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興平市 IC厭氧反應器  ?

隨著對的日益重視，在廢水末端處理方也進行了大量的資金投入，j就拿IC厭氧反應器為例，該設備在造紙二部和板紙廢水厭氧處理技術(shù)的足以證明。廢水的厭氧處理技術(shù)以其、、污泥易于處理等優(yōu)點在廢水處理中正發(fā)揮著越來越大的。

UASB與IC在運行上的差別表現(xiàn)在抗沖擊負荷方，IC可以通過自動稀釋進水，效了反應室的進水濃度的穩(wěn)定性。其次是它僅需要較短的停留時間，對可生化性的廢水的確是優(yōu)點。大同意因為IC，抗沖擊負荷，容積負荷，投資省等許多優(yōu)點于UASB的優(yōu)點，是否就應該因此而放棄再選用UASB了呢？

IC缺特點尤其在污水可生化性不是太的情況下，由于水力停留時間比較短率遠沒UASB，增加了耗氧的負擔。另外，IC由于氣體，別是對進水水質(zhì)不太穩(wěn)定的，導致IC水量不穩(wěn)定，水質(zhì)也相對不穩(wěn)定，時可能還會出現(xiàn)短暫不現(xiàn)象，對后序處理工藝是影響的。UASB比IC優(yōu)點就是率，水質(zhì)相對穩(wěn)定。但IC優(yōu)點還是很多的，別是對于SS進水，比UASB明顯，由于IC上升流速很大，SS不會在反應器內(nèi)大量積累，污泥可以保持較活性。對于毒廢水也是如此！

原理

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)、1厭氧區(qū)、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)回流的泥水混合物效地在此區(qū)混合。

1厭氧區(qū)：混合區(qū)形成的泥水混合物進入該區(qū)，在濃度污泥下，大部分機物轉(zhuǎn)化為沼氣?；旌弦荷仙骱驼託獾膭×覕_動使該反應區(qū)內(nèi)污泥呈膨脹和流化狀態(tài)，加強了泥水表接觸，污泥由此而保持著的活性。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)。

2厭氧區(qū)：經(jīng)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2厭氧區(qū)。該區(qū)污泥濃度較，且廢水中大部分機物已在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2厭氧區(qū)的擾動很小，這為污泥的停留了利條件。

沉淀區(qū)：2厭氧區(qū)的泥水混合物在沉淀區(qū)進行，上清液由管排走，沉淀的顆粒污泥返回2厭氧區(qū)污泥床。

從IC反應器原理中可見，反應器通過2層三相分離器來實現(xiàn)SRT>HRT，獲得污泥濃度；通過大量沼氣和的劇烈擾動，使泥水充分接觸，獲得的傳質(zhì)效果。

優(yōu)點

IC 反應器的構(gòu)造及其原理決定了其在控制厭氧處理影響因素方比其它反應器更具。

（1）容積負荷：IC反應器內(nèi)污泥濃，微生物量大，且存在，傳質(zhì)，進水機負荷可超過普通厭氧反應器的3倍以上。

（2）節(jié)省投資和占地積：IC 反應器容積負荷率出普通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，大大降了反應器的基建投資；而且IC反應器徑比很大（一般為4—8），所以。

（3）抗沖擊負荷能力強：處理濃度廢水（COD=2000—3000mg/L）時，反應器流量可達進水量的2—3 倍；處理濃度廢水（COD=10000—15000mg/L）時，流量可達進水量的10—20倍。大量的循環(huán)水和進水充分混合，使原水中的害物質(zhì)得到充分稀釋，大大降了毒物對厭氧消化過程的影響。

（4）抗溫能力強：溫度對厭氧消化的影響主要是對消化速率的影響。IC反應器由于含大量的微生物，溫度對厭氧消化的影響變得不再和嚴重。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(jié)省了能量。

（5）具緩沖pH值的能力：流量相當于1 厭氧區(qū)的回流，可利用COD轉(zhuǎn)化的堿度，對pH值起緩沖，使反應器內(nèi)pH值保持的狀態(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，不必設泵強制循環(huán)，節(jié)省了動力消耗。

