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    厭氧反應器

    厭氧反應器

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    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。

    厭氧主流工藝的比對

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    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。現進行詳細比對,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

    指標/工藝 IC UASB AF
    設備成熟性 成熟 成熟 較成熟
    設備調試時間 7~15天 20~60天 30~60天
    設備二次啟動時間 7~15天 10~20天 15~30天
    微生物pH 范圍要求 6.5~8.5 6.5~8.5 6.5~8.5
    污泥要求 顆粒及絮狀泥 顆粒或絮狀泥 絮狀污泥
    容積負荷(kgCOD/m3·d) 10~30 3~5 6~9
    高徑比 2~8 1~3 1~2
    占地面積 較大
    施工難度 較大
    動力消耗 較小 較小
    COD去除效率 80~95% 80~95% 70~90%
    毒性抑制耐受力
    耐負荷沖擊
    上流速度 3~10m/h 0.3~1m/h 0.1~0.5m/h
    顆粒污泥產量
    維修維護 較復雜 適中 復雜
    系統總運行成本 較低
    設備投資 較高 適中 較低

    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。

    IC反應器詳解

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    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。回流的比例由產氣量(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。可減少進水的投堿量,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。

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