IC厭氧處理新技術在環保行業中的原理及特點

1  引言

    廢水厭氧生物技術由于其巨大的處理能力和潛在的應用前景，一直是水處理技術研究的熱點。從傳統的厭氧接觸工藝發展到現今廣泛流行的UASB工藝，廢水厭氧處理技術已日趨成熟。隨著生產發展與資源、能耗、占地等因素間矛盾的進一步突出，現有的厭氧工藝又面臨著嚴峻的挑戰，尤其是如何處理生產發展帶來的大量高濃度有機廢水，使得研發技術經濟更優化的厭氧工藝非常必要。內循環厭氧處理技術（以下簡稱IC厭氧技術）就是在這一背景下產生的高效處理技術，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。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），而且IC反應器容積小、投資少、占地省、運行穩定，是一種值得推廣的高效厭氧處理技術。

2  現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境外，保持反應器內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，反應器內污泥濃度較低，處理效果差。為了達到較好的處理效果，廢水在反應器內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，實現了SRT>HRT，從而提高了反應器內污泥濃度，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氣負荷。然而高負荷產生的劇烈攪動又會使反應器內污泥處于完全膨脹狀態，使原本SRT>HRT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反應器串聯而成。按功能劃分，反應器由下而上共分為5個區：混合區、第1厭氧區、第2厭氧區、沉淀區和氣液分離區。

    混合區：反應器底部進水、顆粒污泥和氣液分離區回流的泥水混合物有效地在此區混合。

    第1厭氧區：混合區形成的泥水混合物進入該區，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內污泥呈膨脹和流化狀態，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。

    氣液分離區：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，泥水混合物則沿著回流管返回到最下端的混合區，與反應器底部的污泥和進水充分混合，實現了混合液的內部循環。

    第2厭氧區：經第1厭氧區處理后的廢水，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。該區污泥濃度較低，且廢水中大部分有機物已在第1厭氧區被降解，因此沼氣產生量較少。沼氣通過沼氣管導入氣液分離區，對第2厭氧區的擾動很小，這為污泥的停留提供了有利條件。

    沉淀區：第2厭氧區的泥水混合物在沉淀區進行固液分離，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SRT>HRT，獲得高污泥濃度；通過大量沼氣和內循環的劇烈擾動，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勢。

    （1）容積負荷高：IC反應器內污泥濃度高，微生物量大，且存在內循環，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1/4~1/3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4~8），所以占地面積特別省，非常適合用地緊張的工礦企業。

    （3）抗沖擊負荷能力強：處理低濃度廢水（COD=2000~3000mg/L）時，反應器內循環流量可達進水量的2~3倍；處理高濃度廢水（COD=10000~15000mg/L）時，內循環流量可達進水量的10~20倍。大量的循環水和進水充分混合，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，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（20~25 ℃）下進行，這樣減少了消化保溫的困難，節省了能量。

    （5）具有緩沖pH的能力：內循環流量相當于第1厭氧區的出水回流，可利用COD轉化的堿度，對pH起緩沖作用，使反應器內pH保持最佳狀態，同時還可減少進水的投堿量。

    （6）內部自動循環，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的，而IC反應器以自身產生的沼氣作為提升的動力來實現混合液內循環，不必設泵強制循環，節省了動力消耗。

    （7）出水穩定性好：利用二級UASB串聯分級厭氧處理，可以補償厭氧過程中K _s高產生的不利影響。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，使反應進行穩定。

    （8）啟動周期短：IC反應器內污泥活性高，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1～2個月，而普通UASB啟動周期長達4～6個月。

    （9）沼氣利用價值高：反應器產生的生物氣純度高，CH₄為70％～80％，CO₂為20％～30％，其它有機物為1％～5％，可作為燃料加以利用。

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