1、UASB和IC反應器異同比較及應用摘要：本文扼要介紹了UASB和IC反應器的概念和其工作原理及基本構(gòu)造，并通過列舉應用實例詳細比較了兩者的異同點，最后總結(jié)了UASB和IC工藝的特點及前景。關(guān)鍵詞：UASB；IC；比較；啤酒廢水Similarities and differences of USAB and ICAbstract: This article succinctly introduced UASB and ICs concept and its principle of work and the fundamental construction, and through enumer

2、ated the application example to compare both similarities and differences spot in detail, finally summarized UASB and ICs craft characteristic and the prospect.Key words: UASB; IC; compare; beer waste water1.UASB和IC反應器工藝原理1.1 UASB反應器1.1.1 UASB簡介上流式厭氧污泥床反應器是一種處理污水的厭氧生物方法，又叫升流式厭氧污泥床，英文縮寫UASB，由荷蘭Lettin

3、ga教授于1977年發(fā)明。污水自下而上通過UASB。反應器底部有一個高濃度、高活性的污泥床，污水中的大部分有機污染物在此間經(jīng)過厭氧發(fā)酵降解為甲烷和二氧化碳。因水流和氣泡的攪動，污泥床之上有一個污泥懸浮層。反應器上部有設(shè)有三相分離器，用以分離消化氣、消化液和污泥顆粒。消化氣自反應器頂部導出；污泥顆粒自動滑落沉降至反應器底部的污泥床；消化液從澄清區(qū)出水。UASB 負荷能力很大，適用于高濃度有機廢水的處理。運行良好的UASB有很高的有機污染物去除率，不需要攪拌，能適應較大幅度的負荷沖擊、溫度和pH變化。1.1.2 UASB構(gòu)造UASB構(gòu)造上的特點是集生物反應與沉淀于一體，是一種結(jié)構(gòu)緊湊的厭氧反應器。

4、反應器主要由進水配水系統(tǒng)，反應區(qū)，三相分離器，氣室，處理水排除系統(tǒng)這幾個部分組成。 圖1 UASB反應器1.1.3 UASB工作原理UASB反應器中的厭氧反應過程與其他厭氧生物處理工藝一樣，包括水解，酸化，產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷等。通過不同的微生物參與底物的轉(zhuǎn)化過程而將底物轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物沼氣、水等無機物。UASB由污泥反應區(qū)、氣液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和氣室三部分組成。在底部反應區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在

5、上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固液混合液經(jīng)過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應區(qū)內(nèi)，使反應區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。1.2 IC反應器1.2.1 IC簡介隨著生產(chǎn)發(fā)展與資金、能耗、占地等因素間矛盾的進一步突出, 水處理工作者必須努力尋求技術(shù)經(jīng)濟更優(yōu)化的厭氧工藝,

6、尤其是如何處理生產(chǎn)發(fā)展帶來的新的高濃度有機廢水更使得這一努力成為必要。內(nèi)循環(huán)厭氧反應器( IC )即是這一背景下產(chǎn)生的新型反應器, 是厭氧廢水處理理論與工程實踐相結(jié)合的產(chǎn)物,體現(xiàn)了厭氧工藝自身發(fā)展要求。1985年, 荷蘭 PAQU ES 公司建立了第一個IC中試反應器, 1988年, 第一座生產(chǎn)性規(guī)模的IC 反應器投入運行。目前, IC 反應器已成功應用于啤酒生產(chǎn)、食品加工等行業(yè)的生產(chǎn)污水處理中。由于其處理容量高、投資少、占地省、運行穩(wěn)定等特點, 引起了各國水處理人員的矚目,有人視之為第三代厭氧生化反應器的代表工藝之一1。進一步研究開發(fā) IC反應器、 推廣其應用范圍已成為厭氧廢水處理的熱點之一

7、。1.2.2 IC構(gòu)造IC反應器由兩個UASB反應器上下疊加串聯(lián)構(gòu)成,高度可達1625m, 高徑比一般為48, 由5個基本部分組成: 混合區(qū)、顆粒污泥膨脹床區(qū)、 精處理區(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工藝的核心結(jié)構(gòu)，由一級三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥水下降管等組成。 圖2 IC反應器1.2.3 IC工作原理經(jīng)過調(diào)節(jié) pH 和溫度的生產(chǎn)廢水首先進入反應器底部的混合區(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入顆粒污泥膨脹床進行COD的生化降解, 此處的COD容積負荷很高, 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。由于沼氣氣泡形成

