厭氧反應器

厭氧處理是近年來汙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（huà）利用等特點（diǎn），已成為中、高濃度汙（wū）水（shuǐ）處理的主流技術之一。汙水（shuǐ）經過厭氧處理後有機物大（dà）大降低，有效減輕了後續工藝的（de）處理（lǐ）負荷（hé），為（wéi）廢（fèi）水的達標治理增（zēng）加籌（chóu）碼。
厭氧反應是一個複雜（zá）的生化過程，微觀分（fèn）析表（biǎo）明厭氧降解過程可分為（wéi）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（gāo）分子有（yǒu）機物因相對分子量巨大，不（bú）能透過細胞（bāo）膜，因此不可能為細菌直接利（lì）用。故此它們在第（dì）一階段首先被（bèi）細菌胞外酶分解為小分子。例如纖維素被纖維素酶水解為（wéi）纖維二糖與葡萄糖（táng），澱粉被澱（diàn）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（děng）。這些小分子的水解產物能（néng）夠溶解於水並透過細胞膜（mó）為細菌所利用。

2）酸（suān）化階段（duàn）

水解後大（dà）的小分子（zǐ）化合物在發酵細菌（即酸（suān）化（huà）菌）的細胞內轉化（huà）為更簡單的化合物並分泌到細胞（bāo）外。這一階段的主要產物（wù）有揮發性脂肪酸（簡寫作（zuò）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（hé）成新（xīn）的細胞物質，因此未經酸（suān）化處理的（de）汙水厭氧處理時會產生更多的（de）剩（shèng）餘汙泥。
酸化（huà）菌對pH有很大的容忍性，產酸（suān）可在pH到4條件下進行，產甲烷菌則有它自己的優佳pH範圍為6.5－7.5，超出這個範圍轉化速度（dù）將（jiāng）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（bù）降解（jiě）為乙酸（又稱醋酸）、氫和二氧化碳，這是導致（zhì）產甲烷反應的反應底物（wù）。
不論是在水解階段或是在產酸產氫階段，COD隻是形態發生轉化，僅僅是一種COD轉（zhuǎn）化為另一種COD，實際的COD轉化發生在產甲烷階段（duàn），在那時，COD轉（zhuǎn）化為甲烷而從（cóng）汙水中（zhōng）溢出，因此，如果將酸化後的汙（wū）水直接進行好氧處理，運行成（chéng）本不會有明顯的變化。

4）產甲烷階段

產甲烷菌是一種（zhǒng）嚴格的厭氧微生物（wù），與其它厭（yàn）氧菌比較，其氧化還原電位非常低（dī） （＜-330mv）。在此階段，酸（suān）化產物被產甲烷菌（jun1）分（fèn）解合成為CH4、CO2和H2O等，甲烷的轉化產率約（yuē）為（wéi）70－75%，故COD大為降低。

經過近幾十年（nián）的發展，厭氧工（gōng）藝不斷得以改進，衍生了多種類型的厭氧反應裝置，並應用於大量的工程實例（lì）中。
厭氧既有傳（chuán）統的反應（yīng）器又有現代（dài）反應器，這些工藝又可（kě）分為厭氧懸浮生長和厭氧接觸生長工藝。其中第一代（dài）反應器有：普通厭氧消化池、厭氧接觸工（gōng）藝等；在（zài）第二代的厭氧（yǎng）反（fǎn）應器中，典型代表有：厭氧濾池（AF）、上流式厭氧汙泥床（UASB）、下行式固定膜反應器（DSFF）、厭氧附著膜（mó）膨脹反應器（AAFEB）、厭氧流（liú）化床（chuáng）（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（děng）形態，這幾種（zhǒng）工藝非常（cháng）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

其中IC厭氧反應器是由我公司聯合山東大學、齊魯（lǔ）工業大學、山東省輕工業設計（jì）院等知名院校（xiào）和科研機構，汲取、優（yōu）化（huà）並（bìng）改（gǎi）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（shì）UASB厭氧反應器的改進產品，屬第三代厭氧反應器。
IC厭（yàn）氧（yǎng）反應器（qì）在處理高濃度有機廢水、高懸浮（fú）物及高生物（wù）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（chú）率在90%左右，產生的沼（zhǎo）氣與顆（kē）粒汙泥可作為資源進行回收（shōu）和出售，為企業（yè）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，采用絮狀汙泥代替大部分顆（kē）粒泥，大大降低（dī）了建設投資成本。
由上可知（zhī）， IC裝置各方麵優勢明顯，綜（zōng）合性能更高，且我公司在厭氧方麵有豐富的實踐經驗和良（liáng）好的運行效果（guǒ），因（yīn）此（cǐ）采用公司專有技術IC厭氧反應器。

