內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(internal circulation reaction ，IC)，是荷蘭PAQUES于20世紀(jì)80年代中期在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的第3代超高效厭氧反應(yīng)器。到1988年，世界上第1座生產(chǎn)性規(guī)模的IC反應(yīng)器在荷蘭投人運行，到目前為止，已成功地應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)、造紙、食品加工、檸檬酸等的生產(chǎn)。

IC反應(yīng)器與以UASB為代表的第2代厭氧反應(yīng)器相比，在容積負(fù)荷、電耗、工程造價、占地面積等諸多方面，具有絕對的優(yōu)勢，是對現(xiàn)代高效厭氧反應(yīng)器的一種突破，有著重大的理論意義和實用價值，進一步研究和開發(fā)IC反應(yīng)器，推廣其應(yīng)用范圍已成為當(dāng)前厭氧處理的重點內(nèi)容之一。

1.1 IC反應(yīng)器的基本構(gòu)造

IC反應(yīng)器可以看作是由2個UASB反應(yīng)器疊加串聯(lián)構(gòu)成，高徑比一般為4一8，高度可達(dá)16一25m。由5部分組成:混合區(qū)、第1反應(yīng)區(qū)、第2反應(yīng)區(qū)、內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和出水區(qū)。其中內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)是IC反應(yīng)器的核心部分，由一級三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和污泥回流管組成。參見圖1。

1.2進液和混合布水系統(tǒng)

通過布水系統(tǒng)泵人反應(yīng)器內(nèi)，布水系統(tǒng)MA 液與從IC反應(yīng)器上部返回的循環(huán)水、反應(yīng)器底部的污泥有效地混合，由此產(chǎn)生對進液的稀釋和均質(zhì)作用。為了進水能夠均勻的進入IC反應(yīng)器的流化床反應(yīng)室，布水系統(tǒng)采用了一個特別的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1.3流化床反應(yīng)室

在此部分，和顆粒污泥混合物在進水與循環(huán)水的共同推動下，迅速進人流化床室。廢水和污泥之間產(chǎn)生強烈而有效的接觸。這導(dǎo)致很高的污染物向生物物質(zhì)(即顆粒污泥)的傳質(zhì)速率。在流化床反應(yīng)室內(nèi)，廢水中的絕人部分可生物降解的污染物被轉(zhuǎn)化為生物氣。這些生物氣在被稱為一級沉降的下部三相分離器處收集并導(dǎo)人氣體提升器，通過這個提升裝置部分泥水混合物被傳送到反應(yīng)器最上部的氣液分離器，氣體分離后從反應(yīng)器導(dǎo)出。

1.4內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)

在氣體提升器中，氣提原理使氣、水、污泥混合物快速上升，氣體在反應(yīng)器頂部分離之后，剩余的泥水混合物經(jīng)過一個同心的管道向下流人反應(yīng)器底部，由此在反應(yīng)器內(nèi)形成循環(huán)流。氣提動力來自于上升的和返回的泥水混合物中氣體含量的巨大差別，因此，這個泥水混合物的內(nèi)循環(huán)不需要任何外加動力。有意思的是，這個循環(huán)流的流量隨著進液中COD的量的增大而自然增大，因此反應(yīng)器具有自我調(diào)節(jié)的作用，原因是在高負(fù)荷條件下，產(chǎn)生更多的氣體，從而也產(chǎn)生更多的循環(huán)水量，導(dǎo)致更大程度的進水的稀釋。這對廠穩(wěn)定的運行意義重大。

