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IC厭氧反應器

優(yōu)點

    IC 反應器的構(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器更具優(yōu)點。

    （1）容積負荷高：IC反應器內(nèi)污泥濃，微生物量大，且存在內(nèi)循環(huán)，傳質(zhì)效

好，進水機負荷可過普通厭氧反應器的3倍以上。

   （2）節(jié)省投資和占地面積：IC 反應器容積負荷率高出普通UASB 反應器3倍左右，其體積相當于普通反應器的1/4—1/3 左右，大大降低了反應器的基建投資；而且IC反應器高徑比很大（一般為4—8），所以占地面積少。

   （3）抗沖擊負荷能力強：處理低濃度廢水（COD=2000—3000mg/L）時，反應器內(nèi)循環(huán)流量可達進水量的2—3 倍；處理高濃度廢水（COD=10000—15000mg/L）時，內(nèi)循環(huán)流量可達進水量的10—20倍。大量的循環(huán)水和進水充分混合，使原水中的害物質(zhì)得到充分稀釋，大大降低了毒物對厭氧消化過程的影響。

   （4）抗低溫能力強：溫度對厭氧消化的影響主要是對消化速率的影響。IC反應器由于含大量的微生物，溫度對厭氧消化的影響變得不再突出和嚴重。通常IC反應器厭氧消化可在常溫條件（20—25 ℃）下進行，這樣減少了消化保溫的困難，節(jié)省了能量。

   （5）具緩沖pH值的能力：內(nèi)循環(huán)流量相當于1 厭氧區(qū)的出水回流，可利用COD轉(zhuǎn)化的堿度，對pH值起緩沖，使反應器內(nèi)pH值保持好的狀態(tài)，同時還可減少進水的投堿量。

   （6）內(nèi)部自動循環(huán)，不必外加動力：普通厭氧反應器的回流是通過外部加壓實現(xiàn)的，而IC 反應器以自身產(chǎn)生的沼作為提升的動力來實現(xiàn)混合液內(nèi)循環(huán)，不必設泵強制循環(huán)，節(jié)省了動力消耗。

   （7）性好：利用二級UASB串聯(lián)分級厭氧處理，可以補償厭氧過程中K s高產(chǎn)生的不利影響。Van Lier在1994年證明，反應器分級會降低出水VFA濃度，延長生物停留時間，使反應進行穩(wěn)定。

   （8）啟動周期短：IC反應器內(nèi)污泥活性高，生物增殖快，為反應器快速啟動提供利條件。IC反應器啟動周期一般為1～2個月，而普通UASB啟動周期長達4～6個月。

   （9）沼利用價值高：反應器產(chǎn)生的生物純，CH4為70%～80%，CO2為20%～30%，其它機物為1%～5%，可作為燃料加以利用 

    IC厭氧反應器水封罐主要由杯形罐體和進、出水口組成，其征在于 園底杯形罐的罐壁上部設相對的進、出水口，其進水口的水 平位置略高于出水口；進水口處裝活動式閥板，該閥板與進 水口的接觸面上設密封墊；下端為弧形的隔板從罐蓋的 扁孔垂直插入罐內(nèi)至下部。IC厭氧反應器的水封罐可以隔絕空，可以維持厭氧反應器的壓力，可以起阻火器的，還可以一定的沼凈化效果。 
    IC厭氧反應器水封罐工作原理如下：密閉罐中原油沉降分離后的含硫化氫天然通過水封罐管道進入水封罐的底部，通過底部篩管分散流后進入水域空間，含硫化氫天然從水域底部上升后聚集在水封罐的液體上部空間，當體不斷由液體中分離出來，在上部空間聚集形成一定壓力后，由水封罐部出口管線出燃燒。當發(fā)生回火時，水域成為含硫化氫天然流程的隔斷部分，能夠效的保護罐，同時天然通過水域空間時，一部分凝液被降溫分離，在水域上部形成凝析液層，減緩了阻火器的堵塞情況。隨著對的日益重視，在廢水末端處理方面也進行了大量的資金投入，如在造紙二部和板紙廢水厭氧處理技術的足以證明。廢水的厭氧處理技術以其低、、污泥易于處理等優(yōu)點在廢水處理中正發(fā)揮著越來越大的。

