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厌氧反应器

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厌氧反应器

厌氧反应器
  • 品牌一贞
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详细描述

YZ-IC反应器是新一代高效厌氧反应器,相似由2层UASB反应器串联而成。废水在反应器中自下而上流动,污染物被细菌吸附并降解,净化过的水从反应器上部流出。

IC 反应器的构造特点是具有很大的高径比,一般可达 4 ~ 8,反应器的高度可达 16 ~ 25m。所以在外形上看,IC 反应器实际上是个厌氧生化反应塔。

进水通过泵由反应器底部进入第一反应室,与该室内的厌氧颗粒污泥均匀混合。废水中所含的大部分有机物在这里被转化成沼气,所产生的沼气被第一反应室的集气罩收集,沼气将沿着提升管上升。沼气上升的同时,把第一反应室的混合液提升至设在反应器顶部的气液分离器,被分离出的沼气由气液分离器顶部的沼气排出管排走。分离出的泥水混合液将沿着回流管回到第一反应室的底部,并与底部的颗粒污泥和进水充分混合,实现第一反应室混合液的内部循环。内循环的结果是,第一反应室不仅有很高的生物量、很长的污泥龄,并具有很大的升流速度,使该室内的颗粒污泥完全达到流化状态,有很高的传质速率,使生化反应速率提高,从而大大提高第一反应室的去除有机物能力。经过第一反应室处理过的废水,会自动地进入第二反应室继续处理。废水中的剩余有机物可被第二反应室内的厌氧颗粒污泥进一步降解,使废水得到更好的净化,提高出水水质。产生的沼气由第二反应室的集气罩收集,通过集气管进入气液分离器。第二反应室的泥水混合液进入沉淀区进行固液分离,处理过的上清液由出水管排走,沉淀下来的污泥可自动返回第二反应室。这样,废水就完成了在 IC 反应器内处理的全过程。

综上所述可以看出,IC 反应器实际上是由两个上下重叠的 UASB 反应器串联组成的。由下面第一个 UASB 反应器产生的沼气作为提升的内动力,使升流管与回流管的混合液产生密度差,实现下部混合液的内循环,使废水获得强化预处理。上面的第二个UASB 反应器对废水继续进行后处理(或称精处理),使出水达到预期的处理要求。


二、工作原理

IC相似由2层UASB反应器串联而成。按功能划分,反应器由下而上共分为5个区:混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀区和气液分离区。

混合区:反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效地在此区混合。

第1厌氧区:混合区形成的泥水混合物进入该区,在高浓度污泥作用下,大部分有机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和流化状态,加强了泥水表面接触,污泥由此而保持着高的活性。随着沼气产量的增多,一部分泥水混合物被沼气提升至顶部的气液分离区。

气液分离区:被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统,泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区,与反应器底部的污泥和进水充分混合,实现了混合液的内部循环。

第2厌氧区:经第1厌氧区处理后的废水,除一部分被沼气提升外,其余的都通过三相分离器进入第2厌氧区。该区污泥浓度较低,且废水中大部分有机物已在第1厌氧区被降解,因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区,对第2厌氧区的扰动很小,这为污泥的停留提供了有利条件。

沉淀区:第2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进行固液分离,上清液由出水管排走,沉淀的颗粒污泥返回第2厌氧区污泥床。

从IC反应器工作原理中可见,反应器通过2层三相分离器来实现HRT,获得高污泥浓度;通过大量沼气和内循环的剧烈扰动,使泥水充分接触,获得良好的传质效果。

三、构造

1、COD容积负荷的确定

下表归纳了国外生产装置和中试装置所推荐的COD容积负荷。这些数据对于主要含溶解性有机物的废水来水,是比较安全的,实际的中试和小试装置上达到的COD负荷远远高于此值。

2、三相分离器

三相分离器的设计目的是使沼气从混合液和上浮的污泥絮体或颗粒中分离出来,并使污泥尽可能很好地与水分离,返回反应区。

三相分离器同UASB中的,因此具体见UASB中三相分离器的设计。

3、配水系统

     为了尽可能减少污泥床内出现的沟流、断路等不利因素,涉及良好的配水系统显得尤其重要。均匀的布水和良好的混合将充分发挥IC反应器内颗粒污泥的性能,提高生化降解速率创造条件。反应器底部配水管的布置方式可以是多种多样的(详细见UASB中的布水方式)。

4、循环系统

IC反应器中的三相分离器、气液分离器和沼气提升管、泥水下降管构成了反应器的“心脏”和循环系统,两者协同作用使得该反应器在处理有机工业废水方面比其他反应器更有优势。一级三相分离器收集的沼气经由沼气提升管携带泥水倒入顶部的气液分离器,分离后的泥水再沿泥水下降管返回反应器底部,与底部进水充分混合。因此,沼气提升管的设计要考虑能够使所收集的沼气顺利导出,还要考虑由气体上升产生的气提作用能够带动泥水上升至顶部的气液分离器。这必然涉及到一级三相分离器的相对位置和沼气提升管管径的大小。泥水下降管必须保证不被下降的污泥堵塞,其管径可比沼气提升管管径粗一些,以利于泥水在重力作用下自然下降至反应器底部和进水混合。此外,顶部气液分离器要大小适当,以维持一定的液位从而保证稳定的内循环量。