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（bù），進入的汙水與顆粒汙泥及內部（bù）氣體循環所帶回的出水（shuǐ）有效的混合，對原水進行充分（fèn）的稀釋和均質；
膨脹床部分：這一區域由包含（hán）高濃度顆粒汙泥（ní）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，使反應器內的顆粒汙泥處於膨脹狀（zhuàng）態。顆粒汙泥和汙水之間有效的接觸使得汙泥（ní）具有高的活性，可以獲得高的（de）有機（jī）負荷和轉化效率。
精處理區：這一區域的汙（wū）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（duì）平穩，而且沼（zhǎo）氣在精處理區（qū）產生的擾動小，使得生物可降解COD幾（jǐ）乎全部的去除。雖然與UASB反應器條件相比，反應器總（zǒng）的負荷率較高，但因為內部循環（huán）體不經過精處理區，因此在精處理區的（de）上升流速也較低，能保（bǎo）持良好的固體停留。
回流係統：分（fèn）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（liú）的比例由產氣量（進（jìn）水COD濃度）決定，是自調節的。外（wài）回流是通過外回流泵控（kòng）製回流水在反應器的底部進入（rù）係統內，從（cóng）而在膨脹床部（bù）分產生附加擾動，這使得係統的（de）啟動過程（chéng）加快。一般在調試初期或發生衝（chōng）擊時啟（qǐ）動外回流，可增加（jiā）反應器的抗（kàng）衝擊能力。
另外IC監控係統也是厭氧反應器的重要環節，它對IC的進水量（liàng）、回流量、溫度、沼（zhǎo）氣產量等進行（háng）監（jiān）控。IC監控係統保證了係統（tǒng）穩定運行，避免反應（yīng）器因水的波動受到衝擊，造成長時間不能恢（huī）複正常運行（háng），使整個係統（tǒng）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（hé）率高，水力停留時間短
IC反應器生物量大（可達到30~50g/L），汙泥齡長。特（tè）別（bié）是（shì）由於存在著內、外循環，傳質（zhì）效果好（hǎo）。處理高濃度有機（jī）汙水，進水容積負荷率可達 10～30kgCOD/m3·d。
b、抗（kàng）衝擊負荷強（qiáng）
在IC反應器中，當COD負荷（hé）增加時（shí），沼氣的產生量隨之增加，內循環的氣提增加。處理高濃度汙水時，循環流量可達進水（shuǐ）流量的10～20倍，汙水（shuǐ）中高濃度和有害物質得到充分（fèn）稀釋，大大（dà）降低有害程度，從而提高（gāo）了反（fǎn）應器的耐衝擊負荷（hé）能力（lì）；當COD負荷較低時，沼氣產量也低，從而形成較低的內循環（huán）流（liú）。因此，內（nèi）循環實際為反應器起到了自動（dòng）平衡（héng）COD衝（chōng）擊負荷（hé）的作用。
c、避免（miǎn）了固形物沉積
有一些汙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（fā）生累（lèi）積，將厭氧汙泥逐漸置換，使厭氧反應器的運行（háng）效果惡（è）化乃至失效。而在IC反（fǎn）應器中（zhōng），高的（de）液體和氣（qì）體上升流速（sù），將懸浮物衝擊出反應器（qì）。
d、基建投資省和占（zhàn）地麵積小
由於IC反應器的（de）容積負荷率比普通的UASB反（fǎn）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（de）1/4～1/3 左右，而且有很大的（de）高徑比，占地麵積特別省，可降低反應器的基建投資，非常使用於（yú）占地麵積緊（jǐn）張的廠家采用。
e、依靠沼氣提升實現自身的內（nèi）循環，減少能耗
厭氧流化（huà）床載體的膨脹和流化，是通過（guò）內循環回流泵加壓實現，因此（cǐ）需要消耗一部（bù）分（fèn）動（dòng）力（lì）。而IC反應器正常運行時（shí）是以自（zì）身產生的沼氣作為提升的動力，實現混合液內循環，正（zhèng）常運行不必啟動回用水（shuǐ）泵實現強製循（xún）環，從而減少能耗。
f、減少藥劑投量，降低運行費用（yòng）
內外循環相（xiàng）當於第（dì）一級厭氧出水的回流，對pH起緩衝作用，使（shǐ）反應器內（nèi）的pH保持穩定。可減少進水的投堿量，從而降低（dī）運行費用。
g、可以在一定程（chéng）度上減少結垢
對（duì）於一（yī）些含鹽量較（jiào）高的汙水，如蛋白汙水、澱粉汙水等，由於汙水中含有超量的鈣鹽、同時還具（jù）有氨（ān）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（měi）（鳥糞石）沉（chén）澱，嚴重的會堵塞管路。由於IC反應器采用的是內（nèi）循（xún）環，沼氣中（zhōng）的CO2可以從水中逸（yì）出，減（jiǎn）少結垢。
h、出水的穩定（dìng）性好
IC反應（yīng）器相當上、下兩個UASB反應器串聯運行，下麵一個UASB反應器具有很高的（de）有機負荷率，起“粗”處理作用，上麵一個UASB反應器的負（fù）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、顆粒汙泥啟動，至快可30天達（dá）到（dào）滿負荷生產
IC反應器之（zhī）所以在汙水處理（lǐ）中能（néng）有這麽大的處理效果，除了具有上麵所提到的特點外，還有一（yī）個重（chóng）要的決定因素是IC 反應（yīng）器（qì）能產生高（gāo）質量（liàng）的顆粒汙泥，該顆粒汙泥粒（lì）徑均勻，飽滿密實，能在5m/h左右的（de）上（shàng）升流速下（xià）不破碎，對IC的高處理效果起到了重要的作用。厭氧顆粒汙泥在常溫狀態下閑（xián）置1~2個月後，IC反應器再次啟動（dòng）仍能達到較好的效果。顆粒汙泥的這種特性，能更（gèng）好的適用於不能進行連續生產的企（qǐ）業汙（wū）水處理。

