厭氧反應器

厭氧處理是近年來污水處理領域發展較快的技術，具有低耗、運行穩定、產生沼氣、可實現資源化利用等特點，已成為中、高濃度污水處理的主流技術之一。污水經過厭氧處理后有機物大大降低，有效減輕了后續工藝的處理負荷，為廢水的達標治理增加籌碼。
厭氧反應是一個復雜的生化過程，微觀分析表明厭氧降解過程可分為四步：水解、酸化、產氫產酸及產甲烷過程。分述如下：

1）水解階段

高分子有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。故此它們在第一階段首先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，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。

2）酸化階段

水解后大的小分子化合物在發酵細菌（即酸化菌）的細胞內轉化為更簡單的化合物并分泌到細胞外。這一階段的主要產物有揮發性脂肪酸（簡寫作VFA）、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時，酸化細菌也利用部分物質合成新的細胞物質，因此未經酸化處理的污水厭氧處理時會產生更多的剩余污泥。
酸化菌對pH有很大的容忍性，產酸可在pH到4條件下進行，產甲烷菌則有它自己的優佳pH范圍為6.5－7.5，超出這個范圍轉化速度將減慢。

3）產乙酸產氫階段

在此階段，上一階段的產物被進一步降解為乙酸（又稱醋酸）、氫和二氧化碳，這是導致產甲烷反應的反應底物。
不論是在水解階段或是在產酸產氫階段，COD只是形態發生轉化，僅僅是一種COD轉化為另一種COD，實際的COD轉化發生在產甲烷階段，在那時，COD轉化為甲烷而從污水中溢出，因此，如果將酸化后的污水直接進行好氧處理，運行成本不會有明顯的變化。

4）產甲烷階段

產甲烷菌是一種嚴格的厭氧微生物，與其它厭氧菌比較，其氧化還原電位非常低 （＜-330mv）。在此階段，酸化產物被產甲烷菌分解合成為CH4、CO2和H2O等，甲烷的轉化產率約為70－75%，故COD大為降低。

經過近幾十年的發展，厭氧工藝不斷得以改進，衍生了多種類型的厭氧反應裝置，并應用于大量的工程實例中。
厭氧既有傳統的反應器又有現代反應器，這些工藝又可分為厭氧懸浮生長和厭氧接觸生長工藝。其中第一代反應器有：普通厭氧消化池、厭氧接觸工藝等；在第二代的厭氧反應器中，典型代表有：厭氧濾池（AF）、上流式厭氧污泥床（UASB）、下行式固定膜反應器（DSFF）、厭氧附著膜膨脹反應器（AAFEB）、厭氧流化床（AFB）；第三代厭氧反應器是內循環厭氧反應器（IC）。
目前主流厭氧有UASB、AF、IC等形態，這幾種工藝非常成熟，應用十分廣泛，贏得了較好的口碑?，F進行詳細比對，以確定合適的厭氧反應裝置。

表 主流厭氧反應器技術性能比對表

其中IC厭氧反應器是由我公司聯合山東大學、齊魯工業大學、山東省輕工業設計院等知名院校和科研機構，汲取、優化并改進了國內、國際先進的厭氧處理技術，所創造的更加適合國情的前沿技術，是UASB厭氧反應器的改進產品，屬第三代厭氧反應器。
IC厭氧反應器在處理高濃度有機廢水、高懸浮物及高生物毒性廢水與間歇性生產廢水領域有獨特的優勢，對COD的去除率在90%左右，產生的沼氣與顆粒污泥可作為資源進行回收和出售，為企業帶來可觀的經濟效益和社會效益。而且我公司經過多年的摸索，采用絮狀污泥代替大部分顆粒泥，大大降低了建設投資成本。
由上可知， IC裝置各方面優勢明顯，綜合性能更高，且我公司在厭氧方面有豐富的實踐經驗和良好的運行效果，因此采用公司專有技術IC厭氧反應器。

Ⅰ、IC的組成

IC反應器是由四個功能部分組成：即混合區、膨脹床部分、精處理區和回流部分。 如下圖所示：
混合區：在反應器的底部，進入的污水與顆粒污泥及內部氣體循環所帶回的出水有效的混合，對原水進行充分的稀釋和均質；
膨脹床部分：這一區域由包含高濃度顆粒污泥的膨脹床構成。反應產生的沼氣和內循環回流引起較高的上升流速，使反應器內的顆粒污泥處于膨脹狀態。顆粒污泥和污水之間有效的接觸使得污泥具有高的活性，可以獲得高的有機負荷和轉化效率。
精處理區：這一區域的污泥負荷相對較低，水力停留時間相對較長和推流的流態相對平穩，而且沼氣在精處理區產生的擾動小，使得生物可降解COD幾乎全部的去除。雖然與UASB反應器條件相比，反應器總的負荷率較高，但因為內部循環體不經過精處理區，因此在精處理區的上升流速也較低，能保持良好的固體停留。
回流系統：分外回流和內回流，內部的回流是根據氣提原理，利用上層與下層的氣室間存在的壓力差?；亓鞯谋壤僧a氣量（進水COD濃度）決定，是自調節的。外回流是通過外回流泵控制回流水在反應器的底部進入系統內，從而在膨脹床部分產生附加擾動，這使得系統的啟動過程加快。一般在調試初期或發生沖擊時啟動外回流，可增加反應器的抗沖擊能力。
另外IC監控系統也是厭氧反應器的重要環節，它對IC的進水量、回流量、溫度、沼氣產量等進行監控。IC監控系統保證了系統穩定運行，避免反應器因水的波動受到沖擊，造成長時間不能恢復正常運行，使整個系統運行管理簡單、操作方便。