5、高径比的控制

对于特定的废水,在一定的处理容量条件下高径比的不同将直接导致反应器内水流状况的不同,并通过传质速率最终影响生物降解速率,能否控制合适的高径比还将直接影响沉淀出水的效果。过高的反应器高度必使水泵动力消耗增加。国外的生产装置,高径比一般为4~8,反应器的直径和高度的关系主要通过选择适当的表面负荷(或水力停留时间来确定)。根据反应器的高度、容积、以及设计的表面负荷,便可以确定反应器的横截面积。

四、IC反应器优点

IC 反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧处理影响因素方面比其它反应器更具有优势。

(1)容积负荷高:IC反应器内污泥浓度高,微生物量大,且存在内循环,传质效果好,进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。

(2)节省投资和占地面积:IC 反应器容积负荷率高出普通UASB 反应器3倍左右,其体积相当于普通反应器的1/4—1/3 左右,大大降低了反应器的基建投资;而且IC反应器高径比很大(一般为4—8),所以占地面积少。

(3)抗冲击负荷能力强:处理低浓度废(COD=2000—3000mg/L)时,反应器内循环流量可达进水量的2—3 倍;处理高浓度(COD=10000—15000mg/L)时,内循环流量可达进水量的10—20倍。大量的循环水和进水充分混合,使原水中的有害物质得到充分稀释,大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。

(4)抗低温能力强:温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物,温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件(20—25 ℃)下进行,这样减少了消化保温的困难,节省了能量。

(5)具有缓冲pH值的能力:内循环流量相当于第1 厌氧区的出水回流,可利用COD转化的碱度,对pH值起缓冲作用,使反应器内pH值保持最佳状态,同时还可减少进水的投碱量。

(6)内部自动循环,不必外加动力:普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的,而IC 反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环,不必设泵强制循环,节省了动力消耗。

(7)出水稳定性好:利用二级UASB串联分级厌氧处理,可以补偿厌氧过程中K s高产生的不利影响。Van Lier[6]在1994年证明,反应器分级会降低出水VFA浓度,延长生物停留时间,使反应进行稳定。

(8)启动周期短:IC反应器内污泥活性高,生物增殖快,为反应器快速启动提供有利条件。IC反应器启动周期一般为1~2个月,而普通UASB启动周期长达4~6个月。

五、适应范围

IC厌氧反应器是一种高效的多级内循环反应器,为第三代厌氧反应器的代表类型(UASB为第二代厌氧反应器的代表类型),与第二代厌氧反应器相比,它具有占地少、有机负荷高、抗冲击能力更强,性能更稳定、操作管理更简单。当COD为10000-15000mg/1时的高浓度有机废水;第二代UASB反应器一般容积负荷为5-8kgCOD/m3;第三代IC厌氧反应器容积负荷率可达15-30kgCOD/m3。IC厌氧反应器适用于有机高浓度废水,如,玉米淀粉废水、柠檬酸废水、啤酒废水、土豆加工废水、酒精废水

5、设计

主要内容有:①根据水质特点、水量大小、去除率等选定池型,确定主要尺寸;②设计进水、配水和出水系统;③选定三相分离器的型式,沼气回收设备。

设计参数应通过试验确定,无条件试验时可参考经验参数进行设计。

可选设计:                                                                                                            

        1、剩余沼气燃烧器(对沼气排放有要求时需添加)

一般不允许将剩余沼气向空气中排放,以防污染大气。在确有剩余沼气无法利用时,可安装余气燃烧器将其烧掉。燃烧器应装在安全地区,并应在其前安装阀门和阻火器。剩余气体燃烧器和消化池盖、或贮气柜之间的距离,一般至少需要 15m,并应设置在容易监视的开阔地。

2、保温加热设备(北方地区使用需添加)

厌氧消化像其他生物处理工艺一样受温度影响很大,厌氧工艺受温度影响更加显著。中温厌氧消化的最优温度范围从 3035℃,可以计算在20℃和10℃的消化速率大约分别是30℃下最大值的35%和12%。所以,加温和保温的重要性是不言而喻的。如果工厂或附近有可利用的废热或者需要从出水中间收效量,则安装热交换器是必要的。

3、监控设备(对自控有要求需添加)

为提高厌氧反应器的运行可靠性,必须设置各种类型的计量设备和仪表,如控制进水量、投药量等计量设备和 pH (酸度计)、温度测量等自动化仪表。自动计量设备和仪表是自动控制的基础。对UASB反应器实行监控的目的主要有两个,一个是了解进出水的情况,以便观测进水是否满足工艺设计情况;另外一个目的是为了控制各工艺的运行,判断工艺运行是否正常。