8、過程中對液體所作的膨脹功產(chǎn)生了氣體提升作用 , 使得沼氣、 污泥和水的混合物沿沼氣提升管上升至反應器頂部的氣液分離器 , 沼氣在該處與泥水分離并被導出處理系統(tǒng)。泥水混合物則沿泥水下降管進入反應器底部的混合區(qū) , 并與進水充分混合后進入污泥膨脹床區(qū), 形成所謂內(nèi)循環(huán)。根據(jù)不同的進水 COD負荷和反應器的不同構(gòu)造 , 內(nèi)循環(huán)流量可達進水流量的0. 55倍2。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, 進入精處理區(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負荷較低 , 產(chǎn)氣量也較小。該處

9、產(chǎn)生的沼氣由二級三相分離器收集, 通過集氣管進入氣液分離器并被導出處理系統(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。2.UASB和IC反應器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 UASB反應器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀UASB 反應器作為如今高效厭氧反應器中應用最廣泛的反應器之一，具有能耗低、造價低、能產(chǎn)生生物能等特點， 因而是值得推廣應用的一種新型生化厭氧處理反應器。長期以來被廣泛應用于各種類型的廢水處理，在國內(nèi)外的應用研 究中也常常出現(xiàn)。在國外如美國、芬蘭、泰國、瑞士、加拿大和奧地利都曾利用UASB反應器處理各種生產(chǎn)廢水，如甜菜制 糖加工廢水、啤酒和酒精

10、加工廢水、生活污水、牛奶廢水的處理等，都取得了較好的處理效果。我國于1981年開始了對UASB反應器的試驗研究，許多單位在處理高濃度有機廢水時采用 UASB 反應器進行處理，已取得了較好的成效。對于UASB反應器等厭氧處理構(gòu)筑物處理高濃度有機廢水，其出水一般未能達到廢水的最終排放要求，所以往往采取與其他處理工藝相結(jié)合的方式。 在90年代末期出現(xiàn)了UASB與其他工藝聯(lián)合使用的例子，如 UASB-AF工藝處理維生素C廢水，上流式厭氧污泥床過濾器處理滌綸廢水等，提高了處理效果3。2.2 IC反應器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從 IC 反應器的工程實踐看,國內(nèi)沈陽、上海率先采用了 IC工藝處理啤酒生產(chǎn)廢水。以沈陽華

11、潤雪花啤酒有限公司采用的IC反應器為例4, 反應器高16 m, 有效容積70 m 3 , 每天處理平均COD濃度為4300 mg / L 的啤酒廢水 400 m 3 ,在COD去除率穩(wěn)定在80%的條件下, 容積負荷高達2530 kg /m 3d。公司在解決處理生產(chǎn)廢水問題的同時, 經(jīng)濟上也獲得較大收益:每年節(jié)省排污費 75萬元 , 沼氣回收利用價值 45萬元, 相比之下, 反應器年運行費用僅為62萬元?？梢? IC工藝達到了技術(shù)經(jīng)濟的優(yōu)化。IC 工藝在國外的應用以歐洲較為普遍, 運行經(jīng)驗也較國內(nèi)成熟許多, 不但已在啤酒生產(chǎn)、土豆加工、造紙等生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的廢水處理上有成功應用, 而且正日益擴展其應

12、用范圍, 規(guī)模也越來越大。荷蘭SEN SUS公司就建造了容積為 1100 m 3 的IC 反應器處理菊粉 ( inuline ) 生產(chǎn)廢水5 , 而據(jù)估算, 如采用UASB反應器處理同樣廢水,反應器容積將達 2200 m 3 ,投資及占地也將大大增加。1995年該反應器初期運行時,日處理 COD濃度約為7200 mg / L 的廢3960 m 3 ,水力負荷達 30 kg COD /m 3d, COD去除率穩(wěn)定在70%80%。3.UASB和IC反應器異同比較UASB在國內(nèi)廣泛應用，也得到許多水處理專業(yè)人士的認可。IC是一種內(nèi)循環(huán)反應器，其構(gòu)造就相當于將兩個UASB疊加起來，可以看成UASB的衍

13、生系統(tǒng)。IC反應器與UASB 反應器處理相同廢水的對比結(jié)果如表16。表1在給出 IC反應器實際應用的同時, 對采用UASB工藝處理相同廢水進行了比較?？梢钥闯? IC反應器很大程度上解決了UASB的相對不足, 大大提高了單位反應器容積的處理容量。下面，我通過表格將兩個系統(tǒng)各自優(yōu)缺點進行歸納一下：比較項目UASB系統(tǒng)IC系統(tǒng)容積負荷520kgCOD/m3d2050kgCOD/m3d抗沖擊負荷能力原來UASB不設(shè)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，導致其抗沖擊負荷能力較差；現(xiàn)在經(jīng)過改良，增設(shè)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，提高了抗沖擊符合負荷能力有內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，抗沖擊負荷能力強占地面積大小建設(shè)難度工藝成熟、建設(shè)簡單結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)計施工難度高運行