Ⅱ、IC的特點

IC有如下幾大特點：
a、容積負荷率高，水力停留時間短
IC反應器生物量大（可達到30~50g/L），污泥齡長。特別是由于存在著內、外循環，傳質效果好。處理高濃度有機污水，進水容積負荷率可達 10～30kgCOD/m3·d。
b、抗沖擊負荷強
在IC反應器中，當COD負荷增加時，沼氣的產生量隨之增加，內循環的氣提增加。處理高濃度污水時，循環流量可達進水流量的10～20倍，污水中高濃度和有害物質得到充分稀釋，大大降低有害程度，從而提高了反應器的耐沖擊負荷能力；當COD負荷較低時，沼氣產量也低，從而形成較低的內循環流。因此，內循環實際為反應器起到了自動平衡COD沖擊負荷的作用。
c、避免了固形物沉積
有一些污水中含有大量的懸浮物質，會在 UASB 等流速較慢的反應器內發生累積，將厭氧污泥逐漸置換，使厭氧反應器的運行效果惡化乃至失效。而在IC反應器中，高的液體和氣體上升流速，將懸浮物沖擊出反應器。
d、基建投資省和占地面積小
由于IC反應器的容積負荷率比普通的UASB反應器要高3～4倍以上，所以IC 反應器的體積為普通UASB反應器的1/4～1/3 左右，而且有很大的高徑比，占地面積特別省，可降低反應器的基建投資，非常使用于占地面積緊張的廠家采用。
e、依靠沼氣提升實現自身的內循環，減少能耗
厭氧流化床載體的膨脹和流化，是通過內循環回流泵加壓實現，因此需要消耗一部分動力。而IC反應器正常運行時是以自身產生的沼氣作為提升的動力，實現混合液內循環，正常運行不必啟動回用水泵實現強制循環，從而減少能耗。
f、減少藥劑投量，降低運行費用
內外循環相當于第一級厭氧出水的回流，對pH起緩沖作用，使反應器內的pH保持穩定?？蓽p少進水的投堿量，從而降低運行費用。
g、可以在一定程度上減少結垢
對于一些含鹽量較高的污水，如蛋白污水、淀粉污水等，由于污水中含有超量的鈣鹽、同時還具有氨氮和磷酸鹽，所以在厭氧出水管路上容易形成鈣鹽沉積和磷酸銨鎂（鳥糞石）沉淀，嚴重的會堵塞管路。由于IC反應器采用的是內循環，沼氣中的CO2可以從水中逸出，減少結垢。
h、出水的穩定性好
IC反應器相當上、下兩個UASB反應器串聯運行，下面一個UASB反應器具有很高的有機負荷率，起“粗”處理作用，上面一個UASB反應器的負荷較低，起“精”處理作用。多級處理比單級處理的穩定性好，出水水質穩定。
i、顆粒污泥啟動，至快可30天達到滿負荷生產
IC反應器之所以在污水處理中能有這么大的處理效果，除了具有上面所提到的特點外，還有一個重要的決定因素是IC 反應器能產生高質量的顆粒污泥，該顆粒污泥粒徑均勻，飽滿密實，能在5m/h左右的上升流速下不破碎，對IC的高處理效果起到了重要的作用。厭氧顆粒污泥在常溫狀態下閑置1~2個月后，IC反應器再次啟動仍能達到較好的效果。顆粒污泥的這種特性，能更好的適用于不能進行連續生產的企業污水處理。

Ⅲ、IC的重要部件

① 三相分離器
三相分離器是IC反應器別具特色和重要的裝置。IC內設置了兩層五級三相離器，它們同時具有以下功能：
a、能收集從分離器下的反應室產生的沼氣，沼氣系統排氣壓 3kPa～5kPa； 使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來。
b、能夠適應IC反應器較高的上升流速，不影響氣、液、固的三相分離效果。
c、將IC反應器隔成兩個反應室，使得反應器的實際處理能力大大增高，抗沖擊負荷增強，保證良好的運行穩定性能。
為了保障三相分離器的使用壽命和耐腐蝕性，我公司采用耐腐性能好、剛性好、耐熱性好的改性PP 板材，設備成套加工，節約安裝時間。 在IC中三相分離器承受很大的沼氣壓力，為了防止焊接部分開裂，或者是板材鼓裂，我公司在設備加工時采用獨特的承插結構加工方式，在一些關鍵的受力部分還安裝了加強筋，這樣就保障了足夠的壓力和強度條件下，三相分離器不開裂，不鼓裂，保障了工程施工質量和系統運行的安穩。我們生產的三相分離器在出廠時都要做氣密性和強度試驗，保證使用壽命。
② 立體旋流布水系統
布水系統是厭氧反應器的關鍵配置，它對于形成污泥與進水間充分的接觸、更大限度地利用反應器的污泥是十分重要的。布水系統兼有配水和水力攪動作用，為了保證這兩個作用的實現，需要滿足如下原則：
a、進水裝置的設計使分配到各點的流量相同；
b、進水管不易堵塞；
c、盡可能滿足污泥床水力攪拌的需要，保證進水有機物與污泥迅速混合，防止局部產生酸化現象。
同時為保障布水系統的耐腐蝕性，延長使用壽命，我公司采用304不銹鋼進行制作。布水方式采用立體旋流布水方式，具有布水均勻性好、不易堵塞。
③ 汽水分離器
汽水分離器位于罐頂，是氣體、液體、固體快速分離的裝置，在結構上采用旋流分離原理，獨特的分離角度，能非常好地保障系統的穩定運行。