（7）：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產(chǎn)生的不利影響。Van Lier在1994年證明，反應器分級會降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，生物增殖快，為反應器快速啟動利條件。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）沼氣利用值：反應器產(chǎn)生的生物氣純，CH4為70%～80%，CO2為20%～30%，其它機物為1%～5%，可作為燃料加以利用

發(fā)展歷程

在相當長的一段時間內(nèi)，厭氧消化在理論、技術(shù)和上遠遠落后于氧生物處理的發(fā)展。20世紀60年代以來，能源短缺問題日益，這促使人們對厭氧消化工藝進行重新認識，對處理工藝和反應器結(jié)構(gòu)的設計以及甲烷回收進行了大量研究，使得厭氧消化技術(shù)的理論和實踐都了很大進步，并得到。厭氧消化具下列優(yōu)點：需攪拌和供氧，動力消耗少；能產(chǎn)生大量含甲烷的沼氣，是很的能源物質(zhì)，可用于發(fā)電和庭燃氣；可濃度進水，保持污泥濃度，所以其溶劑機負荷達到仍需要進一步處理；初次啟動時間長；對溫度要求較；對毒物影響較敏感；遭破壞后，恢復期較長。污水厭氧生物處理工藝按微生物的凝聚形態(tài)可分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸消化池、升流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket,UASB）、厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）等；厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。

厭氧反應四個階段

一般來說，廢水中復雜機物物料比較多，通過厭氧分解分四個階段加以降解：

（1）水解階段：分子機物由于其大分子體積，不能直接通過厭氧菌的細胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中的機物質(zhì)比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細胞壁進入到細胞的體內(nèi)進行下一步的分解。

（2）酸化階段：上述的小分子機物進入到細胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化成更為的化合物并被分配到細胞外，這一階段的主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸（VFA），同時還部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產(chǎn)物產(chǎn)生。

（3）產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一步的產(chǎn)物進一步被轉(zhuǎn)化成乙酸、碳酸、氫氣以及新的細胞物質(zhì)。

（4）產(chǎn)甲烷階段：在這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇都被轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和新的細胞物質(zhì)。這一階段也是整個厭氧過程重要的階段和整個厭氧反應過程的限速階段。

再上述四個階段中，人認為二個階段和三個階段可以分為一個階段，在這兩個階段的反應是在同一類細菌體類完成的。前三個階段的反應速度很快，如果用莫諾方程來模擬前三個階段的反應速率的話，Ks（半速率常數(shù)）可以在50mg/l以下，μ可以達到5KgCOD/KgMLSS.d。而四個反應階段通常很慢，同時也是重要的反應過程，在前幾個階段中，廢水的中物質(zhì)只是形態(tài)上發(fā)生變化，COD幾乎沒什么，只是在四個階段中物質(zhì)變成甲烷等氣體，使廢水中COD大幅度下降。同時在四個階段產(chǎn)生大量的堿度這與前三個階段產(chǎn)生的機酸相平衡，維持廢水中的PH穩(wěn)定，反應的連續(xù)進行。

一般來說，影響Kh的因素很多，很難確定一個定的方程來求解Kh，但我們可以根據(jù)一些定條件的Kh，反推導解反應器的容積和非常的反應條件。在實際工程實施中，條件的話，應針對要處理的廢水作一些Kh的測試。通過對外一些報道的研究，提出在溫下水解對脂肪和蛋白質(zhì)的降解速率非常慢，這個時候，可以不考慮厭氧處理方式。對于生活污水來說，在溫度15的情況下，Kh=0.2左右。但在水解階段我們不需要過多的COD效果，而且在一個反應器中你很難嚴格的把厭氧反應的幾個階段區(qū)分開來，一旦停留時間過長，對工程就不太。如果就單獨的水解反應針對生活污水來說，COD可以控制到0.1的效果就可以了。

把這些參數(shù)和給定的條件代入到水解動力學方程中，可以得到停留水解停留時間：

T=13.44h

這對于水解和后續(xù)階段處于一個反應器中厭氧處理單元來說是一個很短的時間，在實際工程中也完可以實現(xiàn)。如果條件的地方我們可以適當提廢水的反應溫度，這樣反應時間還會大大縮短。而且一般對于城市污水來說，長的排水管網(wǎng)和廢水中本生的生物多樣性，所以當廢水流到廢水處理場時，這個過程也在很大程度上完成，到目前為止還沒看到關(guān)于水解作為生活污水厭氧反應的限速報道。

