1、IC厭氧設計 IC反應器，即內(nèi)循環(huán)厭氧反應器，相似由2層UASB反應器串聯(lián)而成。其由上下兩個反應室組成。在處理高濃度有機廢水時，其進水負荷可提高至3550kgCOD/(m3d)。與UASB反應器相比，在獲得相同處理速率的條件下，IC反應器具有更高的進水容積負荷率和污泥負荷率，IC反應器的平均升流速度可達處理同類廢水UASB反應器的20倍左右。設計參數(shù)（1）參數(shù)選取設計參數(shù)選取如下：第一反應室的容積負荷NV135kgCOD/(m3d)，：第二反應室的容積負荷NV212kgCOD/(m3d)；污泥產(chǎn)率0.03kgMLSS/kgCOD；產(chǎn)氣率0.35m3/kgCOD（2）設計水質設 計 參 數(shù)COD

2、crBOD5SS進水水質/ (mg/L)24074125131890去除率/ %859030出水水質/ (mg/L)361112511323（3）設計水量Q3000m3/d125m3/h=0.035m3/s反應器所需容積及主要尺寸的確定（見附圖6-4）（4）有效容積 本設計采用進水負荷率法，（5）按中溫消化（3537）、污泥為顆粒污泥等情況進行計算。V 式中 V反應器有效容積，m3；Q廢水的設計流量，m3/d；Nv容積負荷率，kgCOD/（m3d）；C0進水COD濃度，kg/m3；Ce出水COD濃度，kg/m3。IC反應器的第一反應室去除總COD的80左右，第二反應室去除總COD的20。第一反

3、應室的有效容積V1 1684m3第二反應室的有效容積V1 1228m3IC反應器的總有效容積為V168412282912m3，這里取3000m3本設計設置兩個相同的IC反應器，則每個反應器容積為V3000/21500m3（6）IC反應器幾何尺寸本設計的IC反應器的高徑比為2.5VAH 則D 8.2m，取9m，H2.5922.5m，取23m。每個IC反應器總容積負荷率：NV 30.5kgCOD/(m3d)IC反應器的底面積A 63.6m2，則第二反應室高 H2 9.65m，取9.5m第一反應室的高度 H1HH2231013.5m（7）IC反應器的循環(huán)量進水在反應器中的總停留時間為tHRT 16h

4、設第二反應室內(nèi)液體升流速度為4m/h，則需要循環(huán)泵的循環(huán)量為256m3/h。第一反應室內(nèi)液體升流速度一般為1020m/h，主要由厭氧反應產(chǎn)生的氣流推動的液流循環(huán)所帶動。第一反應室產(chǎn)生的沼氣量為Q沼氣Q（C0Ce）0.80.353600/2（24.0743.611）0.80.3510313220626m3/d 每立方米沼氣上升時攜帶12m3左右的廢水上升至反應器頂部，則回流廢水量為1031320620 m3/d，即430859 m3/h，加上IC反應器廢水循環(huán)泵循環(huán)量256 m3/h，則在第一反應室中總的上升水量達到了6861115 m3/h，上流速度可達10.7917.53m/h，可見IC反應

5、器設計符合要求。（8）IC反應器第一反應室的氣液固分離幾何尺寸1沉淀區(qū)設計三相分離器沉淀區(qū)固液分離是靠重力沉淀達到的，其設計的方法與普通二沉池設計相似，主要考慮沉淀面積和水深兩相因素。根據(jù)Stokes公式：vs 3.83cm/s138.2m/h 0.0071g/（cms）；顆粒污泥密度取1.05g/cm3第一反應室三相分離器設計示意圖（見附圖6-5）。三相分離器單元結構設計圖（見附圖6-6）。計算BB間的負荷可以確定相鄰兩上擋板間的距離。BB間水流上升速度一般小于20m/h，則BB間的總面積S為：S 12.8m2式中Q為IC反應器循環(huán)泵的流量。設一個三相分離器單元寬為1800mm，則每個IC器

6、反應器內(nèi)可安裝5個三相分離器單元。設兩上擋板間的間距b1450mm，三相分離器沉淀區(qū)斜壁傾斜度選50，上擋板三角形與集氣罩頂相距300mm，則2（h1/tg50）b11800三相分離器上擋板高度：h1804.4mm設兩相鄰下?lián)醢彘g的間距b2200mm；上下?lián)醢彘g回流縫b3150mm，板間縫隙液流速度為30m/h；氣封與下?lián)醢彘g的距離b4100mm；兩下?lián)醢彘g距離（CC）b5400mm，板間液流速度大于25m/h，則 b2b52（ ）1800三相分離器下?lián)醢甯叨龋篽2715mm2反應器頂部氣液分離器的設計IC頂部氣液分離器的目的是分離氣和固液，由于采用切線流狀態(tài)，上部分離器中氣和固液分離較容易，