水解階段
    水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。
高分子機物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不可能為細菌直接利用。它們在*階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如：纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。水解過程通常較緩慢，因此被認為是含高分子機物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。多種因素如溫度、機物的組成、水解產(chǎn)物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。水解速度的可由以下動力學方程加以描述：ρ=ρo/(1+Kh.T)
ρ ——可降解的非溶解性底物濃度（g/L）
ρo———非溶解性底物的初始濃度（g/L）
Kh——水解常數(shù)（d^-1）
T——停留時間（d）
發(fā)酵或酸化階段
    發(fā)酵可定義為機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性機物被轉(zhuǎn)化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，因此這一過程也稱為酸化。
在這一階段，上述小分子的化合物發(fā)酵細菌（即酸化菌）的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。發(fā)酵細菌絕大多數(shù)是嚴格厭氧菌，但通常約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環(huán)境中，這些兼性厭氧菌能夠起到保護像甲烷菌這樣的嚴格厭氧菌免受氧的損害與抑制。這一階段的主要產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫、氨、硫化氫等，產(chǎn)物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細胞物質(zhì)，因此，未酸化廢水厭氧處理時產(chǎn)生更多的剩余污泥。
    在厭氧降解過程中，酸化細菌對酸的耐受力必須加以考慮。酸化過程pH下降到4時能可以進行。但是產(chǎn)甲烷過程pH值的范圍在6.5～7.5之間，因此pH值的下降將會減少甲烷的生成和氫的消耗，并進一步引起酸化末端產(chǎn)物組成的改變。

低濃度廢水反應速率的

    以生活污水為例，一般來說影響廢水厭氧反應速率的因素很多，包括反應溫度、廢水的毒性、原水基質(zhì)濃度、原水的PH值、傳質(zhì)效率、營養(yǎng)物質(zhì)的平衡、微量元素的催化等等。對于生活污水來說，影響比較大的因素反應溫度、原水的基質(zhì)濃度、傳質(zhì)效率以及微量元素的催化。因為生活污水的營養(yǎng)比和PH值被*為非常適合生物的生長的。在前面的敘述中，已經(jīng)提及了厭氧反應的前三個階段對于生活污水來說，很快就可以完成，尤其水解階段，不存在傳質(zhì)的限制，同時通常長距離的管網(wǎng)也給水解提供了足夠的時間。因此我們提出的厭氧處理低濃度廢水設計思想中，主要考慮產(chǎn)甲烷過程作為限速步驟。由于產(chǎn)甲烷階段遵循莫諾方程，整個速率的確定以莫諾方程為基礎。在上式中，很難把總體反應的Ks值估算出來，因為它受到的影響因素很多，對于不同類型的廢水差別很大。對于生活污水來說可以根據(jù)不同的單個因素影響列成很多分式莫諾方程，后各式相乘再加上修正系數(shù)，這個方程可以得出比較接近的Ks值，作為厭氧處理生活污水時的參考設計數(shù)據(jù)。
具體思想如下：
1、假定條件：

a、厭氧處理該污水過程中主要受溫度、傳質(zhì)速率、基質(zhì)濃度以及微量元素的影響；

b、微量元素可以通過外界條件的干預給予補充；

c、反應器為一體化反應器；

d、產(chǎn)甲烷單元反應也近似遵循莫諾方程。

2、模型總體方程

Kst－溫度響應半反應速率常數(shù) mg/l
Ksv－傳質(zhì)速率半反應速率常數(shù) mg/l
K－修正系數(shù)

    在上式中，Kst針對不同的廢水是可以確定的，Ksv對不同的反應器差別比較大，我們可以通過外界干預給以降低到一固定值偏差不大的范圍內(nèi)，比如通過強制攪拌或是提高反應器的高徑比，出水回流都是比較好的解決辦法。
    通過眾多的工程實例以及文獻報道，初步確定Kst在15攝氏度時針對生活污水值為3200mg/l左右。Ksv在攪拌足夠的情況下15攝氏度時針對生活污水值為532mg/l。K值在重慶地區(qū)可以取0.85，μmax按照碳水化合物可取5KgCOD/KgMLSS.d，這樣針對進水濃度為300mg/l的生活污水大反應速率為：

μ1=5KgCOD/KgMLSS.d×（300/（3200+300））×（300/（532+300））×0.85
=0.132 KgCOD/KgMLSS.d

    在一體式反應器中由于出水濃度很低，導致總體反應速率降低，但對于幾種強效厭氧反應器（包括UASB、EGSB、IC內(nèi)循環(huán)反應器、流化床、上流式厭氧生物濾池）可以假設其為推流式厭氧反應器，濃度隨反應器高度的增加均勻的減少，即反應器中的濃度分布與高度成反比。這樣我們可以通過設定的出水濃度計算一個反應器低反應速率，后取平均值就得到整個反應器的平均反應速率。
同樣根據(jù)前面的莫諾模型，得出出水COD=80mg/l的厭氧反應速率：

