廢水處理應用內循環(IC)厭氧反應器

廢水處理應用內循環(IC)厭氧反應器

內循環(IC)厭氧反應器是在上流式厭氧汙泥床(UASB)反應器基礎上發展起來的高效反應器。其依靠沼氣在升流管和回流管間產生的密度差在反應器內部形成流體循環。

  內循環提高了反應區的液相上升流速,加強了廢水中有機物和顆粒汙泥間的傳質,使得處理同類廢水時,該反應器的有機負荷達到UASB反應器的2~4倍。IC厭氧反應器具有高徑比大、上流速度快、有機負荷高、傳質效果好等優點,其去除有機物能力遠超過UASB等二代厭氧反應器[3],代表著當今廢水處理領域厭氧生物反應器的最高水平。當前,IC厭氧反應器被廣泛應用於各類工業廢水的處理,已經成為當今環保行業的研究熱點。

1IC厭氧反應器的基本原理及特點

1.1 IC厭氧反應器的基本原理

  IC厭氧反應器由兩個UASB反應器上下疊加串聯而成,其高度可達16~25m,高徑比一般為4~8,主要由5個部分組成:布水區、第一反應室、第二反應室、內循環係統和出水區,其中內循環係統是IC工藝的核心結構。IC厭氧反應器的結構示意圖如下。

  廢水首先進入反應器底部的混合區,並與來自回流管的內循環泥水混合液充分混合後進入第一反應室進行汙染物的生化降解,此處的COD容積負荷很高,大部分進水COD在此處被降解,並產生大量沼氣。沼氣由下層三相分離器收集,並沿著回流管上升。沼氣上升的同時把第一反應室的混合液提升至IC厭氧反應器頂部的氣液分離器,沼氣在此處與泥水分離並被導出反應器。泥水混合物則沿著回流管返回反應器底部,並與進水充分混合進入第一反應室,形成內循環。經過第一反應室處理過的汙水,會自動進入第二反應室繼續處理。產生的沼氣由第二反應室的集氣罩收集,通過提升管進入氣液分離器。第二反應室中的混合液在沉澱區進行固液分離,處理過的上清液由出水管排出,沉澱的汙泥可自動返回到第二反應室。

1.2 IC厭氧反應器的工藝特點

  IC厭氧反應器獨特的內循環係統,加強了廢水中有機物和顆粒汙泥間的傳質,從而大幅提高了反應器的COD容積負荷,IC厭氧反應器的有機負荷是普通UASB反應器的3倍左右,同時反應器在保證去除效果的條件下,能達到較低的水力停留時間。IC厭氧反應器實際上是一種特殊的氣提式反應器,其提升動力源自反應器中的自產沼氣,這樣反應器不必通過外力實現強製循環,節省了能耗。反應器中內循環係統的形成使得反應器內第一反應室的實際水量遠大於進口水量,內循環水稀釋了進水,提高了反應器的抗衝擊能力和酸堿調節能力。在處理相同的廢水時,IC厭氧反應器的容積負荷是普通UASB的4倍左右,因此其所需的體積僅為UASB的1/4~1/3,利於節省基建投資,而且IC厭氧反應器具有很大的高徑比,占地麵積非常小。

2IC厭氧反應器的啟動

  由於目前國內已建立了許多生產性UASB裝置,所以可以采用UASB反應器的顆粒汙泥作為IC厭氧反應器啟動時的接種汙泥。當采用UASB反應器的接種汙泥作為IC厭氧反應器的接種汙泥時,則從UASB反應器的顆粒汙泥演變為IC厭氧反應器的顆粒汙泥,一般需要1~2個月的啟動過程。丁麗麗等[4]采用UASB中的顆粒汙泥接種IC厭氧反應器處理人工合成廢水,反應器初次啟動在40天內完成。王克浩等采用自行設計的一套IC厭氧反應器裝置,接種啤酒廠生產廢水消化汙泥,采用人工配水對其進行啟動運行,曆時60天時間完成了反應器的啟動。IC厭氧反應器的啟動時間雖然比UASB要短,但要達到反應器內部的無動力內循環仍然需要較長的時間。現今,如何快速地啟動反應器成為了學者們研究的熱點。

