置人梯，鐘罩上開一人孔。(4)加熱與保溫厭氧生物處理與溫度密切相關，因此應常將厭氧反響器加熱和保溫。廢水加熱時所需的熱量式中QH－－加熱廢水至操作溫度時的熱量，kJ/h；－－廢水相對密度，按1計；－－廢水比熱容，kJ/(kg·K)；－－反響器的溫度，℃；－－廢水加熱前的溫度，℃；－－廢水的流量，m3/h；－－熱效率，可取=0.85。本工程設計中，檸檬酸廢水的溫度〔約36℃〕與反響器的溫度〔35～37℃〕相當，所以可不設加熱裝置以節(jié)省費用。反響器保溫所需熱量計算式中QD－－反響器保溫所需熱量,kJ/hA－－反響器外外表積，m2K－－總傳熱系數(shù)，W/〔m2·K〕ta－－反響器周圍環(huán)境溫度，℃K值可按下式計算：式中－－反響器壁的對流傳熱系數(shù)，W/(m2·K)－－反響器外壁的對流傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，－－反響器壁和保溫層的厚度，m，－－反響器壁與保溫材料的熱導率見表6-7，W/(m·K)?！?.85，≈2000～4000W/(m2·K)，=20W/(m2·K)。加熱和保溫所需的總熱量：Q=QH+QD本工程設計中，Q=QD。反響器壁為鋼構造，保溫層采用軟木；反響器壁厚200mm,保溫層厚150mm,則K=0.30反響器外外表積A=DH=3.14×9×23=649.98m2。反響器溫度取36℃，反響器周圍溫度按15℃計時，反響器保溫所需的熱量沼氣發(fā)電每立方米沼氣發(fā)電2kW·h,沼氣用于發(fā)電，電量為：W=9172.8m3/d×2kW·h/m3=18345.6(kW·h/d)選用兩臺1000kW發(fā)電機，一備一用。產(chǎn)生的電可以滿足廢水處理設施用電和局部廠區(qū)其他部門用電，每年有一百多萬元盈余，變廢為寶。IC反響器其他設計考慮在處理蛋白質或脂肪含量較高的工業(yè)廢水時，這些化合物會使沉淀區(qū)和集氣罩的液面形成一層很厚的浮渣層。當浮渣層厚度太大時會阻礙沼氣的順利釋放，或堵塞集氣室的排氣管，導致局部沼氣從沉淀區(qū)逸出，嚴重干擾了固液別離的效果。為了去除沉淀區(qū)液面和氣室液面形成的浮渣層，必須設置專門的去除設備或預防措施。在沉淀區(qū)液面形成的浮渣層可采用撇渣機或刮泥機去除，而在氣室形成的浮渣去除較為困難，可用定期進展循環(huán)水或沼氣反沖洗等方法減少或去除浮渣，必須設置沖洗管和循環(huán)水泵〔或氣泵〕。IC反響器各局部應采取相應的防腐措施，尤其是采用鋼板制造三相別離器時，必須嚴加防腐。由于H2S在空氣中氧化成H2SO4。溶解性CO2都會產(chǎn)生腐蝕，所以應對反響器上部的混凝土和鋼構造采取防腐措施。本工程處理的檸檬酸廢水由于硫酸鹽含量很高，更應加強防腐IC厭氧反響技術?后記?1

引言

廢水厭氧生物技術由于其巨大的處理能力和潛在的應用前景，一直是水處理技術研究的熱點。從傳統(tǒng)的厭氧接觸工藝開展到現(xiàn)今廣泛流行的UASB工藝，廢水厭氧處理技術已日趨成熟。隨著生產(chǎn)開展與資源、能耗、占地等因素間矛盾的進一步突出，現(xiàn)有的厭氧工藝又面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是如何處理生產(chǎn)開展帶來的大量高濃度有機廢水，使得研發(fā)技術經(jīng)濟更優(yōu)化的厭氧工藝非常必要[1]。循環(huán)厭氧處理技術〔以下簡稱IC厭氧技術〕就是在這一背景下產(chǎn)生的高效處理技術，它是20世紀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，目前已成功應用于土豆加工、啤酒、食品和檸檬酸等廢水處理中。實踐證明，該技術去除有機物的能力遠遠超過普通厭氧處理技術〔如UASB〕，而且IC反響器容積小、投資少、占地省、運行穩(wěn)定，是一種值得推廣的高效厭氧處理技術。2