7、這里設計直徑為3m的氣液分離器，筒體高2m，下錐底角度65，上頂高500mm。IC反應器進水配水系統(tǒng)的設計3布水方式采用切線進水的布水方式，布水器具有開閉功能，即泵循環(huán)時開口出水，停止運行時自動封閉。本工程擬每25m2設置一布水點，出口水流速度25m/s。擬設24個布水點，每個負荷面積為Si 2.65m2。4配水系統(tǒng)形式本工程采用無堵塞式進水分配系統(tǒng)（見附圖6-7）。為了配水均勻一般采用對稱布置，各支管出水口向著池底，出水口池底約20cm，位于服務面積的中心點。管口對準池底反射錐體，使射流向四周均勻散布于池底，出水口支管直徑約20mm，每個出水口的服務面積為24m2。單點配水面積Si2.65m

8、2時，配水半徑r0.92m。取進水總管中流速為1.6m/s，則進水總管管徑為：D 2 0.128m128mm配水口8個，配水口出水流速選為2.5m/s，則配水管管徑d 36mm出水系統(tǒng)設計 出水渠寬取0.3m，工程設計4條出水渠。設出水渠渠口附近流速為0.2m/s，則出水渠水深 0.145m排泥系統(tǒng)設計取X0.05kgVSS/kgCOD，根據(jù)VSS/SS0.8，則X0.05/0.80.06kgSS/kgCOD產(chǎn)泥量為：XXQSr 240740.850.06360010-34420kgMLSS/d每日產(chǎn)泥量4420kgMLSS/d，污泥含水率P為98，因含水率95，去1000kg/m3，則每個I

9、C反應器日產(chǎn)泥量為Qs 110.5m3/d。這里假設第一反應室污泥濃度為100gSS/L，第二反應室為20gSS/L，則IC反應器中污泥總量為：G100V120V21001684301228205 240kgSS因此，IC反應器的污泥齡為205 240/442046d在離兩級三相分離器下三角以下0.5m處各設一排泥口，在反應器設放空管，口徑為100mm。產(chǎn)氣量計算每日產(chǎn)氣量：240740.850.35360010-325783.3m3/d每平方米沼氣發(fā)電2kWh，沼氣用于發(fā)電，電量為：W25783.3251566.6 kWh/dIC厭氧反應技術 1 引言 廢水厭氧生物技術由于其巨大的處理能力和

10、潛在的應用前景，一直是水處理技術研究的熱點。從傳統(tǒng)的厭氧接觸工藝發(fā)展到現(xiàn)今廣泛流行的UASB工藝，廢水厭氧處理技術已日趨成熟。隨著生產(chǎn)發(fā)展與資源、能耗、占地等因素間矛盾的進一步突出，現(xiàn)有的厭氧工藝又面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是如何處理生產(chǎn)發(fā)展帶來的大量高濃度有機廢水，使得研發(fā)技術經(jīng)濟更優(yōu)化的厭氧工藝非常必要1。內(nèi)循環(huán)厭氧處理技術（以下簡稱IC厭氧技術）就是在這一背景下產(chǎn)生的高效處理技術，它是20世紀80年代中期由荷蘭PAQUES公司研發(fā)成功，并推入國際廢水處理工程市場，目前已成功應用于土豆加工、啤酒、食品和檸檬酸等廢水處理中2。實踐證明，該技術去除有機物的能力遠遠超過普通厭氧處理技術（如UASB）

11、，而且IC反應器容積小、投資少、占地省、運行穩(wěn)定，是一種值得推廣的高效厭氧處理技術。2 現(xiàn)有厭氧處理技術的局限性 厭氧處理是廢水生物處理技術的一種方法，要提高厭氧處理速率和效率，除了要提供給微生物一個良好的生長環(huán)境外，保持反應器內(nèi)高的污泥濃度和良好的傳質效果也是2個關鍵性舉措。 以厭氧接觸工藝為代表的第1代厭氧反應器，污泥停留時間（SRT）和水力停留時間（HRT）大體相同，反應器內(nèi)污泥濃度較低，處理效果差3。為了達到較好的處理效果，廢水在反應器內(nèi)通常要停留幾天到幾十天之久。 以UASB工藝為代表的第2代厭氧反應器，依靠顆粒污泥的形成和三相分離器的作用，使污泥在反應器中滯留，實現(xiàn)了SRTHRT，

