內(nèi)循環(huán)IC厭氧反應器PPT課件

1、4.5 內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應器一、內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應器的由來1、厭氧UASB反應器 升流式厭氧污泥床(UASB)反應器是由Lettinga在七十年代開發(fā)的。國際上荷蘭的PAQUES（帕克）、荷蘭的BIOTHANE（百歐仕）和比利時的BIOTIM公司是世界上主要三個UASB技術(shù)的廠家。僅這三家公司占國際市場份額的74%，這三家公司的技術(shù)主要是采用UASB技術(shù)，這反映了UASB技術(shù)除其技術(shù)本身的特點之外，其市場化的水平也是比較高的。第1頁/共39頁（1）UASB反應器的構(gòu)造 UASB反應器包括以下幾個部分：進水和配水系統(tǒng)、反應器的池體和三相分離器。如果考慮整個厭氧系統(tǒng)還應該包括沼氣收集和利用

2、系統(tǒng)。在UASB反應器中最重要的設備是三相分離器，這一設備安裝在反應器的頂部并將反應器分為下部的反應區(qū)和上部的沉淀區(qū)。第2頁/共39頁配水系統(tǒng)污泥處理水沼氣三相分離器出水堰水沼氣污泥顆粒污泥區(qū)懸浮污泥區(qū)圖19-12 升流式厭氧污泥床開放式UASB反應器第3頁/共39頁（2）UASB顆粒污泥的形成與特征1）污泥顆?；囊饬x 在厭氧反應器中顆粒污泥的形成過程稱之為污泥顆粒化。 使污泥具有良好的沉淀性，能在很高產(chǎn)氣量和上向流速下以較高濃度保留在反應器內(nèi)，因此可以使之承受更高的有機容積負荷和水力負荷； 細菌形成的污泥顆粒狀聚集體是一個微生態(tài)的系統(tǒng)，其中不同類型的微生物種群形成了共生或互生體系，有利于形

3、成微生物生長、生理生化的條件；第4頁/共39頁 顆粒污泥的形成利于其中的微生物對營養(yǎng)的吸收，利于有機物降解； 顆粒污泥使諸如乙酸菌和利用氫的細菌等的發(fā)酵菌的中間產(chǎn)物的擴散距離大大縮短； 在諸如pH和毒性物質(zhì)等廢水水質(zhì)驟變時，顆粒污泥性能維持在一個相對穩(wěn)定的微環(huán)境中而代謝過程繼續(xù)進行。第5頁/共39頁（3）存在問題反應器容積負荷定義：1）對于低濃度的有機廢水（1.5-2.0 CODg/L）時，反應器進水容積負荷控制在（5-8 kgCOD/(m3d)），以免水力負荷過大增加懸浮污泥顆粒流失；2）對于高濃度的有機廢水（5-9 CODg/L）時，反應器進水容積負荷控制在（10-20 kgCOD/(m3

4、d)），以免產(chǎn)氣量、水力負荷過大增加懸浮污泥顆粒流失。VQSNV0第6頁/共39頁二、內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應器的基本構(gòu)造與原理1、內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應器的基本構(gòu)造內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應器的基本結(jié)構(gòu)IC反應器基本構(gòu)造如圖所示，它相似由2層UASB反應器串聯(lián)而成按功能劃分，反應器由下而上共分為5個區(qū)：混合區(qū)、第1厭氧區(qū)、第2厭氧區(qū)、沉淀區(qū)和氣液分離區(qū)。 第7頁/共39頁第8頁/共39頁2、內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應器原理（1）混合區(qū)：反應器底部進水、顆粒污泥和氣液分離區(qū)回流的泥水混合物有效地在此區(qū)混合。（2）第1厭氧區(qū)：混合區(qū)形成的泥水混合物進入該區(qū)，在高濃度污泥作用下，大部分有機物轉(zhuǎn)化為沼氣?；旌?/p>

