厌氧反应器

厌氧处理是近年来污水处理领域发展较快的技术，具有低耗、运行稳定、产生沼气、可实现资源化利用等特点，已成为中、高浓度污水处理的主流技术之一。污水经过厌氧处理后有机物大大降低，有效减轻了后续工艺的处理负荷，为废水的达标治理增加筹码。
厌氧反应是一个复杂的生化过程，微观分析表明厌氧降解过程可分为四步：水解、酸化、产氢产酸及产甲烷过程。分述如下：

1）水解阶段

高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。故此它们在第一阶段首先被细菌胞外酶分解为小分子。例如纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白酶水解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。

2）酸化阶段

水解后大的小分子化合物在发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细胞外。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸（简写作VFA）、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。与此同时，酸化细菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此未经酸化处理的污水厌氧处理时会产生更多的剩余污泥。
酸化菌对pH有很大的容忍性，产酸可在pH到4条件下进行，产甲烷菌则有它自己的优佳pH范围为6.5－7.5，超出这个范围转化速度将减慢。

3）产乙酸产氢阶段

在此阶段，上一阶段的产物被进一步降解为乙酸（又称醋酸）、氢和二氧化碳，这是导致产甲烷反应的反应底物。
不论是在水解阶段或是在产酸产氢阶段，COD只是形态发生转化，仅仅是一种COD转化为另一种COD，实际的COD转化发生在产甲烷阶段，在那时，COD转化为甲烷而从污水中溢出，因此，如果将酸化后的污水直接进行好氧处理，运行成本不会有明显的变化。

4）产甲烷阶段

产甲烷菌是一种严格的厌氧微生物，与其它厌氧菌比较，其氧化还原电位非常低 （＜-330mv）。在此阶段，酸化产物被产甲烷菌分解合成为CH4、CO2和H2O等，甲烷的转化产率约为70－75%，故COD大为降低。

经过近几十年的发展，厌氧工艺不断得以改进，衍生了多种类型的厌氧反应装置，并应用于大量的工程实例中。
厌氧既有传统的反应器又有现代反应器，这些工艺又可分为厌氧悬浮生长和厌氧接触生长工艺。其中第一代反应器有：普通厌氧消化池、厌氧接触工艺等；在第二代的厌氧反应器中，典型代表有：厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、下行式固定膜反应器（DSFF）、厌氧附着膜膨胀反应器（AAFEB）、厌氧流化床（AFB）；第三代厌氧反应器是内循环厌氧反应器（IC）。
目前主流厌氧有UASB、AF、IC等形态，这几种工艺非常成熟，应用十分广泛，赢得了较好的口碑。现进行详细比对，以确定合适的厌氧反应装置。

表 主流厌氧反应器技术性能比对表

其中IC厌氧反应器是由我公司联合山东大学、齐鲁工业大学、山东省轻工业设计院等知名院校和科研机构，汲取、优化并改进了国内、国际先进的厌氧处理技术，所创造的更加适合国情的前沿技术，是UASB厌氧反应器的改进产品，属第三代厌氧反应器。
IC厌氧反应器在处理高浓度有机废水、高悬浮物及高生物毒性废水与间歇性生产废水领域有独特的优势，对COD的去除率在90%左右，产生的沼气与颗粒污泥可作为资源进行回收和出售，为企业带来可观的经济效益和社会效益。而且我公司经过多年的摸索，采用絮状污泥代替大部分颗粒泥，大大降低了建设投资成本。
由上可知， IC装置各方面优势明显，综合性能更高，且我公司在厌氧方面有丰富的实践经验和良好的运行效果，因此采用公司专有技术IC厌氧反应器。

Ⅰ、IC的组成

IC反应器是由四个功能部分组成：即混合区、膨胀床部分、精处理区和回流部分。 如下图所示：
混合区：在反应器的底部，进入的污水与颗粒污泥及内部气体循环所带回的出水有效的混合，对原水进行充分的稀释和均质；
膨胀床部分：这一区域由包含高浓度颗粒污泥的膨胀床构成。反应产生的沼气和内循环回流引起较高的上升流速，使反应器内的颗粒污泥处于膨胀状态。颗粒污泥和污水之间有效的接触使得污泥具有高的活性，可以获得高的有机负荷和转化效率。
精处理区：这一区域的污泥负荷相对较低，水力停留时间相对较长和推流的流态相对平稳，而且沼气在精处理区产生的扰动小，使得生物可降解COD几乎全部的去除。虽然与UASB反应器条件相比，反应器总的负荷率较高，但因为内部循环体不经过精处理区，因此在精处理区的上升流速也较低，能保持良好的固体停留。
回流系统：分外回流和内回流，内部的回流是根据气提原理，利用上层与下层的气室间存在的压力差。回流的比例由产气量（进水COD浓度）决定，是自调节的。外回流是通过外回流泵控制回流水在反应器的底部进入系统内，从而在膨胀床部分产生附加扰动，这使得系统的启动过程加快。一般在调试初期或发生冲击时启动外回流，可增加反应器的抗冲击能力。
另外IC监控系统也是厌氧反应器的重要环节，它对IC的进水量、回流量、温度、沼气产量等进行监控。IC监控系统保证了系统稳定运行，避免反应器因水的波动受到冲击，造成长时间不能恢复正常运行，使整个系统运行管理简单、操作方便。