3內循環反應器的工業應用

3.1 處理酒精廢水

  酒精是重要的化工原料,廣泛應用於化學工業、食品工業、日用化工、醫藥衛生等領域。隨著石油、煤炭等自然資源逐年減少,且不可再生,可替代能源的發展受到越來越多的關注。酒精燃料是一種可再生的清潔能源,已成為最佳替代能源之一。由此在生產酒精過程中產生的廢水也越來越多,傳統的厭氧工藝處理這類高濃度廢水效果不理想。中糧生化(北海)能源有限公司采用荷蘭帕克IC反應器處理木薯酒精廢液,每天處理廢水3000m3,進水COD在3萬~3.5萬mg/L,COD去除率達到90%。河南天冠燃料乙醇有限公司是一家燃料乙醇生產企業,引進了IC厭氧反應器,經過一段時間的調試,使容積負荷達到了12kgCOD/m3·d,COD的去除率達到了93%。

3.2 處理生物製藥廢水

  隨著生物製藥行業的不斷發展和壯大,生物製藥工業給環境帶來的壓力越來越突出,目前生物製藥工業是國家環境保護規劃重點治理的12個行業之一。生物製藥生產過程中產生大量廢水,且成分複雜,有機汙染物種類多、濃度高、色度深,處理難度大,尤其是有的製藥廢水還含有生物毒性物質,增加了生物製藥廢水的處理難度。皖北某公司將IC反應器用於抗生素廢水的處理中,取得了良好的效果,IC反應器對COD的平均去除率達到了78%,出水COD在2000mg/L以下,能滿足後續好氧和氣浮處理負荷的要求,從而確保了整個廢水處理係統出水的達標排放。

3.3 處理造紙廢水

  隨著社會的進步與發展,人們對紙張的需求日益增大,使得全世界造紙工業得到迅猛發展。但隨著紙張的產量和消費的增加,造紙工業用水量和廢水排放量也隨之增加。造紙工業廢水排放量大,汙染嚴重。造紙生產過程中,采用不同的原料或加工工藝生產的紙漿,其汙染物發生量懸殊,各種製漿廢水中會有多種對生物有害物質。在世界範圍內,造紙工業水汙染治理已經成為造紙行業乃至整個社會關注的熱點,也是造紙工業生存發展的關鍵。河南新密一家以廢舊紙板為原料生產瓦楞紙的造紙企業利用改進型IC厭氧反應器在常溫下處理造紙廢水,經過2個月的調試,反應器達到設計負荷12kgCOD/m3·d。進水COD在10,000mg/L左右,出水COD穩定在1400mg/L左右。

3.4 處理啤酒廢水

  啤酒廢水的高濃度部分來自糖化和發酵車間,其高濃度部分COD濃度為2000~4000mg/L。其低濃度部分的廢水量大,COD濃度僅為300~800mg/L。啤酒廢水的BOD/COD值在0.7左右,且不含明顯抑製厭氧微生物生長的物質,具有可生化性強等特點。

  全球已建成的IC厭氧反應器大部分用於處理啤酒廢水。目前我國已有多家啤酒廠應用了此工藝。IC厭氧反應器和UASB反應器處理啤酒廢水的對比情況見下表所示。由表可見,IC厭氧反應器處理啤酒廢水的COD容積負荷可達15~30kg/m3·d,水力停留時間為2~4.2h,去除率在75%以上,而處理啤酒廢水的UASB反應器的COD容積負荷一般僅為4~7kg/(m3·d)。

3.5 其他廢水的處理

  IC厭氧反應器逐漸被應用於各種廢水的處理,日照博源生化有限公司和山東檸檬生化有限公司都是采用荷蘭帕克的IC反應器處理檸檬酸廢水,進水COD在1萬mg/L左右,COD去除率達到85%以上。某化工廠采用IC厭氧反應器處理PTA廢水,廢水經過調節池調節後泵入2台體積為1680m3的IC厭氧反應器,PTA廢水TOC去除率達85%~95%。某印染廠應用IC厭氧反應器處理印染廢水,COD去除率可達到80%以上,色度去除率達到70%以上。

4結語

  綜上所述,IC厭氧反應器具有容積負荷率高、處理容量大、投資少、占地麵積小、啟動速度快、運行穩定等優點,並在酒精、製藥、啤酒、造紙、印染等工業廢水的處理中發揮了較高的去除效果,在工程技術上已經趨於成熟。但對於我國來說,目前對於IC厭氧反應器在廢水領域中應用的研究還不夠深入,仍有不少值得研究的地方。今後,應更加注重擴大IC厭氧反應器在廢水領域中的應用範圍,深入研究反應器動力模型的合理性和實用性,以及反應器的快速啟動及顆粒汙泥的培養技術等內容。


上一案例:過濾器客戶安裝完成現場

下一案例:流式厭氧汙泥床反應器(UASB)