5、液上升流和沼氣的劇烈擾動使該反應區(qū)內(nèi)污泥呈膨脹和流化狀態(tài)，加強了泥水表面接觸，污泥由此而保持著高的活性。第9頁/共39頁（3）氣液分離區(qū)：被提升的混合物中的沼氣在此與泥水分離并導出處理系統(tǒng)，泥水混合物則沿著回流管返回到最下端的混合區(qū)，與反應器底部的污泥和進水充分混合，實現(xiàn)了混合液的內(nèi)部循環(huán)。 第10頁/共39頁（4）第2厭氧區(qū)：經(jīng)第1厭氧區(qū)處理后的廢水，除一部分被沼氣提升外，其余的都通過三相分離器進入第2厭氧區(qū)。該區(qū)污泥濃度較低，且廢水中大部分有機物已在第1厭氧區(qū)被降解，因此沼氣產(chǎn)生量較少。沼氣通過沼氣管導入氣液分離區(qū)，對第2厭氧區(qū)的擾動很小，這為污泥的停留提供了有利條件。（5）沉淀區(qū)：第2厭

6、氧區(qū)的泥水混合物在沉淀區(qū)進行固液分離，上清液由出水管排走，沉淀的顆粒污泥返回第2厭氧區(qū)污泥床。第11頁/共39頁3、結(jié)論（1）由下面第一個UASB反應器產(chǎn)生的沼氣作為提升的內(nèi)動力，使升流管和回流管的混合液產(chǎn)生密度差，實現(xiàn)下部混合液的內(nèi)循環(huán)，使廢水獲得強化預處理。 上面的第二個UASB反應器對廢水繼續(xù)進行后處理（或稱精處理），使出水達到預期的處理要求。（2）反應器通過2層三相分離器來實現(xiàn)SRTHRT，獲得高污泥濃度；通過大量沼氣和內(nèi)循環(huán)的劇烈擾動，使泥水充分接觸，獲得良好的傳質(zhì)效果。 第12頁/共39頁三、工藝技術(shù)優(yōu)點（1）容積負荷高 IC反應器內(nèi)污泥濃度高，微生物量大，且存在內(nèi)循環(huán)，傳質(zhì)效果好

7、，進水有機負荷可超過普通厭氧反應器的3倍以上。（2）節(jié)省投資和占地面積 IC反應器容積負荷率高出普通UASB反應器3倍左右，其體積相當于普通反應器的1/41/3左右，大大降低了反應器的基建投資。而且IC反應器高徑比很大（一般為48），所以占地面積特別省，非常適合用地緊張的工礦企業(yè)。 第13頁/共39頁（3）抗沖擊負荷能力強 處理低濃度廢水（COD=20003000mg/L）時，反應器內(nèi)循環(huán)流量可達進水量的23倍；處理高濃度廢水（COD=1000015000mg/L）時，內(nèi)循環(huán)流量可達進水量的1020倍。大量的循環(huán)水和進水充分混合，使原水中的有害物質(zhì)得到充分稀釋，大大降低了毒物對厭氧消化過程的影

8、響。 第14頁/共39頁（4）抗低溫能力強 溫度對厭氧消化的影響主要是對消化速率的影響。IC反應器由于含有大量的微生物，溫度對厭氧消化的影響變得不再顯著和嚴重。通常IC反應器厭氧消化可在常溫條件（2025 ）下進行，這樣減少了消化保溫的困難，節(jié)省了能量。 第15頁/共39頁（5）具有緩沖pH的能力 內(nèi)循環(huán)流量相當于第1厭氧區(qū)的出水回流，可利用COD轉(zhuǎn)化的堿度，對pH起緩沖作用，使反應器內(nèi)pH保持最佳狀態(tài)，同時還可減少進水的投堿量。（6）內(nèi)部自動循環(huán)，不必外加動力 普通厭氧反應器的回流是通過外部加壓實現(xiàn)的，而IC反應器以自身產(chǎn)生的沼氣作為提升的動力來實現(xiàn)混合液內(nèi)循環(huán)，不必設泵強制循環(huán)，節(jié)省了動力