μ2=5KgCOD/KgMLSS.d×（80/（3200+80））×（80/（532+80））×0.85
=0.014 KgCOD/KgMLSS.d

所以反應器的平均反應速率為

μ=（μ1+μ2）/2=0.073 KgCOD/KgMLSS.d

如果我們能夠在反應器內(nèi)保持穩(wěn)定的污泥濃度為20KgMLSS/m3，則整個反應器的容積反應速率為

FV=0.073 KgCOD/KgMLSS.d×20KgMLSS/m3
=1.46 KgCOD/m3.d

在實際反應器的設計時，需要考慮污泥、體、液體分離的容積，反應部分容積只占整個反應器容積的40%，這樣實際整個反應器設計平均負荷變?yōu)椋?/span>

FV‘=1.46 KgCOD/m3.d×0.4=0.99 KgCOD/m3.d
核算停留時間為：HRT=7.5h

中試與工程應注意的問題
    通過上述實驗室里理論的研究和推斷，采用強效厭氧反應器處理城市污水完是可行的。在中試和工程設計中，我們應該從上述分析角度出發(fā)，完善厭氧系統(tǒng)，以下措施是必要的：

1、在反應器的形式上考慮推流式的活塞反應器；
2、為了減少低濃度時，基質(zhì)傳質(zhì)速率（包括液相中的機物向菌膠團或顆粒污泥傳質(zhì)以及細胞壁外向細胞壁內(nèi)傳質(zhì)）對整個反應速率的影響，在反應器底部投加一定數(shù)量的活性炭作為載體是非常必要的，但考慮到沼和布水的影響，投加數(shù)量不宜過多，初步考慮為40g/L顆粒狀活性炭；
3、建議在反應器的上部設置、水、固三相分離系統(tǒng)；
4、設置一套完善的出水回流系統(tǒng)，并可以調(diào)節(jié)回流量，用儀表顯示并控制；
5、出水設置MLSS濃度計加以監(jiān)測，隨時了解反應器的污泥情況；
6、在反應器的底部、中部、部設置堿度監(jiān)測系統(tǒng)，隨時監(jiān)測反應器內(nèi)的生物反應條件；
7、設置一套啟動用的營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素添加系統(tǒng)是十分必要的；
8、設置溫度傳感器，了解原水水溫的變化對反應器的沖擊影響；
9、進水設置流量傳感器和機物在線監(jiān)測儀器，并通過程序加以顯示到控制室中，隨時計算進水污泥負荷以及上升流速；
10、必要的預處理措施，比如除渣處理措施；
11、在北方的廢水處理系統(tǒng)，反應器建議修建在室內(nèi)或采取嚴密的保溫措施；
12、其他必要的輔助系統(tǒng)，如消除泥水界面泥渣層的噴淋系統(tǒng)。

  同樣，一套設計好的系統(tǒng)，沒按照反應機理進行的啟動，是不能稱之為成功的系統(tǒng)的，在這里，根據(jù)一些工程實踐以及外一些報道，明基對厭氧處理低濃度廢水時啟動提出一些參考性建議（針對生活污水）：  
    1、啟動時，先投加載體，在投加污泥，污泥的數(shù)量按照25KgMLVSS/m3池容計算，投加時的污泥必須通過篩網(wǎng)進行粗渣的清除（這一點非常重要）；
    2、由于原水具比較好的生化性，進水不需要馴化，但*次進水進滿池體后，停止進水，通過臨時配備的水下攪拌機進行池底強制攪拌，連續(xù)8個小時攪拌以上，停止攪拌靜止8個小時，通過泥管除池體標高2米以上的污泥，再攪拌8個小時，這8個小時同時按照比例投加氮肥和磷肥，投加微量金屬元素，池內(nèi)液相中的COD；
    3、24個小時后，開始按設計負荷進水并采取一定的出水回流，回流比根據(jù)反應器的高度調(diào)整；（注意，出水帶出來的污泥不要回流）
    4、24個小時后，減少回流比，出水不帶泥，如果出水繼續(xù)帶你就停止回流，并進行污泥回流，同時投加營養(yǎng)物質(zhì)；
    5、連續(xù)這樣一個星期，隨時監(jiān)測各項出水指標，以便正確反應反應器內(nèi)生物的反應狀態(tài)
    6、作一些鏡檢。
結(jié)論
    通過對厭氧微生物處理污水的機理研究得出，厭氧在常溫狀態(tài)下處理城市污水是可能的，我們在實際中由于種種非生物本身反應的原因而錯過了利用厭氧處理城市污水的機會，并且在外已經(jīng)了成功的厭氧處理城市污水的情況，出水COD<40mg/l。完能滿足機物放規(guī)準，如果加上簡短脫硝曝工藝（在去除了BOD后，只需要1.5H的時間就可以進行NH3-N到NO-N的轉(zhuǎn)化），就是一個非常適合情的低濃度廢水處理工藝，但在設計中，應詳細認真的作出設計前的調(diào)查和設計后的啟動工作。

IC厭氧反應器

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