1.5深度凈化室

經(jīng) 過 一 級沉降之后，上開水流的主體部分繼續(xù)向上流人深度凈化室，廢水中殘存的生物可降解的COD被進一步降解，因此這個部分等于一個有效的后處理過程。產(chǎn)生的氣體在稱為二級沉降的上部三相分離器中收集并導(dǎo)出反應(yīng)器，由千在深度凈化室內(nèi)的污泥負(fù)荷較低、相對長的水力保留時間和接近于推流的流動狀態(tài)，廢水在此得到有效處理并避免了污泥的流失。廢水中的可生物降解COD幾乎得到完全的去除。由于大量的COD已在流化床反應(yīng)室中去除，深度凈化室的產(chǎn)氣量很小，不足以產(chǎn)生很大的流體湍動，加之，內(nèi)循環(huán)流動不通過深度凈化室，因此流體的上流速度很小。這兩個原因使生物污泥能很好地保留在反應(yīng)器內(nèi)，即使反應(yīng)器負(fù)荷數(shù)倍于UASB時也如此。由于深度凈化室的污泥濃度通常較低，有相當(dāng)大的今間允許流化床部分的污泥膨脹進人其中，這就防止了高峰負(fù)荷時污泥的流失。

1.6工作流程

廢水首先通過布水系統(tǒng)進人IC反應(yīng)器底部的混合區(qū)，并與來自泥水下降管的內(nèi)循環(huán)泥水混合液充分混合后進人顆粒污泥床進行COD的生化降解，此處的COD容積負(fù)荷很高，大部分進水COD在此處被降解.產(chǎn)生大量沼氣沼氣由一級三相分離器收集。由于沼氣產(chǎn)生氣提作用，使得沼氣、污泥和水的混合物沿沼氣提升管上升至反應(yīng)器頂部的氣液分離器，沼氣在該處與泥水分離并被導(dǎo)出處理系統(tǒng)。泥水混合物則沿泥水下降管進人反應(yīng)器底部的混合區(qū).并與進水充分混合后進人污泥膨脹床區(qū)，形成內(nèi)循環(huán)，內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進水流量的0.5一5倍經(jīng)膨脹床處理后的廢水除一部分參與內(nèi)循環(huán)外，其余污水通過一級三相分離器后，進人精處理區(qū)的顆粒污泥床區(qū)，進行剩余COD降解與產(chǎn)沼氣過程，提高和保證了出水水質(zhì)。由于大部分COD已被降解，所以精處理區(qū)的COD負(fù)荷較低，產(chǎn)氣量也較少。精處理區(qū)產(chǎn)生的沼氣由二級三相分離器收集，通過集氣管進人氣液分離器并被導(dǎo)出處理系統(tǒng)。經(jīng)過精處理區(qū)處理后的廢水經(jīng)二級三相分離器作用后，上清液經(jīng)出水區(qū)排走，顆粒污泥則返回精處理區(qū)污泥床。IC的內(nèi)循環(huán)技術(shù)巧妙地利用污泥顆�；⑽勰嗷亓骱头旨壧幚�，大幅度提高了COD容積負(fù)荷，實現(xiàn)了泥水間的良好接觸，強化了傳質(zhì)效果。

2反應(yīng)器的工程應(yīng)用及研究現(xiàn)狀

2.1 工程應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1.1處理土豆加工廢水

1958 年荷蘭以Q切路在一家土豆處理廠建立了第1個IC中試反應(yīng)器，其后建造的100m3IC厭氧反應(yīng)器都處理這種廢水，運行表明:IC厭氧反應(yīng)器的COD容積負(fù)荷達(dá)到35一50Kg/(m3?qd)，停留時間前者為4一6h，而處理同樣廢水的UASB反應(yīng)器的負(fù)荷僅為IC反應(yīng)器的1/3左右。

2.1.2 處理啤酒廢水

1996年沈陽華潤雪花啤酒有限從荷蘭PAQUES引進我國第1套IC反應(yīng)器。反應(yīng)器高16m，有效容積70m3處理水量400m3/d，COD去除率穩(wěn)定在80%以上，容積負(fù)荷高達(dá)25一30Kg/(m3?qd)。此后，廣州珠江啤酒公司采用直徑9.5m，高20m的IC反應(yīng)器，處理啤酒廢水1000 m3/d。容積負(fù)荷最高可達(dá)40 Kg/(m3?qd)，COD去除率在75%一80%。

