污水厌氧生物处理的新工艺―IC 厌氧反应器

1、第20卷第1期哈尔滨商业大学学报(自然科学版 V ol. 20N o. 12004年2月Feb. 2004Journal of H arbin U niversity of Commerce N atural Sciences Edition污水厌氧生物处理的新工艺IC 厌氧反应器李鹏, 王爱杰, 丁杰, 刘敏(哈尔滨工业大学市政环境工程学院, 黑龙江哈尔滨150090摘要:对IC 反应器的结构、原理进行了简要介绍, 并结合其工艺思想及应用实例指出IC 反应器是对现代高效厌氧反应器的一种突破, 具有处理效率高, 抗冲击能力强等特点, 有着重大的理论意义和实用价值.关键词:IC 反应器; 污水;

2、 厌氧生物处理中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1672-0946(2004 01Study on novel process of w aste w ater LI Peng , W , (School of Municipal and , Institute of T echnology , Harbin 150090, China :structure and the w orking principle of the IC reactor brief 2ly. of the high effective anaerobic reactors from the view of

3、the technical idea The IC reactor has many characteristics such as highly wastewater treatment efficiency and strongly resisting for shock loading. It is im portant for the new technique s devel 2opment and utilization of anaerobic wastewater treatment. K ey w ords :IC reactor ; wastewater ; anaerob

4、ic biological treatment20世纪70年代以来, 厌氧技术以其节省能源并可进行能源回收、处理成本低以及更适于处理高浓度有机废水等突出优点受到了广大水处理工作者的认可与重视, 其发展出现了第2个高潮. 到了20世纪80年代中期, 结合了现有废水处理工艺与内循环技术的内循环(IC 厌氧反应器应运而生, 它是由荷兰Paques 公司在UAS B 基础上推出的第3代高效厌氧反应器, 以其处理容量高, 投资少, 占地省, 运行稳定等优点而深受瞩目, 并已成功地应用于啤酒生产、造纸及食品加工等行业的生产污水处理中. IC 反应器是对现代高效反应器的一种突破, 有着重大的理论意义和实用价

5、值.IC 反应器可以看作由2个UAS B 反应器串联构成, 具有很大的高径比, 一般为48, 高度可达1625m , 由5个基本部分组成:混合区、第一反应室、内循环系统, 第二反应室和出水区, 其中内循环系统是IC 工艺的核心构造, 由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管组成(见图11 .112IC 反应器的工作原理IC 反应器的5个基本部分有其各自的特点, 以下对各部分作简要介绍 .1 混合区(进液和混合 废水通过布水系统进入反应器内, 在混合区与从IC 反应器上部返回的泥水混合液, 反应器底部的污泥充分混合, 由此产生对进液的稀释和均质作用, 从而大大减轻了冲击负荷及有害物质

6、的不利影响.1IC 反应器的构造、工作原理及工艺思想分析111IC 反应器的构造收稿日期:2003-07-25.基金项目:黑龙江省重大科技攻关项目(G A01C201-01 ; 哈尔滨工业大学校科学研究基金资助项目(HIT. 2001. 51 1作者简介:李鹏(1976- , 男, 硕士, 研究方向:高浓度有机废水的处理. 第1期李鹏, 等:污水厌氧生物处理的新工艺IC 厌氧反应器87循环外, 其余污水通过一级三相分离器进入第二反应室的污泥床进行剩余C OD 的降解过程, 这部分相当于一个有效的后处理过程, 提高和保证了出水水质. 产生的气体被二级三相分离器收集并导出反应器. 在第二反应室内的

7、污泥负荷较低, 水力停留时间相对较长, 水力流态接近于推流状态, 因此废水在此得到有效处理并避免了污泥的流失. 废水中的可生物降解有机物几乎得到完全的去除. 由于大量的C OD 已在第一反应室中去除, 第二反应室的产气量很小, 不足以产生很大的流体湍动, 加之, 内循环流动不通过第二反应室, 因此混合液的上升流图1IC 反应器构造原理图Figure 1Construction of IC reactor 1进水;2一级三相分离器;3沼气提升; 4气液分离器;5沼气排出管;6回流管;9沉淀区;10出水管;11气封度很小. 应器内., . 经IC 反应器处理后OD 去除率一般在80%以上. 113

