詳細(xì)信息
一、IC厭氧反應(yīng)器概述及適用范圍
IC厭氧反應(yīng)器是一種高效的多級(jí)內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，為第三代厭氧反應(yīng)器的代表類型（UASB為第二代厭氧反應(yīng)器的代表類型），與第二代厭氧反應(yīng)器相比，它具有占地少、有機(jī)負(fù)荷高、抗沖擊能力更強(qiáng)，性能更穩(wěn)定、操作管理更簡單。當(dāng)COD為10000-15000mg/1時(shí)的高濃度有機(jī)廢水；第二代UASB反應(yīng)器一般容積負(fù)荷為5-8kgCOD/m3；第三代AIC厭氧反應(yīng)器容積負(fù)荷率可達(dá)15-30kgCOD/m3。IC厭氧反應(yīng)器適用于有機(jī)高濃度廢水，如，玉米淀粉廢水、檸檬酸廢水、啤酒廢水、土豆加工廢水、酒精廢水。
二、特點(diǎn)：
1、具有很高的容積負(fù)荷率
IC厭氧反應(yīng)器由于存在著強(qiáng)大的內(nèi)循環(huán)、傳質(zhì)效果好、生物量大。其進(jìn)水負(fù)荷率遠(yuǎn)比普通的UASB反應(yīng)器高，一般可高出3倍左右。處理高濃度有機(jī)廢水，當(dāng)COD為10000-15000mg/1時(shí)，容積負(fù)荷率可達(dá)15-30kgCOD/m3。
2、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)
由于IC反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了自身的內(nèi)循環(huán)，循環(huán)量可達(dá)進(jìn)水的10-20倍。因?yàn)檠h(huán)水與進(jìn)水在反應(yīng)器底部充分混合，使反應(yīng)器底部的有機(jī)物濃度降低，從而提高了反應(yīng)器的耐沖擊負(fù)荷能力：同時(shí)大水量也使底部污泥得以膨脹，保證了廢水中的有機(jī)物與微生物的充分接觸反應(yīng)，提高了處理負(fù)荷。
3、出水穩(wěn)定性能好
因?yàn)镮C反應(yīng)器相當(dāng)上下兩個(gè)UASB反應(yīng)器的串聯(lián)運(yùn)行，下面一個(gè)反應(yīng)器具有很高的有機(jī)負(fù)荷率，起“粗”處理作用，上面一個(gè)反應(yīng)器的負(fù)荷低，起“精”處理作用，使出水水質(zhì)好且穩(wěn)定。
IC反應(yīng)器工作原理及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
3.1 IC反應(yīng)器工作原理
IC反應(yīng)器基本構(gòu)造如圖1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)。
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。
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?；旌弦荷仙骱驼託獾膭×覕_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。隨著沼氣產(chǎn)量的增多，一部分泥水混合物被沼氣提升至頂部的氣液分離區(qū)。
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。
沉淀區(qū)：第2厭氧區(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。
從IC反應(yīng)器工作原理中可見，反應(yīng)器通過2層三相分離器來實(shí)現(xiàn)SRT>HRT，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。
3.2 IC工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
IC反應(yīng)器的構(gòu)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應(yīng)器更具有優(yōu)勢。
（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，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1/4~1/3左右，大大降低了反應(yīng)器的基建投資[5]。而且IC反應(yīng)器高徑比很大（一般為4~8），所以占地面積特別省，非常適合用地緊張的工礦企業(yè)。
（3）抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)：處理低濃度廢水（COD=2000~3000mg/L）時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水量的2~3倍；處理高濃度廢水（COD=10000~15000mg/L）時(shí)，內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水量的10~20倍[5]。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)厭氧消化過程的影響。
（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（20~25 ℃）下進(jìn)行，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：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)力消耗。
（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[6]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1～2個(gè)月，而普通UASB啟動(dòng)周期長達(dá)4～6個(gè)月[7]。
（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70％～80％，CO2為20％～30％，其它有機(jī)物為1％～5％，可作為燃料加以利用[8]。
4 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。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)35～50kg/(m3·d)，停留時(shí)間4～6 h[9]；而處理同類廢水的UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷僅有10～15 kg/(m3·d)，停留時(shí)間長達(dá)十幾到幾十個(gè)小時(shí)[3]。
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)15～30 kg/(m3·d)，停留時(shí)間2～4.2 h，COD去除率ηCOD>75％[9]；而UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷僅有4～7 kg/(m3·d)，停留時(shí)間近10 h[3]。
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/(m3·d)，ηCOD>80％，平均停留時(shí)間僅6.1 h[9]。
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/(m3·d)，出水COD基本在2000mg/L以下，且每千克COD產(chǎn)沼氣0.42m3[10]。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)[11]。
表1列出了IC反應(yīng)器和UASB反應(yīng)器處理典型廢水的對(duì)照結(jié)果，從表中數(shù)據(jù)可以看出，IC反應(yīng)器在很大程度上解決了UASB的不足，大大提高了反應(yīng)器單位容積的處理容量。
表1 IC反應(yīng)器與UASB反應(yīng)器處理相同廢水的對(duì)比結(jié)果[1]
對(duì)比指標(biāo) | 反應(yīng)器類型 | |||
IC | UASB | |||
啤酒廢水 | 土豆加工廢水 | 啤酒廢水 | 土豆加工廢水 | |
反應(yīng)器體積（m3） | 6×162 | 100 | 1400 | 2×1700 |
反應(yīng)器高度（m） | 20 | 15 | 6.4 | 5.5 |
水力停留時(shí)間（h） | 2.1 | 4.0 | 6 | 30 |
容積負(fù)荷kg/(m3·d) | 24 | 48 | 6.8 | 10 |
進(jìn)水COD（mg/L） | 2000 | 6000～8000 | 1700 | 12000 |
ηCOD（％） | 80 | 85 | 80 | 95 |
隨著生產(chǎn)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)能省地的厭氧反應(yīng)器越來越受到水處理工作者的青睞。IC反應(yīng)器的一系列技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及其工程成功實(shí)踐，是現(xiàn)代厭氧反應(yīng)器的一個(gè)突破，值得進(jìn)一步研究開發(fā)。而且由于反應(yīng)器容積小，生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和維修都十分方便，產(chǎn)業(yè)化前景也很樂觀。