9、消耗。 第16頁/共39頁（7）出水穩(wěn)定性好 利用二級UASB串聯(lián)分級厭氧處理，可以補償厭氧過程中Ks高產(chǎn)生的不利影響。Van Lier在1994年證明，反應器分級會降低出水VFA濃度，延長生物停留時間，使反應進行穩(wěn)定。（8）啟動周期短 IC反應器內(nèi)污泥活性高，生物增殖快，為反應器快速啟動提供有利條件。IC反應器啟動周期一般為12個月，而普通UASB啟動周期長達46個月。 第17頁/共39頁（9）沼氣利用價值高 反應器產(chǎn)生的生物氣純度高，CH4為7080，CO2為2030，其它有機物為15，可作為燃料加以利用。 第18頁/共39頁四、IC處理技術(shù)應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 IC處理技術(shù)從問世以來已成功

10、應用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、檸檬酸和造紙等廢水處理中。1、土豆加工廢水 1985年荷蘭首次應用IC反應器處理土豆加工廢水，容積負荷（以COD計）高達3550kg/(m3d)，停留時間46h；而處理同類廢水的UASB反應器容積負荷僅有1015 kg/(m3d)，停留時間長達十幾到幾十個小時。 第19頁/共39頁2、啤酒廢水 在啤酒廢水處理工藝中，IC技術(shù)應用得較多，目前我國已有3家啤酒廠引進了此工藝。從運行結(jié)果看，IC工藝容積負荷（以COD計）可達1530 kg/(m3d)，停留時間24.2 h，COD去除率COD75；而UASB反應器容積負荷僅有47 kg/(m3d)，停留時間近10 h。

11、 第20頁/共39頁3、高濃度和高鹽度的有機廢水 對于處理高濃度和高鹽度的有機廢水，IC反應器也有成功的經(jīng)驗。位于荷蘭Roosendaal的一家菊苣加工廠的廢水，COD約7900mg/L，SO42-為250mg/L，Cl-為4200mg/L。采用22m高、1100m3容積的IC反應器，容積負荷（以COD計）達31 kg/(m3d)，COD80，平均停留時間僅6.1 h。 第21頁/共39頁4、其他 我國無錫羅氏中亞檸檬有限公司的IC厭氧處理系統(tǒng)自1998年12月運行以來一直都很穩(wěn)定，進水COD一般在8000mg/L以上，pH5.0左右，容積負荷（以COD計）可達30 kg/(m3d)，出水CO

12、D基本在2000mg/L以下，且每千克COD產(chǎn)沼氣0.42m3。 1996年IC反應器首次應用于紙漿造紙行業(yè)，并迅速獲得客戶歡迎，至今全世界造紙行業(yè)已建造IC反應器23個。 第22頁/共39頁五、出現(xiàn)的新問題1、從構(gòu)造上看，IC反應器內(nèi)部結(jié)構(gòu)比普通厭氧反應器復雜，設計施工要求高。反應器高徑比大，一方面增加了進水泵的動力消耗，提高了運行費用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中細微顆粒物比UASB多，加重了后續(xù)處理的負擔。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。 第23頁/共39頁2、發(fā)酵細菌通過胞外酶作用將不溶性有機物水解成可溶性有機物，再將可溶性的大分子有機

13、物轉(zhuǎn)化成脂肪酸和醇類等，該類細菌水解過程相當緩慢。IC反應器較短的水力停留時間勢必影響不溶性有機物的去除效果。3、在厭氧反應中，有機負荷、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。一般較高的有機負荷可獲得較大的產(chǎn)氣量，但處理程度會降低。因此，IC反應器的總體去除效率相比UASB反應器來講要低些。 第24頁/共39頁4、缺乏在IC反應器水力條件下培養(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)引進的IC反應器均采用荷蘭進口的顆粒污泥接種，增加了工程造價。 上述問題有待在對IC厭氧處理技術(shù)內(nèi)部規(guī)律進行更深入探討的基礎上，結(jié)合工程實踐加以克服，使這一新技術(shù)更加完善。 第25頁/共39頁六

14、、膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應器 EGSB反應器是二十世紀九十年代初問世的一種新型的高效厭氧生物反應器。它是繼UASB之后的第三代厭氧生物反應器，由于反應器中能夠形成顆粒狀的厭氧污泥，而且顆粒污泥層在運行時處于膨脹狀態(tài)，所以厭氧生物能與污水中的有機物接觸更加充分，反應器容積利用率更高。第26頁/共39頁1、EGSB反應器工作原理 EGSB反應器由布水器、反應區(qū)和三相分離器組成。 廢水由反應器底部的布水器均勻進入反應區(qū)。在水流均勻向上流動的過程中，廢水中的有機物與反應區(qū)內(nèi)的厭氧污泥充分接觸，被厭氧菌所分解利用。最后經(jīng)過特殊設計的三相分離器，進行氣固液分離后，沼氣由氣室收集，污泥由沉淀區(qū)沉淀后自