12、從而提高了反應器內(nèi)污泥濃度，但是反應器的傳質過程并不理想。要改善傳質效果，最有效的方法就是提高表面水力負荷和表面產(chǎn)氣負荷4。然而高負荷產(chǎn)生的劇烈攪動又會使反應器內(nèi)污泥處于完全膨脹狀態(tài)，使原本SRTHRT向SRT=HRT方向轉變，污泥過量流失，處理效果變差。3 IC反應器工作原理及技術優(yōu)點3.1 IC反應器工作原理 IC反應器基本構造如圖1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)。 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。 第1厭氧區(qū)：混合區(qū)形成的泥水混合物進入該區(qū)，

13、在高濃度污泥作用下，大部分有機物轉化為沼氣。混合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。隨著沼氣產(chǎn)量的增多，一部分泥水混合物被沼氣提升至頂部的氣液分離區(qū)。 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

14、2厭氧區(qū)的擾動很小，這為污泥的停留提供了有利條件。 沉淀區(qū)：第2厭氧區(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。 從IC反應器工作原理中可見，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，獲得良好的傳質效果。3.2 IC工藝技術優(yōu)點 IC反應器的構造及其工作原理決定了其在控制厭氧處理影響因素方面比其它反應器更具有優(yōu)勢。 （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)，傳質效果好，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

15、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5。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)。 （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5。大量的循環(huán)水和進水充分混合，使原水中的有害物質得到充分稀釋，大大降低了毒物對厭氧消化過程的影響。 （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，

16、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。 （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)省了動力消耗。 （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K s高產(chǎn)生的不利影響。Van Lier6在1994年證

17、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7。 （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8。4 IC處理技術應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 IC處理技術從問世以來已成功應用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、檸檬酸和造紙等廢水處理中。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46 h9；而

18、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3。 在啤酒廢水處理工藝中，IC技術應用得較多，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COD759；而UASB反應器容積負荷僅有47 kg/(m3d)，停留時間近10 h3。 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

19、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 h9。 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COD基本在2000mg/L以下，且每千克COD產(chǎn)沼氣0.42m310。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11。 表1列出了IC反應器和UASB反應器處理典型廢水的對照結果，從表中數(shù)據(jù)可以看出，IC反應器在很大程度上解決了UASB的不

20、足，大大提高了反應器單位容積的處理容量。表1 IC反應器與UASB反應器處理相同廢水的對比結果1對比指標反應器類型ICUASB啤酒廢水土豆加工廢水啤酒廢水土豆加工廢水反應器體積（m3）6162100140021700反應器高度（m）20156.45.5水力停留時間（h）2.14.0630容積負荷kg/(m3d)24486.810進水COD（mg/L）200060008000170012000COD（）80858095 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，經(jīng)濟高效、節(jié)能省地的厭氧反應器越來越受到水處理工作者的青睞。IC反應器的一系列技術優(yōu)點及其工程成功實踐，是現(xiàn)代厭氧反應器的一個突破，值得進一步研究開發(fā)。而且由于反

21、應器容積小，生產(chǎn)、運輸、安裝和維修都十分方便，產(chǎn)業(yè)化前景也很樂觀。5 IC反應器存在的幾個問題 COD容積負荷大幅度提高，使IC反應器具備很高的處理容量，同時也帶來了不少新的問題： （1）從構造上看，IC反應器內(nèi)部結構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12。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。 （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物轉化成脂肪酸和醇類等，該類細菌水解

22、過程相當緩慢13。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13。因此，IC反應器的總體去除效率相比UASB反應器來講要低些。 （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鍵技術。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2，增加了工程造價。 上述問題有待在對IC厭氧處理技術內(nèi)部規(guī)律進行更深入探討的基礎上，結合工程實踐加以克服，使這一新技術更加完善。厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)注意事項首先要有接種污泥，如果是已經(jīng)顆粒污

23、泥，只需培養(yǎng)馴化一下就可以了；如果采用活性污泥的話就比較麻煩。必須注意以下幾點：1營養(yǎng)元素和微量元素在當廢水中N、P等營養(yǎng)元素不足時，不易于形成顆粒，對于已經(jīng)形成的顆粒污泥會發(fā)生細胞自溶，導致顆粒破碎，因此要適當加以補充。N源不足時，可添加氮肥、含氮量高的糞便、氨基酸渣及剩余活性污泥等；P源不足時，可適當投加磷肥。鐵、鎳、鈷和錳等微量元素是產(chǎn)甲烷輔酶重要的組成部分，適量補充可以增加所有種群單位質量微生物中活細胞的濃度以及它們的酶活性。2選擇壓通常將水力負荷率和產(chǎn)氣負荷率兩者作用的總和稱為系統(tǒng)的選擇壓。選擇壓對污泥床產(chǎn)生沿水流方向的攪拌作用和水力篩選作用，是UASB等一系列無載體厭氧反應器形成顆

