内循环_IC_厌氧反应器的发展与应用_虢清伟

收稿日期:2003-02-14作者简介:虢清伟(1975—),男,湖南农业大学硕士研究生。内循环(IC)厌氧反应器的发展与应用虢清伟,杨仁斌,吴根义(湖南农业大学环境科学与工程系,湖南长沙410128)摘要:主要介绍了IC反应器的特性和研究进展。IC反应器是UASB反应器的基础上发展起来的第三代厌氧生物反应器,它特有的内循环结构这一技术优势使其具有效率高、能耗低、投资少、占地省等优点。分析了IC反应器的缺陷,并展望了IC反应器的发展前景。关键词:废水处理;厌氧生物处理;颗粒污泥;IC反应器中图分类号:X703.3文献标识码:A文章编号:1006-947X(2004)01-0040-04内循环厌氧反应器(InternalCirculation,IC),是荷兰PAQUES于80年代中期在UASB反应器的基础上开发成功的第三代超高效厌氧反应器[1]。由于是一项重大的发明创造,技术拥有者作了严格的保密,直到1994年,才有相关研究的报道[2]。与以UASB为代表的第二代高效厌氧反应器相比,IC反应器在容积负荷、能耗、工程造价、占地面积等诸多方面,代表着当今世界上厌氧生物反应器的最高水平。进一步研究和开发IC反应器,推广其应用范围已成为当前厌氧废水处理的热点之一[3-5]。1IC反应器的基本构造和原理[6]1.1IC反应器的构造IC反应器由两个USAB反应器上下叠加串联构成,高度可达16m～25m,高径比一般为4-8,由5个基本部分组成:混合区、颗粒污泥膨胀床区、精处理区、内循环系统和出水区。其中内循环系统是IC工艺的核心部分,由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管等组成。1.2IC反应器的工作原理经过调节pH值和温度以及预酸化处理的生产废水首先进入反应器底部的混合区,并与来自泥水下降管的内循环泥水混合液充分混合后进入颗粒污泥膨胀床进行COD的生化降解,此处的COD容积负荷很高,大部分COD在此处被降解,产生大量沼气,沼气由一级三相分离器收集。由于沼气气泡形成过程中对液体所做的膨胀功产生了气体提升作用。使得沼气、污泥和水的混合物沿沼气提升管上升至反应器顶部的气液分离器,沼气在该处与泥水分离并被导出处理系统。泥水混合物则沿着泥水下降管进入反应器底部的混合区,并与进水充分混合后进入污泥膨胀床区,形成所谓的内循环。根据不同的进水COD负荷和反应器的不同构造,内循环流量可达进水流量的0.5-20倍[7]。经颗粒污泥膨胀床区处理后的污水除一部分参与内循环外,其余污水通过一级三相分离器后,进入精处理区的颗粒污泥床区进行剩余COD降解与产沼气过程,提高和保证了出水水质。由于大部分COD已被降解,所以精处理区的COD负荷较低,产气量也较小。该处产生的沼气由二级三相分离器收集,通过集气管进入气液分离器并被导出处理系统。精处理区处理后的废水经二级三相分离器作用后,上清液经出水区排走,颗粒污泥则返回精处理区污泥床。2IC反应器技术开发背景厌氧反应器的处理效率主要取决于反应器所能保有的微生物浓度及其生化反应速率,而传质条件对生化反应速率起着至关重要的作用[8]。依托适宜的营养及水力条件以及利用微生物的自固定化作用培养出的活性和沉降性能俱佳的颗粒污泥,再加上特有的三相分离器结构,UASB成功地使污泥停留时间(SRT)与水力停留时间(HRT)相分离,解决了反应器内生物量保持的问题。但UASB的传质过程并不理想,这对进一步提高有机负荷产生负面影响。由于污泥与有机物的传质过程主要依赖于进水与产气的搅动,因此强化传质过程最有效的方法就是提高表面水力负荷和表面产气负荷。但高负荷产生的剧烈搅拌会使UASB反应器中的污泥处于完全的膨胀状态,使原本SRT>HRT的反应器向SRT—40—云南环境科学第23卷第1期2004年3月DOI:10.13623/j.cnki.hkdk.2004.01.014=HRT的方向转变,导致污泥过度流失。为避免出现过高的水力负荷与产气负荷,UASB反应器常常将进水的上升流速控制在1-2m/h以内[9]。传质与微生物生物量保有之间的矛盾,成为UASB进一步提高有机负荷的根本制约因素。为解决这一问题,导致了以出水回流来提高反应器内水流的上升流速为主要特征的第三代厌氧反应器EGSB的出现。与普通EGSB反应器的显著差别在于,IC反应器巧妙地利用特有的内循环结构,利用沼气膨胀做功在无须外加能源的条件下实现了内循环污泥回流。3IC反应器的技术优势①实现了“高负荷与污泥流失相分离”[9]IC反应器由上、下两个反应室所组成。下反应室为高负荷区,水力负荷和产气负荷都很大。污泥的膨胀率最大可达100%。上反应室为“低负荷区”,水力负荷和产气负荷比下反应室小得多,有利于污泥的滞留,有SRT>HRT的特征,故上反应室结构与UASB相类似。此外,由于上反应室有