15、行返回反應區(qū)，沉淀后的處理水以溢流的方式從反應器上部流出。第27頁/共39頁2、特點（1）與升流式厭氧處理床（UASB）相比，EGSB裝置具有如下優(yōu)點：1）傳質(zhì)效果好2）有機物去除率高3）能夠承受更高的進水濃度（生產(chǎn)性裝置：3000040000mgCOD/L）第28頁/共39頁4）能夠在更高的容積負荷下運行（可達30kgCOD/m3d以上）5）占地面積小（裝置可高達10米至20米，因此占地面積僅為UASB的1/2至1/5）6）污泥濃度高（可達50-60kgTVS/m3）7）布水容易均勻，反應器中無死水區(qū)第29頁/共39頁（2）與IC反應器相比 本反應器在處理高濃度有機廢水時，處理出水不循環(huán)，可

16、進一步節(jié)省能耗，大多數(shù)情況下厭氧廢水處理系統(tǒng)能夠做到凈產(chǎn)能，為廠方節(jié)煤、節(jié)電，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。 EGSB厭氧處理中的精髓是厭氧顆粒污泥，厭氧顆粒污泥具有良好的沉降性能，而且具有以下的優(yōu)點。第30頁/共39頁1） 細菌形成顆粒污泥的聚集體是一個微生物系統(tǒng)，其中不同類型的種群組成了共生或互生體系，有利于細菌生長并有利于有機物的降解。2） 顆粒使發(fā)酵菌的中間產(chǎn)物的擴散距離大大縮短，這對復雜有機物的降解是非常重要的3） 當廢水性質(zhì)突然變化時（例如：pH值、毒性物的濃度），顆粒污泥能維持一個穩(wěn)定的微環(huán)境，使代謝過程繼續(xù)進行。4） 采用顆粒污泥接種新的反應器，可以大大縮短生物啟動時間第31頁/共39頁

17、3、適用范圍與處理效果 本反應器適用于適用于發(fā)酵行業(yè)（酒精、米酒、啤酒、檸檬酸、酵母、制藥等）以及淀粉和部分化工行業(yè)的中、高濃度有機廢水處理，在無生物抑制現(xiàn)象發(fā)生的條件下，其有機物（COD）去除效率可達90%以上，再經(jīng)好氧等后繼處理后，水質(zhì)可以達到國家污水排放標準GB8978-1996中規(guī)定的一級排放標準。第32頁/共39頁4、工程應用實例（1）天津掛月集團酒精廢液治理改造工程 該廠以玉米為原料生產(chǎn)酒精，糟液壓濾后COD為20000-30000mg/L，工廠原先以全混式發(fā)酵罐處理廢液，南開大學將其工藝改造為EGSB+接觸氧化，處理能力提高10倍，COD容積負荷達到29kg/m3d，廢水達標排放

18、。第33頁/共39頁（2）山東潔晶集團日照化工二廠廢水處理工程 該廠以海帶為原料提取海藻酸鈉和甘露醇，各種生產(chǎn)廢水混合后COD為5000-7000mg/L，SS高達9000mg/L，采用EGSB+接觸氧化生物處理工藝，調(diào)試兩個月后廢水達標排放。第34頁/共39頁（3）天津?qū)幒犹熳鹁茦I(yè)集團酒精廢水處理工程廢水量：1000m3/d玉米酒精糟液容積負荷15kg/m3d以上，厭氧處理后，COD濃度由30000mg/L一步降到1200mg/L以下。（4）山東沂源釀酒總廠酒精廢液治理工程以薯干為原料生產(chǎn)酒精，酒精原糟液COD為40000-50000mg/L，經(jīng)二級EGSB+好氧生物處理（接觸氧化或SBR）后，出水達標排放。第35頁/共39頁（5）廣東省湛江市南方酒精工業(yè)公司木薯酒