24、粒污泥的必要條件。高選擇壓條件下，水力篩選作用能將微小的顆粒污泥與絮體污泥分開，污泥床底聚集比較大的顆粒污泥，而比重較小的絮體污泥則進入懸浮層區(qū)，或被淘汰出反應器。定向攪拌作用產(chǎn)生的剪切力使顆粒產(chǎn)生不規(guī)則的旋轉運動，有利于絲狀微生物的相互纏繞，為顆粒的形成創(chuàng)造一個外部條件。低選擇壓條件下，主要是分散微生物的生長，這將產(chǎn)生膨脹型污泥。當這些微生物不附著在固體支撐顆粒上生長時，形成沉降性能很差的松散絲狀纏繞結構。液體上升流速在2.53.0m/d之間內(nèi)，最有利于UASB反應器內(nèi)污泥的顆粒化。3有機負荷率和污泥負荷率可降解的有機物為微生物提供充足的碳源和能源，是微生物增長的物質基礎。在微生物關鍵性的形

25、成階段，應盡量避免進水的有機負荷率劇烈變化。實驗研究表明，由絮狀污泥作為種泥的初次啟動時，有機負荷率在0.20.4 kgCOD/(kgVSS•d)和污泥負荷率在0.10.25kgCOD/(kgVSS•d)時，有利于顆粒污泥的形成。4 堿度堿度對污泥顆粒化的影響表現(xiàn)在兩方面：一是對顆粒化進程的影響；二是對顆粒污泥活性的影響。后者主要表現(xiàn)在通過調節(jié)pH值(即通過堿度的緩沖作用使pH值變化較小)使得產(chǎn)甲烷菌呈不同的生長活性，前者主要表現(xiàn)在對污泥顆粒分布及顆粒化速度的影響。在一定的堿度范圍內(nèi)，進水堿度高的反應器污泥顆粒化速度快，但顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性低；進水堿度低的反應器其污泥

26、顆粒化速度慢，但顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性高。因此，在污泥顆粒化過程中進水堿度可以適當偏高(但不能使反應器體系的pH>8.2，這主要是因為此時產(chǎn)甲烷菌會受到嚴重抑制)以加速污泥的顆粒化，使反應器快速啟動；而在顆粒化過程基本結束時，進水堿度應適當偏低以提高顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性。5接種污泥顆粒污泥形成的快慢很大程度上決定于接種污泥的數(shù)量和性質1。根據(jù)Lettinga的經(jīng)驗，中溫型UASB反應器的污泥接種量需稠密型污泥1215kgVSS/m3或稀薄型污泥6 kgVSS/m。高溫型UASB反應器最佳接種量在615kgVSS/m3。過低的接種污泥量會造成初始的污泥負荷過高，污泥量的迅速增長會使反應器內(nèi)各

27、種群數(shù)量不平衡，降低運行的穩(wěn)定性，一旦控制不當便會造成反應器的酸化。較多的接種菌液可大大縮短啟動所需的時間，但過多的接種污泥量沒有必要。一般說來，用處理同樣性質廢水的厭氧反應器污泥作種泥是最有利的，但在沒有同類型污泥時。不同的厭氧污泥同樣對反應器的啟動具有一定的影響，沒有處理同樣性質廢水的厭氧反應器污泥作種泥時，厭氧消化污泥或糞便可優(yōu)先考慮。6溫度溫度對于UASB的啟動與保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的影響。UASB反應器在常溫(25)，中溫(3341)和高溫(55)下均能順利啟動，并形成顆粒污泥。但絕大多數(shù)UASB啟動過程的研究都是在中溫條件下進行的，也有少數(shù)低溫啟動的報道。另外，不同種群產(chǎn)甲烷菌

28、對生長的溫度范圍，均有嚴格要求。因此，需要對厭氧反應的介質保持恒溫。不論何種原因導致反應溫度的短期突變，對厭氧發(fā)酵過程均有明顯的影響。2 加速污泥顆粒化的方法1 投加無機絮凝劑或高聚物投加無機絮凝劑或高聚物為了保證反應器內(nèi)的最佳生長條件，必要時可改變廢水的成分，其方法是向進水中投加養(yǎng)分、維生素和促進劑等。2 投加細微顆粒物向反應器中投加適量的細微顆粒物如粘土、陶粒、顆粒活性炭等惰性物質，利用顆粒物的表面性質，加快細菌在其表面的富積，使之形成顆粒污泥的核心載體，有利于縮短顆粒污泥的出現(xiàn)時間。但投加過量的顆粒會在水力沖刷和沼氣攪拌下相互撞擊、摩擦,造成強烈的剪切作用，阻礙初成體的聚集和粘結，對于顆粒污泥的成長有害無益。3 投加金屬離子適量惰性物如Ca2+、Mg2+和CO32-、SO42-等離子的存在，能夠促進顆粒污