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      IC反應(yīng)器未來(lái)應(yīng)用將超過(guò)UASB

      2009/4/6

        IC反應(yīng)器未來(lái)應(yīng)用將超過(guò)UASB

        2008年4月 來(lái)源: 中國(guó)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(zhǎng)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(guò)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(guò)量流失,處理效果變差。
          近十幾年來(lái),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(kāi)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(guó)的國(guó)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(chǎng)制作,施工工期短,安裝簡(jiǎn)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(guò)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(guò)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。
          (5)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(shuō),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(lái)了不少新的問(wèn)題。有學(xué)者認(rèn)為IC主要存在的問(wèn)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(guò)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(guò)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。
          (3)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(lái)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(guó)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(chǎng)前景時(shí),吳靜博士表示,盡管IC反應(yīng)器在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用仍不是很成熟,但是已經(jīng)基本走過(guò)了市場(chǎng)培育期,從去年開(kāi)始,已經(jīng)有客戶開(kāi)始主動(dòng)提出對(duì)IC反應(yīng)器的需求。IC反應(yīng)器國(guó)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(guò)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(chǎng)份額來(lái)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(lái)前者將會(huì)超過(guò)后者的應(yīng)用。

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