2.1.3 處理高濃度酒精廢水

鄭州大學(xué)于2004年進行了IC反應(yīng)器處理酒精工業(yè)廢水的生產(chǎn)性啟動的研究，并成功地應(yīng)用于酒精工業(yè)廢水的治理，COD去除率高達(dá)95%左右，進水COD為15g/L，其接種污泥采用酒精廠自行培養(yǎng)的消化污泥和污水處理廠的厭氧脫水污泥，接種質(zhì)量濃度為13.4 mg/L和10.85 mg/L，并培養(yǎng)出了顆粒污泥。

2.1.4 處理造紙綜合廢水

IC反應(yīng)器自1996年用于造紙廢水處理以來，發(fā)展很快。如在德國的Wepa造紙廠，廢水處理量為4000 m3/d，采用容積為385 m3、高20m的IC反應(yīng)器，進水COD在1510一2920mg/L，容積負(fù)荷在9一20 Kg/(m3?qd)，COD去除率為58%-74%。

2.2 反應(yīng)器的研究現(xiàn)狀

2.2.1 處理高含鹽菊芭廢水

Habets L.H.A對以IC反應(yīng)器處理菊芭廢水的研究進行了闡述，采用高22m，容積為1100 m3的IC厭氧反應(yīng)器，每天處理800 m3廢水，進水COD約7.9g/ L，COD去除率在50%以上，平均停留時間僅6.lh。

2.2.2 快速啟動的研究

采用人工合成的葡萄糖配水，丁麗麗、吳靜等分別對IC反應(yīng)器的顆粒污泥變化規(guī)律以及初次啟動和二次啟動過程進行了較深人的研究，試驗結(jié)果表明:啟動過程可在5一35d內(nèi)完成，快速啟動是可行的。啟動結(jié)束時COD容積負(fù)荷達(dá)12一15 Kg/(m3?qd)，COD去除率在55%以上。

2.2.3 處理養(yǎng)豬廢水

鄧良偉利用容積為120L的IC反應(yīng)器處理豬場廢水，水力停留時間0.8一2d，負(fù)荷3一7 Kg/(m3?qd)。經(jīng)過近半年的運行，結(jié)果表明，試驗期間沼氣產(chǎn)率達(dá)到1.5一3 m3/(m3?qd)，COD平均去除率為80.3%，去除率95.8%，SS去除率78.5%。由于沉淀作用，對總氮(TN)、總磷(TP)都有一定的去除率。

3 IC反應(yīng)器的研究發(fā)展趨勢

3.1顆粒污泥培養(yǎng)技術(shù)與生物學(xué)研究

相對于UASB反應(yīng)器，由于不同的水力條件和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)型的IC反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)的顆粒污泥顆粒大、結(jié)構(gòu)松散、強度低，因此，對反應(yīng)器中顆粒污泥研究可為現(xiàn)有顆粒污泥理論提供有力證據(jù)，具有較大的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用價值。另外，通過研究反應(yīng)器中微生物學(xué)特性，確定反應(yīng)器中優(yōu)良顆粒污泥的形成機理，顆粒污泥中的微生物組成變化規(guī)律，為反應(yīng)器應(yīng)用奠定生物學(xué)基礎(chǔ)。

3.2 反應(yīng)器水力模型的合理性和實用性研究

目前常采用的IC反應(yīng)器的水力模型是Pereboom等人于1994年在氣升式反應(yīng)器水力模型的基礎(chǔ)上提出的，其合理性和實用性還有待進一步研究。對適合IC反應(yīng)器的水力模型的研究，以及確定滿足高負(fù)荷條件下反應(yīng)器的流態(tài)分布、結(jié)構(gòu)特性、水力學(xué)和傳質(zhì)特性等都是當(dāng)前IC反應(yīng)器技術(shù)亟待解決的問題。

