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IC反應(yīng)器未來應(yīng)用將超過UASB

2009/4/6

IC反應(yīng)器未來應(yīng)用將超過UASB

2008年4月　來源: 中國水網(wǎng) 李建軍 王哲曉



　　厭氧生物處理是廢水生物處理技術(shù)中的一種重要方法。要提高厭氧生物處理的效果，除了要提供給微生物一個(gè)良好的生長環(huán)境外，保持反應(yīng)器內(nèi)的高污泥濃度，維持良好的傳質(zhì)效果也是關(guān)鍵要素。以厭氧接觸工藝為代表的第一代厭氧反應(yīng)器，污泥停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT）大體相同，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較低。如果想達(dá)到較好的處理效果，廢水在反應(yīng)器內(nèi)通常要停留幾天到幾十天之久。而以UASB工藝為代表的第二代厭氧反應(yīng)器，依靠顆粒污泥的形成和三相分離器的作用，使得污泥在反應(yīng)器中滯留，實(shí)現(xiàn)了SRT>HRT，從而提高了反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，但是反應(yīng)器的傳質(zhì)過程并不理想。要改善傳質(zhì)效果，最有效的方法就是提高表面水力負(fù)荷和表面產(chǎn)氣負(fù)荷。然而高負(fù)荷產(chǎn)生的劇烈攪動(dòng)又會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)污泥處于完全膨脹狀態(tài)，使原本SRT>HRT向SRT=HRT方向轉(zhuǎn)變，污泥過量流失，處理效果變差。
　　近十幾年來，已建造了許多處理工業(yè)廢水的 UASB 反應(yīng)器生產(chǎn)裝置。有關(guān)專家透露，為了防止升流速度太大使懸浮固體大量流失，UASB反應(yīng)器在處理中低濃度（1.5～2.0 kgCOD/（m3•d））廢水時(shí)，反應(yīng)器的進(jìn)水容積負(fù)荷率一般限制在5～8kgCOD/（m3•d），在此負(fù)荷率下，最小 HRT 為 4 ～5h；在處理COD濃度為5～9g/L的高濃度有機(jī)廢水時(shí)，反應(yīng)器的進(jìn)水容積負(fù)荷率一般被限制在10～20kgCOD/（m3•d），以免由于產(chǎn)氣負(fù)荷率太高而增加紊流造成懸浮固體的流失。
　　為了克服這些條件的限制，荷蘭開發(fā)了一種內(nèi)循環(huán)（internal circulation，IC）反應(yīng)器，IC反應(yīng)器在處理中低濃度廢水時(shí)，反應(yīng)器的進(jìn)水容積負(fù)荷率可提高至20～24kgCOD /（m3•d）；處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)，進(jìn)水容積負(fù)荷率可提高到35～50kg/（m3•d）。與 UASB 反應(yīng)器相比，在獲得相同處理效率的條件下，IC 反應(yīng)器具有更高的進(jìn)水容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率，IC 反應(yīng)器的平均升流速度可達(dá)處理同類廢水 UASB 反應(yīng)器的20倍左右。在處理低濃度廢水時(shí)，HRT可縮短至2.0～2.5h，使反應(yīng)器的容積更加小型化。因此更加具有優(yōu)勢(shì)。某設(shè)在中國的國際環(huán)保公司，已經(jīng)將IC反應(yīng)器應(yīng)用于啤酒、發(fā)酵、造紙、食品、飲料及化工等行業(yè)。并且取得了不錯(cuò)的效果。
　　為此，記者采訪了清華大學(xué)環(huán)境系從事IC反應(yīng)器研究多年的吳靜博士。 她認(rèn)為IC反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面。
　?。?）具有很高的容積負(fù)荷率。由于IC反應(yīng)器存在著內(nèi)循環(huán)，第一反應(yīng)室有很高的升流速度，傳質(zhì)效果很好，污泥活性很高，因而其有機(jī)容積負(fù)荷率比普通UASB反應(yīng)器高許多，一般高出3倍以上。處理高濃度有機(jī)廢水，如土豆加工廢水，當(dāng)COD為10000～15000mg/L時(shí)，進(jìn)水容積負(fù)荷率可達(dá)30～40kgCOD/（m3•d）。處理低濃度有機(jī)廢水，如啤酒廢水，當(dāng) COD為2000～3000mg/L時(shí)，進(jìn)水容積負(fù)荷率可達(dá)20～50kgCOD /（m3•d），HRT僅2～3h，COD去除率可達(dá)80%左右。
　?。?）節(jié)省基建投資和占地面積。由于 IC 反應(yīng)器的容積負(fù)荷率大大高于 UASB 反應(yīng)器，IC反應(yīng)器的有效體積僅為UASB反應(yīng)器的1/4～1/3，所以可顯著降低反應(yīng)器的基建投資。由于IC反應(yīng)器不僅體積小，而且有很大的高徑比，所以占地面積特別省，非常適用于占地面積緊張的廠礦企業(yè)。小型的 IC 反應(yīng)器可以工廠預(yù)制，大型的可在現(xiàn)場制作，施工工期短，安裝簡便，且IC反應(yīng)器的土方量很小，可節(jié)省施工費(fèi)用。