8、IC 反应器的工艺分析IC 反应器是在UAS B 基础上发展起来的, 它很好地解决了UAS B 的一些弊病. UAS B 反应器虽然利用了颗粒污泥实现了水力停留时间(HRT 与污泥停留时间(SRT 的分离, 延长了污泥龄, 保持了较高的污泥浓度, 但在如何保持泥水的良好接触 , 强化传质过程, 进一步加快生化反应速率方面却存在不足,IC 反应器则利用自身的特点较好的弥补了以上问题, 减少了由于高的水力负荷产生的污泥流失问题. IC 反应器采用了以下的工艺思想.1 IC 反应器利用较大的高径比, 采用了同一反应器内分段处理的工艺IC 反应器通过第一反应室去除大部分进水中的C OD , 通过第二反

9、应室降解剩余C OD 及一些难降解物质, 提高出水水质. 更重要的是, 虽然由于污泥内循环, 在第一反应室产生很大的上升流速, 形成了污泥的膨胀流化状态, 而在第二反应室内由于大量的C OD 已在第一反应室中去除, 产气量很小, 不足以产生很大的流体湍动, 创造了颗粒污泥沉降的良好环境, 较好地解决了在高的容积负荷下污泥流失的问题. 另外, 由于第二反应室的污泥浓度通常较低, 有相当大的空间允许第一反应室的污泥膨胀进入其中, 这也防止了高负荷时易发生的污泥流失问题, 保证运行稳定, 即使反应器负荷数倍于UAS B 时也是如此.2 采用内循环技术IC 反应器是在高的C OD 容积负荷的条件下,4

10、2 第一反应室(污泥膨胀床区同推动下, , 此部21020m h , , 废水和污泥之间产生强烈而有效的接触, 优化了传质, 大大地提高了生化反应速率. 有机物质在此也尽可能多的被分解, 同时产生大量的沼气, 这些气体被一级三相分离器收集并导入沼气提升管, 通过这个提升装置部分泥水混合物被传送到反应器顶部的气液分离器, 气体在这里被分离后导出系统.3 内循环系统第一反应室产生的气体被一级三相分离器收集进入沼气提升管中, 产生气提作用, 气体携带着泥水混合物快速上升, 在反应器顶部的气液分离器分离之后排出, 剩余的泥水混合物则经泥水下降管向下流入反应器底部的混合区, 由此在反应器内形成内循环.

11、气提动力来自于上升的和返回的泥水混合物中气体含量的巨大差别, 因此, 这个泥水混合物的内循环不需要任何外加动力. 值得一提的是, 这个循环流的流量随着进液中C OD 量的增大而自然增大, 因此反应器具有自我调节的作用, 原因是在高负荷条件下, 产生更多的气体, 从而也产生更多的循环水量, 稀释作用随之增大. 根据不同的进水C OD 负荷和反应器的不同构造, 内循环量可达进水流量的0155倍. 这对于反应器的稳定运行意义重大.4 第二反应室(精处理区经第一反应室处理后的废水除一部分参与内3依据气体提升原理, 利用沼气膨胀作用在无需外加能源的条件下实现了内循环污泥回流, 进一步加大生物量, 大大提

12、高了C OD 容积负荷, 实现了泥水之间的良好接触. 由于采用了高的有机负荷, 所以沼气产量高, 加之内循环液的作用, 使污泥处于膨胀流化状态, 强化了传质效果, 达到了泥水充分接触的目的. 据有关研究报道, 处理高质量浓度有机废水(50009000mg L , 相应C OD 容积负荷达到(m 33550kgC OD d , 膨胀区水流上升速度可达1020m h2,4荷达到了3550kgC OD (m d , 停留时间为46h , 而处理同类废水的UAS B 反应器容积负荷为31015kgC OD (m d , 停留时间为十几至几十小时. 212处理啤酒废水啤酒废水主要来自糖化和发酵车间,C

13、OD 质量浓度在20004000mg L 左右, 可生化性强. 国内沈阳、上海率先采用了IC 反应器处理啤酒废水, 近期哈尔滨啤酒厂也引进了IC 反应器处理生产废水. 以沈阳华润雪花啤酒有限公司采用的IC 反应783器为例, 反应器高16m , 70m , 每天3处理C OD 平均浓度4300L 400m , 在C OD 325kg d , 63. 可见内循环技术不但增加了生物量, 也改善了传质, 尽力挖掘了生化处理能力, 抓住了厌氧处理技术的关键, 体现了从根本上提高生化反应速率这一原则, 实现了大幅度提供处理容量的5目的.2IC 反应器的应用自1985年荷兰PAQUES 公司建立了第一个中