3.3 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

厭氧反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對厭氧消化過程有很大的影響，國內(nèi)外在IC反應(yīng)器的工藝和設(shè)備等方面做了很多研究，但在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化方面還缺乏理論指導(dǎo)，許多投人生產(chǎn)運行的反應(yīng)器都是憑經(jīng)驗設(shè)計的。一方面，內(nèi)部過多的管路系統(tǒng)占用了反應(yīng)器空間，使反應(yīng)器的體積龐大，高度過高;另一方面，內(nèi)部三相分離器的設(shè)計不盡合理，泥水氣分離效果不好。為此 ，IC 反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、提高整個反應(yīng)器的效率方面，還存在較大的挖潛空間。

3.4 快速啟動方式與運行規(guī)律的研究

如何 在 短 期內(nèi)實現(xiàn)快速啟動是IC厭氧處理工程的關(guān)鍵，通過研究影響反應(yīng)器效能的過程參數(shù)，掌握反應(yīng)器的運行規(guī)律，從而建立切實可行的反應(yīng)器快速啟動方式和穩(wěn)定操作運行方法。

從 目前IC反應(yīng)器的應(yīng)用來看，掌握IC反應(yīng)器的快速啟動與運行規(guī)律，對于工程設(shè)計與調(diào)試，的日常維護管理，提高經(jīng)濟效益等具有非常重要的意義。

3.5 應(yīng)用領(lǐng)域的進一步拓展

CI反應(yīng)器 因為回流的稀釋作用，應(yīng)該比UASB更能處理難降解甚至有毒的有機物，這一點已在普通EGSB反應(yīng)器中得到普遍證實。目前，有關(guān)IC反應(yīng)器的應(yīng)用報道多在易降解廢水的啤酒、檸檬酸等領(lǐng)域，其他僅有如造紙及高含鹽菊芭廢水方面的報道，應(yīng)用領(lǐng)域有待進一步拓展。

3.6新的問題

客觀地認(rèn)識一個新的工藝是進一步開發(fā)研究的基礎(chǔ)，COD容積負(fù)荷大幅度地提高使IC反應(yīng)器具備很高的處理容量%同時也引入了新的問題:

(1)污泥分析表明,反應(yīng)器比UASB反應(yīng)器內(nèi)含有較高濃度的細(xì)微顆粒污泥(形成大顆粒污泥的前體),加上水力停留時間相對短和較大的高徑比,所以與UASB反應(yīng)器相比IC反應(yīng)器出水中含有更多的細(xì)微固體顆粒,這不僅使后續(xù)沉淀處理設(shè)備成為必要，還加重了后續(xù)設(shè)備的負(fù)擔(dān)。事實上,研究IC反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥的性質(zhì),正是進一步揭示IC工藝機理的一個出發(fā)點。

(2)由于采用內(nèi)循環(huán)技術(shù)和分級處理,所以IC反應(yīng)器高度一般較高,而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,不但增加了施工安裝和日常維護的困難,對水泵動力消耗也存在負(fù)面影響。當(dāng)然,由于IC反應(yīng)器水力負(fù)荷較高%所以動力消耗還需結(jié)合實際綜合考察。

(3)為適應(yīng)較高的生化降解速率,許多IC反應(yīng)器的進水需調(diào)節(jié)PH值和溫度,為微生物的厭氧降解創(chuàng)造條件。從強化反應(yīng)器自身功能的程度看,這無疑增加了IC反應(yīng)器以外的附屬處理設(shè)施,盡管目前大多數(shù)厭氧工藝也需要調(diào)節(jié)進水的溫度和PH值。

4 IC反應(yīng)器應(yīng)用前景

盡管IC 反應(yīng)器在應(yīng)用中有一些未能很好解決的缺陷，但是由于IC反應(yīng)器有著諸多以UASB為代表的第2代厭氧反應(yīng)器無法比擬的優(yōu)點，IC反應(yīng)器越來越多地被應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)、造紙、食品加工、檸檬酸等的生產(chǎn)中，其在高濃度工業(yè)廢水、有毒工業(yè)廢水治理方面具有廣闊的市場前景。

另外 ，IC 反應(yīng)器目前主要應(yīng)用于工業(yè)廢水的治理，對于污水采用IC反應(yīng)器的處理，仍有待于進一步探索。

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