　?。?）靠沼氣提升實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)。不必外加動(dòng)力厭氧流化床和膨脹顆粒污泥床的流化是通過出水回流由泵加壓實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制循環(huán)的，因此必須消耗一部分動(dòng)力。而 IC 反應(yīng)器是以自身產(chǎn)生的沼氣通過絕熱膨脹做功為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)混合液的內(nèi)循環(huán)的，不必另設(shè)泵進(jìn)行強(qiáng)制內(nèi)循環(huán)，從而可節(jié)省能耗。
　?。?）抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)由于IC反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了內(nèi)循環(huán)，處理低濃度水（如啤酒廢水）時(shí)，循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水流量的 2 ～ 3 倍；處理高濃度水（如土豆加工廢水）時(shí)，循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水流量的10～20倍。因?yàn)檠h(huán)流量與進(jìn)水在第一反應(yīng)室充分混合，使原廢水中的有害物質(zhì)得到充分稀釋，降低了有害程度，并可防止局部酸化發(fā)生，從而提高了反應(yīng)器的耐沖擊負(fù)荷的能力。
　?。?）具有緩沖 pH 能力。內(nèi)循環(huán)流量相當(dāng)于第一級(jí)厭氧的出水回流量，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)的 pH 保持穩(wěn)定。處理缺乏堿度的廢水時(shí)，可減少進(jìn)水的投堿量。
　?。?）出水的穩(wěn)定性好于IC 反應(yīng)器的第一、二反應(yīng)室，相當(dāng)于上下兩個(gè) UASB 反應(yīng)器，它們串聯(lián)運(yùn)行，第一反應(yīng)室有很高的有機(jī)容積負(fù)荷率，相當(dāng)于起“粗”處理作用，第二反應(yīng)室則具有較低的有機(jī)容積負(fù)荷率，相當(dāng)于起“精”處理作用。整個(gè) IC 反應(yīng)器實(shí)際上是兩級(jí)厭氧處理。一般情況下，兩級(jí)厭氧處理比單級(jí)厭氧處理的穩(wěn)定性好，出水也較穩(wěn)定。
　　吳博士說，雖然IC使得COD容積負(fù)荷大幅度提高，具備很高的處理容量也起到一些很好的效果。但是，這種同時(shí)也帶來了不少新的問題。有學(xué)者認(rèn)為IC主要存在的問題有下面幾個(gè)方面。
   ?。?）從構(gòu)造上看，IC反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)比普通厭氧反應(yīng)器復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工要求高。反應(yīng)器高徑比大，一方面增加了進(jìn)水泵的動(dòng)力消耗，提高了運(yùn)行費(fèi)用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中細(xì)微顆粒物比UASB多，加重了后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。另外內(nèi)循環(huán)中泥水混合液的上升還易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，使內(nèi)循環(huán)癱瘓，處理效果變差。
　?。?）發(fā)酵細(xì)菌通過胞外酶作用將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物，再將可溶性的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成脂肪酸和醇類等，該類細(xì)菌水解過程相當(dāng)緩慢。IC反應(yīng)器較短的水力停留時(shí)間勢(shì)必影響不溶性有機(jī)物的去除效果。
　?。?）在厭氧反應(yīng)中，有機(jī)負(fù)荷、產(chǎn)氣量和處理程度三者之間存在著密切的聯(lián)系和平衡關(guān)系。一般較高的有機(jī)負(fù)荷可獲得較大的產(chǎn)氣量，但處理程度會(huì)降低。因此，IC反應(yīng)器的總體去除效率相比UASB反應(yīng)器來講要低些。
　　（4）缺乏在IC反應(yīng)器水力條件下培養(yǎng)活性和沉降性能良好的顆粒污泥關(guān)鍵技術(shù)。目前國內(nèi)引進(jìn)的IC反應(yīng)器均采用荷蘭進(jìn)口的顆粒污泥接種，增加了工程造價(jià)。
　　最后，談到市場前景時(shí)，吳靜博士表示，盡管IC反應(yīng)器在國內(nèi)的應(yīng)用仍不是很成熟，但是已經(jīng)基本走過了市場培育期，從去年開始，已經(jīng)有客戶開始主動(dòng)提出對(duì)IC反應(yīng)器的需求。IC反應(yīng)器國內(nèi)技術(shù)擁有者實(shí)力良莠不齊，清華大學(xué)環(huán)境系經(jīng)過多年的試驗(yàn)，積累了很多技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并且申請(qǐng)了很多相關(guān)技術(shù)專利。盡管從目前市場份額來看，IC反應(yīng)器明顯落后于UASB的應(yīng)用，但是吳博士認(rèn)為未來前者將會(huì)超過后者的應(yīng)用。

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