14、试反应器;1988IC 器投入运行以来. 目前,IC 啤酒生产、中. IC , 运行经, 不但已在啤酒生产、造纸、土豆加工等生产领域的废水上有成功应用, 而且正在扩展其应用范围, 规模也日益加大, 目前业已成功3放大到1100m . 211处理土豆加工废水土豆加工废水是典型的高浓度有机废水, 生产时主要有高、低浓度2种, 其中高浓度废水含有氨基酸、蛋白质、糖类、酰胺类、钾盐和纤维素等多种化合物; 低浓度水主要是洗涤水. 土豆加工废水具有C OD 浓度高可生化性强的特点. 第一个中试IC3厌氧反应器以及其后建成的100m IC 厌氧反应器都是用于处理这种废水, IC 厌氧反应器的容积负:每年节省

15、排45万元, 相比之62万元, 可见, IC 工艺达到了技术经济的优化. 213处理造纸废水在1996年以来的处理造纸废水的工程项目中,IC 反应器工程比例大大超过了UAS B 反应器, 造纸工业也已成为IC 反应器应用最多的领域之一. 例如德国某工厂年产30万t 瓦楞纸和箱纸板, 使用二次纤维为原料. 直到1998年该厂还使用UAS B 反应器作为其厌氧-好氧工艺的关键设备, UAS B 之后是活性污泥工艺. 由于生产能力增加, 工厂需要新增12500kgC OD d 处理能力. 最终工厂在465m 的IC 反应器和1000m 的UAS B 反应器的33方案中采用了前者. IC 反应器高24

16、m , 直径5m , 设(m 3计最大容积负荷27kgC OD d , 实际运行容积3负荷为924kgC OD (m d , 进水C OD 质量浓度9,1012503515mg L , 处理效率61%86%.表1UASB 和IC 反应器的运行参数及颗粒污泥特性比较1,11T able 1The ch aracters of granular sludge and operation p arameters of UASB and IC reactor 反应器IC UAS B容积m 31400502×1700100HRT h 61021330410进水COD/(kgCOD m -311

17、71161268COD 去除污泥活性平均直径mm0160018401510187率%/(gCOD gVSS -1d -1801008595851110114011081183相对强度0183013201710 153啤酒废水土豆加工废水IC UAS B(下转92页纤维素的XRD (图5 可以看出:经氨处理后纤维素X -射线衍射峰强度增强, 说明样品的纤维素含量提高, 结晶成分降低, 这说明氨处理不仅对样品的纤维物料的组成及形态有影响, 还使纤维素的结晶区受到一定程度的影响 .物理结构发生部分改变, 纤维素含量提高, 结晶成分降低, 有利于大豆秸秆的酶解产糖.2 粉碎结合氨处理对大豆秸秆酶解产糖

18、影响较大, 较适宜的预处理条件是大豆秸秆粉碎至140目, 室温下用质量分数为10%氨水处理24h , 酶解产糖量较高. 参考文献:1胡代泽. 我国农作物秸秆资源的利用现状与前景J.资源开发与市场, 2000,16(1 :19-20.2T ae Hyun K im , Jun Seok K im , Changshin Sunw oo. Pretreatment ofcorn stover by aqueows amm oniaJ.Biores T echnology ,2003, 90:39-47.3V LASE NK O hydrolysis ofrice ., , 59:109-DHE V

19、AK , SIRIW ATT ANA. E ffect of urea and ureaon cellulose degradation of thai rice straw and stalkJ.Radiation physics and chemistry , 2002, 64:417-4225宁正祥. 食品成分分析手册S.北京:中国轻工业出版社,2001.图5预处理前后大豆秸秆XR D 图(1-未处理;2,3,4,5 预处理6h ,12h ,18h ,24h;6Figure 5XR D of the 3结论1 (上接88页M.北京:中国建筑工业出版社,2003.2PERE BOOMJ H

20、 , VEREI J KE N TL. M ethanogenic granule develop 2ment in full scale internal circulation reactorsJ.W at. Sci T ech. , 1994, 30(8 :9-21.3胡纪萃. 试论内循环厌氧反应器J.中国沼气,1999,17(2 :3-6. 4PERE BOOM J H. S ize distribution m odel for methanogenic granulesfrom full scale UAS B and IC reactorsJ.W at. Sci. T ech ,1994,30(12 :211-221.5张忠波. IC 反应器技术的发展J.环境污染与防治,200