新型高效内循环_IC_厌氧反应器_吴静

新型高效内循环(IC)厌氧反应器吴静,陆正禹,胡纪萃,顾夏声(清华大学环境科学与工程系,北京100084)摘要:内循环厌氧反应器容积负荷高,占地面积少,在处理土豆加工废水时的容积负荷约为35～50kgCOD/(m3·d),处理啤酒废水时的容积负荷达到了15～30kgCOD/(m3·d),是一种值得推广的新技术。关键词:内循环厌氧反应器;高浓度有机废水;水力模型中图分类号:X703文献标识码:B文章编号:1000-4602(2001)01-0026-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(59378350)内循环(InternalCirculation,IC)厌氧反应器于20世纪80年代中期由荷兰PAQUES公司开发成功,并推入国际废水处理工程市场,可用于处理土豆加工、啤酒、食品、柠檬酸等废水。反应器高度约为16～25m,容积负荷为普通升流式厌氧污泥床(UASB)的4倍左右[1],占地少,是一种值得推广的新型反应器。1反应器的构造与特点IC厌氧反应器是在UASB反应器的基础上发展而来的,结构见图1。图1IC厌氧反应器示意图IC厌氧反应器和UASB反应器一样,能够形成高生物活性的厌氧颗粒污泥,但不同的是这种反应器内部还能够形成流体循环,其形成过程如下:进水由底部进入第一反应区与颗粒污泥混合,大部分有机物在此被降解,产生大量沼气,沼气被下层三相分离器收集,由于产气量大和液相上升流速较快,沼气、废水和污泥不能很好分离,形成了气、固、液混合流体。又由于气液分离器中的压力小于反应区压力,混合液体在沼气的夹带作用下进入气液分离器中,在此大部分沼气脱离混合液外排,混合流体的密度变大,在重力作用下通过回流管回到第一反应区的底部,与第一反应区的废水、颗粒污泥混合,从而实现了流体在反应器内部的循环。内循环使得第一反应区的液相上升流速大大增加,可以达到10～20m/h[2]。第二反应区的液相上升流速小于第一反应区,一般仅为2～10m/h[2]。这个区域除了继续进行生物反应之外,由于上升流速的降低,还充当第一反应区和沉淀区之间的缓冲段,对解决跑泥、确保沉淀后出水水质起着重要作用。IC厌氧反应器与UASB反应器相比具有以下优点:①有机负荷高。内循环提高了第一反应区的液相上升流速,强化了废水中有机物和颗粒污泥间的传质,使IC厌氧反应器的有机负荷远远高于普通UASB反应器。②抗冲击负荷能力强,运行稳定性好。内循环的形成使得IC厌氧反应器第一反应区的实际水量远大于进水水量,例如在处理与啤酒废·26·中国给水排水2001Vol.17CHINAWATER&WASTEWATERNo.1水浓度相当的废水时,循环流量可达进水流量的2～3倍;处理土豆加工废水时,循环流量可达10～20倍[2]。循环水稀释了进水,提高了反应器的抗冲击负荷能力和酸碱调节能力,加之有第二反应区继续处理,通常运行很稳定。③基建投资省,占地面积少。在处理相同废水时,IC厌氧反应器的容积负荷是普通UASB的4倍左右,故其所需的容积仅为UASB的1/4～1/3,节省了基建投资。加上IC厌氧反应器多采用高径比为4～8的瘦高型塔式外形[1],所以占地面积少,尤其适合用地紧张的企业。④节能。IC厌氧反应器的内循环是在沼气的提升作用下实现的,不需外加动力,节省了回流的能源。2水力模型IC厌氧反应器内部能够形成循环,并且水力混合剧烈,这一点与现有的气升式反应器(AirliftRe-actor)很相似。于是Pereboom等人于1994年在气升式反应器水力模型的基础上提出了IC厌氧反应器的水力模型,形式如下[3]:εgr=ULr1.35+0.24(ULr+Ugr)0.93(1)ULr=2ghD(εgr-εgd)-ΔHKT(1-εgr)2+ArAd2KB(1-εgd)20.5(2)式中εgr———升流管中的持气率,%hD———气—液扩散高度,mεgd———回流管中的持气率,%KT———顶部阻力损失系数KB———底部阻力损失系数Ar———升流管面积,m2Ad———回流管面积,m2ΔH———升流管与回流管间的液位差,mUgr———升流管中的表观气相上升速度,m/sULr———升流管中的表观液相上升速度,m/s式(1)是关于气升式反应器的著名经验公式,1976年由Hills得到。式(2)的原型式(3)是基于气升式反应器能量守恒提出的理论方程,这一方程也得到了广泛认可。ULr=2ghD(εgr-εgd)KT(1-εgr)2+ArAd2KB(1-εgd)20.5(3)3工程应用实例3.1处理土豆加工废水土豆加工废水是一种典型的高浓度有机废水,生产时主要产生高、低浓度两种废水,其中高浓度废水中含有氨基酸、蛋白质、糖类、酰胺类、钾盐和纤维素等多种化合物;低浓度废水主要是洗涤水。土豆加工废水具有COD含量高、可生化性强的特点,其水质