現(xiàn)有厭氧處理技術的局限性

厭氧處理是廢水生物處理技術的一種方法，要提高厭氧處理速率和效率，除了要提供應微生物一個良好的生長環(huán)境外，保持反響器高的污泥濃度和良好的傳質效果也是2個關鍵性舉措。

以厭氧接觸工藝為代表的第1代厭氧反響器，污泥停留時間〔SRT〕和水力停留時間〔HRT〕大體一樣，反響器污泥濃度較低，處理效果差。為了到達較好的處理效果，廢水在反響器通常要停留幾天到幾十天之久。

以UASB工藝為代表的第2代厭氧反響器，依靠顆粒污泥的形成和三相別離器的作用，使污泥在反響器中滯留，實現(xiàn)了SRT>HRT，從而提高了反響器污泥濃度，但是反響器的傳質過程并不理想。要改善傳質效果，最有效的方法就是提高外表水力負荷和外表產(chǎn)氣負荷。然而高負荷產(chǎn)生的劇烈攪動又會使反響器污泥處于完全膨脹狀態(tài)，使原本SRT>HRT向SRT=HRT方向轉變，污泥過量流失，處理效果變差。3

IC反響器工作原理及技術優(yōu)點3.1IC反響器工作原理

IC反響器根本構造如圖1所示，它相似由2層UASB反響器串聯(lián)而成。按功能劃分，反響器由下而上共分為5個區(qū)：混合區(qū)、第1厭氧區(qū)、第2厭氧區(qū)、沉淀區(qū)和氣液別離區(qū)。

混合區(qū)：反響器底部進水、顆粒污泥和氣液別離區(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入該區(qū)，在高濃度污泥作用下，大局部有機物轉化為沼氣?；旌弦荷仙骱驼託獾膭×覕_動使該反響區(qū)污泥呈膨脹和流化狀態(tài)，加強了泥水外表接觸，污泥由此而保持著高的活性。隨著沼氣產(chǎn)量的增多，一局部泥水混合物被沼氣提升至頂部的氣液別離區(qū)。

氣液別離區(qū)：被提升的混合物中的沼氣在此與泥水別離并導出處理系統(tǒng)，泥水混合物則沿著回流管返回到最下端的混合區(qū)，與反響器底部的污泥和進水充分混合，實現(xiàn)了混合液的部循環(huán)。

第2厭氧區(qū)：經(jīng)第1厭氧區(qū)處理后的廢水，除一局部被沼氣提升外，其余的都通過三相別離器進入第2厭氧區(qū)。該區(qū)污泥濃度較低，且廢水局部有機物已在第1厭氧區(qū)被降解，因此沼氣產(chǎn)生量較少。沼氣通過沼氣管導入氣液別離區(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)進展固液別離，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反響器工作原理中可見，反響器通過2層三相別離器來實現(xiàn)SRT>HRT，獲得高污泥濃度；通過大量沼氣和循環(huán)的劇烈擾動，使泥水充分接觸，獲得良好的傳質效果。3.2

IC工藝技術優(yōu)點

IC反響器的構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響器更具有優(yōu)勢。

〔1〕容積負荷高：IC反響器污泥濃度高，微生物量大，且存在循環(huán)，傳質效果好，進水有機負荷可超過普通厭氧反響器的3倍以上。

〔2〕節(jié)省投資和占地面積：IC反響器容積負荷率高出普通UASB反響器3倍左右，其體積相當于普通反響器的1/4～1/3左右，大大降低了反響器的基建投資。而且IC反響器高徑比很大〔一般為4～8〕，所以占地面積特別省，非常適合用地緊的工礦企業(yè)。

〔3〕抗沖擊負荷能力強：處理低濃度廢水〔COD=2000～3000mg/L〕時，反響器循環(huán)流量可達進水量的2～3倍；處理高濃度廢水〔COD=10000～15000mg/L〕時，循環(huán)流量可達進水量的10～20倍。大量的循環(huán)水和進水充分混合，使原水中的有害物質得到充分稀釋，大大降低了毒物對厭氧消化過程的影響。

〔4〕抗低溫能力強：溫度對厭氧消化的影響主要是對消化速率的影響。IC反響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重。通常IC反響器厭氧消化可在常溫條件〔20～25℃〕下進展，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：循環(huán)流量相當于第1厭氧區(qū)的出水回流，可利用COD轉化的堿度，對pH起緩沖作用，使反響器pH保持最正確狀態(tài)，同時還可減少進水的投堿量。