Ⅱ、IC的特点

IC有如下几大特点：
a、容积负荷率高，水力停留时间短
IC反应器生物量大（可达到30~50g/L），污泥龄长。特别是由于存在着内、外循环，传质效果好。处理高浓度有机污水，进水容积负荷率可达 10～30kgCOD/m3·d。
b、抗冲击负荷强
在IC反应器中，当COD负荷增加时，沼气的产生量随之增加，内循环的气提增加。处理高浓度污水时，循环流量可达进水流量的10～20倍，污水中高浓度和有害物质得到充分稀释，大大降低有害程度，从而提高了反应器的耐冲击负荷能力；当COD负荷较低时，沼气产量也低，从而形成较低的内循环流。因此，内循环实际为反应器起到了自动平衡COD冲击负荷的作用。
c、避免了固形物沉积
有一些污水中含有大量的悬浮物质，会在 UASB 等流速较慢的反应器内发生累积，将厌氧污泥逐渐置换，使厌氧反应器的运行效果恶化乃至失效。而在IC反应器中，高的液体和气体上升流速，将悬浮物冲击出反应器。
d、基建投资省和占地面积小
由于IC反应器的容积负荷率比普通的UASB反应器要高3～4倍以上，所以IC 反应器的体积为普通UASB反应器的1/4～1/3 左右，而且有很大的高径比，占地面积特别省，可降低反应器的基建投资，非常使用于占地面积紧张的厂家采用。
e、依靠沼气提升实现自身的内循环，减少能耗
厌氧流化床载体的膨胀和流化，是通过内循环回流泵加压实现，因此需要消耗一部分动力。而IC反应器正常运行时是以自身产生的沼气作为提升的动力，实现混合液内循环，正常运行不必启动回用水泵实现强制循环，从而减少能耗。
f、减少药剂投量，降低运行费用
内外循环相当于第一级厌氧出水的回流，对pH起缓冲作用，使反应器内的pH保持稳定。可减少进水的投碱量，从而降低运行费用。
g、可以在一定程度上减少结垢
对于一些含盐量较高的污水，如蛋白污水、淀粉污水等，由于污水中含有超量的钙盐、同时还具有氨氮和磷酸盐，所以在厌氧出水管路上容易形成钙盐沉积和磷酸铵镁（鸟粪石）沉淀，严重的会堵塞管路。由于IC反应器采用的是内循环，沼气中的CO2可以从水中逸出，减少结垢。
h、出水的稳定性好
IC反应器相当上、下两个UASB反应器串联运行，下面一个UASB反应器具有很高的有机负荷率，起“粗”处理作用，上面一个UASB反应器的负荷较低，起“精”处理作用。多级处理比单级处理的稳定性好，出水水质稳定。
i、颗粒污泥启动，至快可30天达到满负荷生产
IC反应器之所以在污水处理中能有这么大的处理效果，除了具有上面所提到的特点外，还有一个重要的决定因素是IC 反应器能产生高质量的颗粒污泥，该颗粒污泥粒径均匀，饱满密实，能在5m/h左右的上升流速下不破碎，对IC的高处理效果起到了重要的作用。厌氧颗粒污泥在常温状态下闲置1~2个月后，IC反应器再次启动仍能达到较好的效果。颗粒污泥的这种特性，能更好的适用于不能进行连续生产的企业污水处理。

Ⅲ、IC的重要部件

① 三相分离器
三相分离器是IC反应器别具特色和重要的装置。IC内设置了两层五级三相离器，它们同时具有以下功能：
a、能收集从分离器下的反应室产生的沼气，沼气系统排气压 3kPa～5kPa； 使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。
b、能够适应IC反应器较高的上升流速，不影响气、液、固的三相分离效果。
c、将IC反应器隔成两个反应室，使得反应器的实际处理能力大大增高，抗冲击负荷增强，保证良好的运行稳定性能。
为了保障三相分离器的使用寿命和耐腐蚀性，我公司采用耐腐性能好、刚性好、耐热性好的改性PP 板材，设备成套加工，节约安装时间。 在IC中三相分离器承受很大的沼气压力，为了防止焊接部分开裂，或者是板材鼓裂，我公司在设备加工时采用独特的承插结构加工方式，在一些关键的受力部分还安装了加强筋，这样就保障了足够的压力和强度条件下，三相分离器不开裂，不鼓裂，保障了工程施工质量和系统运行的安稳。我们生产的三相分离器在出厂时都要做气密性和强度试验，保证使用寿命。
② 立体旋流布水系统
布水系统是厌氧反应器的关键配置，它对于形成污泥与进水间充分的接触、更大限度地利用反应器的污泥是十分重要的。布水系统兼有配水和水力搅动作用，为了保证这两个作用的实现，需要满足如下原则：
a、进水装置的设计使分配到各点的流量相同；
b、进水管不易堵塞；
c、尽可能满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。
同时为保障布水系统的耐腐蚀性，延长使用寿命，我公司采用304不锈钢进行制作。布水方式采用立体旋流布水方式，具有布水均匀性好、不易堵塞。
③ 汽水分离器
汽水分离器位于罐顶，是气体、液体、固体快速分离的装置，在结构上采用旋流分离原理，独特的分离角度，能非常好地保障系统的稳定运行。