Ⅲ、IC的重要（yào）部件

① 三相分離器（qì）
三相分離器是IC反應器（qì）別具（jù）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（néng）收集從分離器下的反（fǎn）應（yīng）室產生的（de）沼氣，沼氣係統排氣壓 3kPa～5kPa； 使得在（zài）分離器之上的懸浮物沉澱下來。
b、能夠適應IC反應（yīng）器較（jiào）高的上升（shēng）流速，不影響（xiǎng）氣、液、固的三相分（fèn）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（lǐ）能（néng）力大（dà）大增高，抗衝擊負荷增強，保證良好的運（yùn）行穩定性能（néng）。
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（nài）腐性能好、剛性好、耐熱性（xìng）好的改（gǎi）性PP 板材，設備成套加工，節約安裝時間。 在IC中三相（xiàng）分離器承受很大的沼氣（qì）壓力，為了防止焊接部（bù）分開裂，或者是（shì）板材鼓裂，我公司在設備加工時（shí）采用獨特的承插結構加工（gōng）方式，在一些關鍵的受力部分還（hái）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係統運行的安穩。我們生產（chǎn）的三（sān）相分離器在出廠時都要（yào）做氣（qì）密性和（hé）強度試驗，保證使用壽命。
② 立體旋流（liú）布水係統
布水係統是厭氧反應器的關鍵配置，它對於形成汙泥與進（jìn）水間充分的（de）接觸、更大限度地利用反應（yīng）器的汙泥（ní）是十分重要的。布水係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（jìn）水裝置的（de）設計使分配到各點（diǎn）的流量相同；
b、進水管不易堵塞；
c、盡可能滿足汙泥床水力攪拌的需要，保證進水（shuǐ）有機物與汙泥迅速混合，防止局部產生（shēng）酸化（huà）現象。
同時為保障布水（shuǐ）係統的耐腐蝕性，延長使用（yòng）壽（shòu）命，我公（gōng）司采用304不鏽鋼進（jìn）行製作。布水方式采用立體旋流布水方式，具（jù）有布水均勻性好、不易（yì）堵塞（sāi）。
③ 汽水分（fèn）離器
汽水分（fèn）離器位於罐頂，是（shì）氣體（tǐ）、液體、固體快速分離（lí）的（de）裝置，在結構上（shàng）采用旋（xuán）流分離原理（lǐ），獨特的分離角度，能非常好地保障係統的穩定運行。