〔6〕部自動循環(huán)，不必外加動力：普通厭氧反響器的回流是通過外部加壓實現(xiàn)的，而IC反響器以自身產(chǎn)生的沼氣作為提升的動力來實現(xiàn)混合液循環(huán)，不必設泵強制循環(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，可以補償厭氧過程中Ks高產(chǎn)生的不利影響。VanLier在1994年證明，反響器分級會降低出水VFA濃度，延長生物停留時間，使反響進展穩(wěn)定。

〔8〕啟動周期短：IC反響器污泥活性高，生物增殖快，為反響器快速啟動提供有利條件。IC反響器啟動周期一般為1～2個月，而普通UASB啟動周期長達4～6個月。

〔9〕沼氣利用價值高：反響器產(chǎn)生的生物氣純度高，CH4為70％～80％，CO2為20％～30％，其它有機物為1％～5％，可作為燃料加以利用。4

IC處理技術應用現(xiàn)狀及開展前景

IC處理技術從問世以來已成功應用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、檸檬酸和造紙等廢水處理中。1985年荷蘭首次應用IC反響器處理土豆加工廢水，容積負荷〔以COD計〕高達35～50kg/(m3·d)，停留時間4～6h；而處理同類廢水的UASB反響器容積負荷僅有10～15kg/(m3·d)，停留時間長達十幾到幾十個小時。

在啤酒廢水處理工藝中，IC技術應用得較多，目前我國已有3家啤酒廠引進了此工藝。從運行結果看，IC工藝容積負荷〔以COD計〕可達15～30kg/(m3·d)，停留時間2～4.2h，COD去除率ηCOD>75％；而UASB反響器容積負荷僅有4～7kg/(m3·d)，停留時間近10h。

對于處理高濃度和高鹽度的有機廢水，IC反響器也有成功的經(jīng)歷。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反響器，容積負荷〔以COD計〕達31kg/(m3·d)，ηCOD>80％，平均停留時間僅6.1h。

我國羅氏中亞檸檬的IC厭氧處理系統(tǒng)自1998年12月運行以來一直都很穩(wěn)定，進水COD一般在8000mg/L以上，pH5.0左右，容積負荷〔以COD計〕可達30kg/(m3·d)，出水COD根本在2000mg/L以下，且每千克COD產(chǎn)沼氣0.42m3[10]。1996年IC反響器首次應用于紙漿造紙行業(yè)，并迅速獲得客戶歡送，至今全世界造紙行業(yè)已建造IC反響器23個。

表1列出了IC反響器和UASB反響器處理典型廢水的對照結果，從表中數(shù)據(jù)可以看出，IC反響器在很大程度上解決了UASB的缺乏，大大提高了反響器單位容積的處理容量。表1

IC反響器與UASB反響器處理一樣廢水的比照結果[1]比照指標反響器類型ICUASB啤酒廢水土豆加工廢水啤酒廢水土豆加工廢水反響器體積〔m3〕6×16210014002×1700反響器高度〔m〕20156.45.5水力停留時間〔h〕2.14.0630容積負荷kg/(m3·d)24486.810進水COD〔mg/L〕20006000～8000170012000ηCOD〔％〕80858095

隨著生產(chǎn)的開展，經(jīng)濟高效、節(jié)能省地的厭氧反響器越來越受到水處理工作者的青睞。IC反響器的一系列技術優(yōu)點及其工程成功實踐，是現(xiàn)代厭氧反響器的一個突破，值得進一步研究開發(fā)。而且由于反響器容積小，生產(chǎn)、運輸、安裝和維修都十分方便，產(chǎn)業(yè)化前景也很樂觀。5

IC反響器存在的幾個問題

COD容積負荷大幅度提高，使IC反響器具備很高的處理容量，同時也帶來了不少新的問題：

〔1〕從構造上看，IC反響器部構造比普通厭氧反響器復雜，設計施工要求高。反響器高徑比大，一方面增加了進水泵的動力消耗，提高了運行費用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中細微顆粒物比UASB多，加重了后續(xù)處理的負擔。另外循環(huán)中泥水混合液的上升還易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，使循環(huán)癱瘓，處理效果變差。

〔2〕發(fā)酵細菌通過胞外酶作用將不溶性有機物水解成可溶性有機物，再將可溶性的大分子有機物轉化成脂肪酸和醇類等，該類細菌水解過程相當緩慢[13]。IC反響器較短的水力停留時間勢必影響不溶性有機物的去除效果。

〔3〕在厭氧反響中，有機負荷、產(chǎn)氣量和處理程度三者之間存在著密切的聯(lián)系和平衡關系。一般較高的有機負荷可獲得較大的產(chǎn)氣量，但處理程度會降低[13]。因此，IC反響器的總體去除效率相比UASB反響器來講要低些。

