内循环厌氧反应器的运行特性

1、内循环厌氧反应器的运行特性    摘要：以实验室规模的内循环厌氧反应器(IC)为研究对象，考察了其运行状况和影响运行的特征参数。试验结果表明：当进水容积负荷为24.937.52kgCOD/(m3·d)时对COD的去除率达83.2%92.8%，其中室的去除率为60%70%，室的去除率为20%30%；进水的上升流速高(2.654.35m/h)有利于反应器的稳定运行；在较高的容积负荷35.0kgCOD/(m3·d)、进水pH值为8.5时反应器具有最大的COD去除率。 关键词：IC反应器 中温 运行特性 

2、; 内循环厌氧反应器(Internal Circulation,简称IC)是在UASB反应器基础上开发出的第三代超高效厌氧反应器，其特征是在反应器中装有两级三相分离器，反应器下半部分可在极高的负荷条件下运行。整个反应器的有机负荷和水力负荷也较高，并可实现液体内部的无动力循环，从而克服了UASB反应器在较高的上升流速度下颗粒污泥易流失的不足13。笔者在实验室对小型IC反应器(25 L)进行了系统研究，主要考察了反应器在中温条件下的运行特性及其影响因素，验证了IC反应器在UASB基础上的结构改进对处理效能的促进作用。1试验装置和方法1.1试验装置IC反应器为有机玻璃制

3、成，有效容积为25L，反应器总高度为1500mm，沿柱高设置多个取样孔。将反应器安装在恒温箱内，用WMZK-01温控仪和热源构成自动温控系统，将温度控制在(35±1)。工艺流程见图1。试验配水首先进入室被降解，产生的沼气由室的集气罩收集，大量沼气携带室的泥水混合液沿着提升管上升至反应器顶部的气液分离器，沼气在此处逸出反应器，而泥水混合液则沿下降管返回到室的底部。室出水自动进入室继续处理，随后经室的三相分离器排出反应器外。1.2试验用水采用人工合成的葡萄糖废水，并加入适量微量元素(见表1)。1.3接种污泥接种污泥采用无锡狮王太湖水啤酒有限公司UASB反应器中的颗粒污泥，污泥的TSS为7

4、2.2g/L，VSS为56.6g/L。接种前先将污泥颗粒进行筛洗处理，再用COD为500mg/L的人工配水连续(810h)进行漂洗和活化。表1人工合成葡萄糖废水的组分及含量组分含量组分含量葡萄糖(mg/L)2000CaCl2(mg/L)4(NH4)2CO3(mg/L)40MgSO4(mg/L)8KH2PO4(mg/L)40NaHCO3(mg/L)660NH4Cl(mg/L)40酵母膏(mg/L)80FeCl3·4H2O(g/L)80CoCl2·6H2O(g/L)80MnCl2·4H2O(g/L)20ZnCl2(g/L)2NiCl2·6H2O(g/L)2C

5、uCl2·2H2O(g/L)EDTA(g/L)40H3BO3(g/L)2(NH4)6Mo7O24·4H2O(g/L)36%HCl(g/L)1.4分析方法COD：重铬酸钾法；pH值：玻璃电极法；SS和VSS：称重法。2结果与讨论2.1运行结果IC反应器的试验条件和运行结果见表2。表2运行结果试验阶段第一阶段第二阶段第三阶段时间(d)12930596090温度()35进水pH进水COD(mg/L)1 8652 5873 8854 8778 02311092v(m/h)OLRgCOD/(L·d)SLRgCOD/(gVSS

6、·d)COD去除率(%)89.392 .8出水COD(mg/L)出水SS(mg/L)159377342552501780阶段描述提高负荷期提高负荷期稳定运行期注：OLR为反应器的COD容积负荷；SLR为反应器的COD污泥负荷；v为上升流速。室IC反应器室在高负荷下运行，其COD去除率为60%70%。反应器的初始容积负荷为31.25kgCOD/(m3·d)，COD去除率为62.3%。第29天容积负荷升至50.8kgCOD/(m3·d)，COD去除率为59.8%。在第55天反应器进水COD浓度为4500mg/L，污泥负荷为3.99gCOD/(gVSS

7、3;d)，COD去除率为61%。第89天容积负荷和污泥负荷分别为76.83kgCOD/(m3·d)、3.97gCOD/(gVSS·d)，COD去除率为64.3%。室与室相比，室的运行负荷相对较低，以室进水COD浓度计算则室的COD去除率为60%85%，去除的COD占反应器进水COD的20%30%。室的初始负荷为10.9kgCOD/(m3·d)，COD去除率为61.0%；第57天有机负荷达到最大28.8kgCOD/(m3·d)，COD去除率为73.15%。2.2影响因素分析在控制反应器温度为(35±1)、试验用水为葡萄糖配水的条件下，主要研究了容