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發(fā)酵酸化反應

發(fā)酵可以被定義為機化合物既作為電子受體也作為電子供體的生物降解過程，在此過程中機物被轉(zhuǎn)化成以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物。

酸化過程是由大量的、多樣的發(fā)酵細菌來完成的，在這些細菌中大部分是專性厭氧菌，只1%是兼性厭氧菌，但正是這1%的兼性菌在反應器受到氧氣的沖擊時，能迅速消耗掉這些氧氣，保持廢水的氧化還原電位，同時也保護了產(chǎn)甲烷菌的運行條件。

酸化過程的底物取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。對于一個穩(wěn)態(tài)的反應器來說，乙酸、二氧化碳、氫氣則是酸化反應的主要產(chǎn)物。這些都是產(chǎn)甲烷階段所需要的底物。

在這個階段產(chǎn)生兩種重要的厭氧反應是否正常的底物就是揮發(fā)性脂肪酸（VFA）和氨氮。VFA過會使廢水的PH下降，逐漸影響到產(chǎn)甲烷菌的正常進行，使產(chǎn)氣量減小，同時整個反應的自然堿度也會較少，系統(tǒng)平衡PH的能力減弱，整個反應會形成惡性循環(huán)，使得整個反應器終失敗。氨氮它起到一個平衡的，一方，它能夠中和一部分VFA，使廢水PH具更大的緩沖能力，同時又給生物體合成自生生長需要的營養(yǎng)物質(zhì)，但過的氨氮會給微生物帶來毒性，廢水中的氨氮主要是由于蛋白質(zhì)的分解帶來的，的生活污水中含20-50mg/l左右的氨氮，這個范圍是厭氧微生物非常理想的范圍。

另外一個重要指標就是廢水中氫氣的濃度，以含碳17的脂肪酸降解為例：

CH3(CH2)15COO-+14H2O—>7CH3COO-+CH3CH2COO-+7H++14H2

脂肪酸的降解都會產(chǎn)生大量的氫氣，如果要使上述反應得以正常進行，必須在下一反應中消耗掉足夠的氫氣，來維持這一反應的平衡。如果廢水的氫氣指標過，表明廢水的產(chǎn)甲烷反應已經(jīng)受到嚴重抑制，需要進行修復，一般來說氫氣濃度升是伴隨PH指標降的，所以不難監(jiān)測到廢水中氫氣的變化情況，但廢水本身一定的緩沖能力，所以完通過PH下降來判斷氫氣濃度的變化一定的滯后性，所以通過監(jiān)測廢水中氫氣濃度的變化是對整個反應器反應狀態(tài)一個的表現(xiàn)形式。

從上的反應方程式可以看出，乙醇、丁酸和丙酸不會被降解，但由于后續(xù)反應中氫的消耗，使得反應能夠向右進行，在一階段，氫的平衡顯得更加重要，同時后續(xù)的產(chǎn)甲烷過程為這一階段的轉(zhuǎn)化能量。實際上這一階段和前的發(fā)酵階段都是由同一類細菌完成，都在細菌體內(nèi)進行，并且產(chǎn)物排放到水體中，界限并沒清楚，在設計反應器時，沒足夠的理由把他們分開。

產(chǎn)甲烷反應

在厭氧反應中，大約70%左右的甲烷由乙酸歧化菌產(chǎn)生，這也是這幾個階段中遵循莫諾方程反應的階段。

另一類產(chǎn)生甲烷的微生物是由氫氣和二氧化碳形成的。在正常條件下，他們大約占30%左右。其中約一般的嗜氫細菌也能利用甲酸產(chǎn)生甲烷。主要的產(chǎn)甲烷過程反應：