〔4〕缺乏在IC反響器水力條件下培養(yǎng)活性和沉降性能良好的顆粒污泥關鍵技術。目前國引進的IC反響器均采用荷蘭進口的顆粒污泥接種[2]，增加了工程造價。

上述問題有待在對IC厭氧處理技術部規(guī)律進展更深入探討的根底上，結合工程實踐加以克制，使這一新技術更加完善。厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)考前須知首先要有接種污泥，如果是已經(jīng)顆粒污泥，只需培養(yǎng)馴化一下就可以了；如果采用活性污泥的話就比擬麻煩。必須注意以下幾點：1營養(yǎng)元素和微量元素在當廢水中N、P等營養(yǎng)元素缺乏時，不易于形成顆粒，對于已經(jīng)形成的顆粒污泥會發(fā)生細胞自溶，導致顆粒破碎，因此要適當加以補充。N源缺乏時，可添加氮肥、含氮量高的糞便、氨基酸渣及剩余活性污泥等；P源缺乏時，可適當投加磷肥。鐵、鎳、鈷和錳等微量元素是產(chǎn)甲烷輔酶重要的組成局部，適量補充可以增加所有種群單位質量微生物中活細胞的濃度以及它們的酶活性。2選擇壓通常將水力負荷率和產(chǎn)氣負荷率兩者作用的總和稱為系統(tǒng)的選擇壓。選擇壓對污泥床產(chǎn)生沿水流方向的攪拌作用和水力篩選作用，是UASB等一系列無載體厭氧反響器形成顆粒污泥的必要條件。高選擇壓條件下，水力篩選作用能將微小的顆粒污泥與絮體污泥分開，污泥床底聚集比擬大的顆粒污泥，而比重較小的絮體污泥則進入懸浮層區(qū)，或被淘汰出反響器。定向攪拌作用產(chǎn)生的剪切力使顆粒產(chǎn)生不規(guī)則的旋轉運動，有利于絲狀微生物的相互纏繞，為顆粒的形成創(chuàng)造一個外部條件。低選擇壓條件下，主要是分散微生物的生長，這將產(chǎn)生膨脹型污泥。當這些微生物不附著在固體支撐顆粒上生長時，形成沉降性能很差的松散絲狀纏繞構造。液體上升流速在2.5～3.0m/d之間，最有利于UASB反響器污泥的顆?；?。3有機負荷率和污泥負荷率可降解的有機物為微生物提供充足的碳源和能源，是微生物增長的物質根底。在微生物關鍵性的形成階段，應盡量防止進水的有機負荷率劇烈變化。實驗研究說明，由絮狀污泥作為種泥的初次啟動時，有機負荷率在0.2～0.4kgCOD/(kgVSS;d)和污泥負荷率在0.1～0.25kgCOD/(kgVSS;d)時，有利于顆粒污泥的形成。4堿度堿度對污泥顆?；挠绊懕憩F(xiàn)在兩方面：一是對顆?；M程的影響；二是對顆粒污泥活性的影響。后者主要表現(xiàn)在通過調節(jié)pH值(即通過堿度的緩沖作用使pH值變化較小)使得產(chǎn)甲烷菌呈不同的生長活性，前者主要表現(xiàn)在對污泥顆粒分布及顆?；俣鹊挠绊?。在一定的堿度圍，進水堿度高的反響器污泥顆?；俣瓤欤w粒污泥的產(chǎn)甲烷活性低；進水堿度低的反響器其污泥顆粒化速度慢，但顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性高。因此，在污泥顆?；^程中進水堿度可以適當偏高(這主要是因為此時產(chǎn)甲烷菌會受到嚴重抑制)以加速污泥的顆?；狗错懫骺焖賳?；而在顆?；^程根本完畢時，進水堿度應適當偏低以提高顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性。5接種污泥顆粒污泥形成的快慢很大程度上決定于接種污泥的數(shù)量和性質[1]。根據(jù)Lettinga的經(jīng)歷，中溫型UASB反響器的污泥接種量需稠密型污泥12～15kgVSS/m3或稀薄型污泥6kgVSS/m。高溫型UASB反響器最正確接種量在6～15kgVSS/m3。過低的接種污泥量會造成初始的污泥負荷過高，污泥量的迅速增長會使反響器各種群數(shù)量不平衡，降低運行的穩(wěn)定性，一旦控制不當便會造成反響器的酸化。較多的接種菌液可大大縮短啟動所需的時間，但過多的接種污泥量沒有必要。一般說來，用處理同樣性質廢水的厭氧反響器污泥