8、积负荷、升流速度、进水COD浓度和进水pH值的影响。容积负荷UASB反应器在处理中、高浓度废水时最大容积负荷只能达到1020 kgCOD/(m3·d)，因容积负荷过高会导致颗粒污泥流失2，而IC反应器的最大容积负荷可达36.9637.52kgCOD/(m3·d)(见表2)，这是因为60%70%的有机物在室得到降解，产生的大量沼气被一级三相分离器收集后排出反应器，因此不会在室中产生很高的气体上升流速，对颗粒污泥的流失影响较小。IC反应器在高负荷下运行仍能达到很高的COD去除率(见表2)，这与反应器具有液体内循环密切相关。经分析可知，当容积负荷升高时产生的沼气量增加，

9、推动液体形成的内循环流量增大，进水得到了更大程度的稀释和调节，室内液固充分接触，传质速率增加，使有机物易于得到降解。混合液的上升流速一般认为，以颗粒污泥为主体的UASB的混合液上升流速宜控制在0.51.5m/h，而IC反应器的混合液上升流速为2.510m/h3(在一定程度上改善了基质与微生物间的传质过程)。试验发现，在2.654.35m/h的上升流速下室的沼气产量明显增加，造成气提管中的液体通量明显增大和中间回流管的流量加快，这说明通过增加进水量的方式可明显提高反应器中的循环比例(一方面可改善反应器底部对进水COD负荷的承受能力，提高反应器的抗冲击负荷能力；另一方面可提高流速而强化传质过程，避

10、免了反应中可能出现的局部基质浓度过高现象，确保了反应器能正常稳定地运行)。进水COD浓度在进水COD浓度分别为1300mg/L(A)、2000mg/L(B)、4500mg/L(C)、9897mg/L(D)的条件下，控制反应器的上升流速为4.0 m/h，沿反应器高度取样并测定COD浓度，结果见图2。从图2可以看出，在不同的进水浓度条件下反应器中的COD浓度在高度上呈梯度分布，室中COD浓度下降较快，而室中COD浓度变化相对缓慢。因此，在设计IC反应器时要充分考虑进水浓度、上升流速和反应器高度间的关系。进水pH值研究了反应器在较高容积负荷35.0kgCOD/(m3·d)、不同进

11、水pH值条件下的COD去除率。当进水pH8.0时COD去除率为65%75%，在pH=8.5时COD去除率达到最大值(89%)，随着pH值的进一步升高则COD去除率逐步下降，但至pH=8.9时下降幅度趋缓。笔者得到的进水最佳pH值(8.5)显然高于普通厌氧反应器中的最佳pH值(7.57.8)，这是由于当IC反应器的容积负荷(以总体积计算)为35 kgCOD/(m3·d)时室的容积负荷(以室的体积计算)高达72.0kgCOD/(m3·d)，虽然进水在布水系统处得到稀释和缓冲，但仍会使产酸菌产生过多的有机酸，在此区域内对产甲烷菌的活性会产生一定程度的抑制作用，导致反应器

12、底部pH值明显下降(见图3)。与进水pH=7.5时相比，pH=8.5的进水之pH值下降速度慢，最低下降到7.1，随后趋于稳定，因此IC反应器的处理效果明显优于普通厌氧反应器。3结论在进水容积负荷为24.937.52 kgCOD/(m3·d)时，IC反应器室对进水COD的去除率为60%70%，而室的去除率为20%30%，对COD的总去除率达83.2%92.8%。该反应器可承受较高的有机负荷，对于低浓度(COD为18652587mg/L)、中等浓度(COD为38854877mg/L)和高浓度(COD为802311092mg/L)的进水都具有很好的处理效果。对于IC反应器，较高的

13、混合液上升流速(2.654.35m/h)有利于反应器稳定运行；在容积负荷为35.0kgCOD/(m3·d)和进水pH值为8.5时，反应器具有最大的COD去除率；在设计IC反应器时要充分考虑反应器进水浓度、上升流速和反应器高度间的关系。参考文献：1Lettinga G,Field J,Lier van J,et al.Advanced anaerobic wastewater treatment in the near futureJ.Wat Sci Tech,1997,35(10):5-12.2Driessen W,Yspeert P.Anaerobic&