CH3COO-+H2O－>CH4+HCO3- ΔG’0=-31.0KJ/MOL

HCO3-+H++4H2－>CH4+3H2O ΔG’0=-135.6KJ/MOL

4CH3OH－>3CH4+CO2+2H2O ΔG’0=-312KJ/MOL

4HCOO-+2H+－>CH4+CO2+2HCO3- ΔG’0=-32.9KJ/MOL

在甲烷的形成過程中，主要的中間產(chǎn)物是甲基輔酶M（CH3-S-CH2-SO3-）。這個過程可用以下圖示所標：

在甲基輔酶M還原成甲烷的過程中，需要非常重要的甲基還原酶，其中含重要的金屬離子Ni+。這對生活污水來說是比較缺乏微量金屬離子，所以在生活污水的厭氧生物處理過程中補充一定的微量金屬離子是非常必要的。

濃度廢水反應速率的選擇

以生活污水為例，一般來說影響廢水厭氧反應速率的因素很多，包括反應溫度、廢水的毒性、原水基質(zhì)濃度、原水的PH值、傳質(zhì)效率、營養(yǎng)物質(zhì)的平衡、微量元素的催化等等。對于生活污水來說，影響比較大的因素反應溫度、原水的基質(zhì)濃度、傳質(zhì)效率以及微量元素的催化。因為生活污水的營養(yǎng)比和PH值被*為非常適合生物的生長的。在前的敘述中，已經(jīng)提及了厭氧反應的前三個階段對于生活污水來說，很快就可以完成，尤其水解階段，不存在傳質(zhì)的限制，同時通常長距離的管網(wǎng)也給水解了足夠的時間。因此我們提出的厭氧處理濃度廢水設計思想中，主要考慮產(chǎn)甲烷過程作為限速步驟。

由于產(chǎn)甲烷階段遵循莫諾方程，整個速率的確定以莫諾方程為基礎(chǔ)。在上式中，很難把總體反應的Ks值估算出來，因為它受到的影響因素很多，對于不同類的廢水差別很大。對于生活污水來說可以根據(jù)不同的單個因素影響列成很多分式莫諾方程，后各式相乘再加上修正系數(shù)，這個方程可以得出比較接近的Ks值，作為厭氧處理生活污水時的參考設計數(shù)據(jù)。

中試與工程應注意的問題

通過上述實驗室里理論的研究和推斷，采用厭氧反應器處理城市污水完是可行的。在中試和工程設計中，我們應該從上述角度出發(fā)，完善厭氧系統(tǒng)，以下措施是必要的：

1、在反應器的形式上考慮推流式的活塞反應器；

2、為了減少濃度時，基質(zhì)傳質(zhì)速率（包括液相中的機物向菌膠團或顆粒污泥傳質(zhì)以及細胞壁外向細胞壁內(nèi)傳質(zhì)）對整個反應速率的影響，在反應器底部投加一定數(shù)量的活性炭作為載體是非常必要的，但考慮到沼氣和布水的影響，投加數(shù)量不宜過多，初步考慮為40g/L顆粒狀活性炭；

3、建議在反應器的上部設置氣、水、固三相分離系統(tǒng)；

4、設置一套完善的回流系統(tǒng)，并可以調(diào)節(jié)回流量，用儀表顯示并控制；

5、設置MLSS濃度計加以監(jiān)測，隨時了解反應器的污泥情況；

6、在反應器的底部、中部、部設置堿度監(jiān)測系統(tǒng)，隨時監(jiān)測反應器內(nèi)的生物反應條件；

7、設置一套啟動用的營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素添加系統(tǒng)是必要的；

8、設置溫度傳感器，了解原水水溫的變化對反應器的沖擊影響；

9、進水設置流量傳感器和機物在線監(jiān)測儀器，并通過程序加以顯示到*控制室中，隨時計算進水污泥負荷以及上升流速；

10、必要的預處理措施，比如除渣處理措施；

11、在北方的廢水處理系統(tǒng)，反應器建議修建在室內(nèi)或采取嚴密的保溫措施；

12、其他必要的輔助系統(tǒng)，如消水界泥渣層的噴淋系統(tǒng)。

我們明基的IC厭氧反應器就是一個非常適合情的濃度廢水處理工藝，但在設計中，應認真的作出設計前的調(diào)查和設計后的啟動。