14、控制難度方便難度較高運行費用一般高徑比大，增加進水泵動力消耗，增加運行費用去除效率較高在厭氧反應中，有機負荷、產(chǎn)氣量和處理程度三者之間存在著密切的聯(lián)系和平衡關(guān)系。一般較高的有機負荷可獲得較大的產(chǎn)氣量，但處理程度會降低。因此，IC反應器的總體去除效率相比UASB反應器來講要低難溶物質(zhì)處理有較長的停留時間，能保證難溶有機物的去除效果發(fā)酵細菌通過胞外酶作用將不溶性有機物水解成可溶性有機物，再將可溶性的大分子有機物轉(zhuǎn)化成脂肪酸和醇類等，該類細菌水解過程相當緩慢。IC反應器較短的水力停留時間勢必影響不溶性有機物的去除效果出水效果穩(wěn)定發(fā)酵細菌通過胞外酶作用將不溶性有機物水解成可溶性有機物，再將可溶性的大分

15、子有機物轉(zhuǎn)化成脂肪酸和醇類等，該類細菌水解過程相當緩慢。IC反應器較短的水力停留時間勢必影響不溶性有機物的去除效果調(diào)試難度調(diào)試相對簡單，具備一定厭氧調(diào)試經(jīng)驗即可。國內(nèi)缺乏在IC反應器水力條件下培養(yǎng)活性和沉降性能良好的顆粒污泥關(guān)鍵技術(shù)。目前國內(nèi)引進的IC反應器均采用荷蘭進口的顆粒污泥接種，增加了工程造價。運行穩(wěn)定性系統(tǒng)構(gòu)造簡單實用，不易產(chǎn)生問題內(nèi)循環(huán)中泥水混合液的上升易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，使內(nèi)循環(huán)癱瘓，處理效果變差建設(shè)投資設(shè)備投資相對較大設(shè)備投資成本小，但由于現(xiàn)在IC技術(shù)還存在許多專利，市場技術(shù)成本較高，所以整體建設(shè)成本也不低4.UASB和IC的應用實例 4.1 山東青援食品集團玉米淀粉廢水UASB處

16、理工藝玉米淀粉廢水含有豐富的碳水化合物及氮、 磷等營養(yǎng)物, CODCr界于1000020000 mg/L 之間, 屬可生化性較好的高濃度有機廢水, 適宜采用生化處理工藝。廢水中懸浮物及膠體蛋白含量較高, 含量過高對厭氧污泥系統(tǒng)的發(fā)展會產(chǎn)生不利影響。玉米浸泡過程中會有少量 SO32-及SO42-進入廢水系統(tǒng), 在厭氧處理過程中, 這些含硫的化合物被微生物還原為硫化氫, 當亞硫酸鹽及硫化氫超過一定值時, 就會對厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生一定的抑制作用。原水初沉池調(diào)節(jié)池UASB裝置厭沉池CASS池出水 濃縮池污泥脫水 圖3 玉米淀粉廢水處理工藝流程該工程 UASB 裝置設(shè)計尺寸為:816 m , 有效容積750

17、m3 , 停留時間36 h。UASB裝置的主要作用是將廢水中高分子有機物降解為低分子有機物, 并去除廢水中大部分有機物。4.2 燕京啤酒集團啤酒廢水IC處理工藝流程2004年5月，燕京集團總部投資500多萬元，從上海荷蘭帕斯公司引進了好氧、厭氧相結(jié)合的污水處理系統(tǒng)的IC反應器，新技術(shù)工藝不僅大大節(jié)約了用水量，各項污染物排放指標也遠低于國家規(guī)定的排放標準，使污水排放達到綠色奧運標準。沼氣原水提升泵格柵調(diào)節(jié)池提升泵IC反應器SBR反應池出水污泥濃縮池 污泥外運圖4 改造后的污水處理工藝流程簡圖原水中COD值一般在1300-1500 mg/L，經(jīng)過IC反應器后，COD降到600-700 mg/L，通

18、過SBR處理后，出水COD在60 mg/L以下，符合二級出水標準。啤酒廢水一般偏酸性(pH56)，含有大量的懸浮固體(SS為4001000mgL)，含有大量易生物降解的有機物(COD為15003000mgL)。廢水中BODCOD高達0507，一般不含有毒有害成份，具有良好的可生化性能。若僅采用好氧法處理，存在能耗高、費用大等問題，若結(jié)合先進的厭氧處理技術(shù)，將提高效率，降低處理費。本套工藝就是先采用目前較為先進的IC厭氧處理技術(shù)，但是光用厭氧處理，出水不達標，且水中溶解氧較低，不能直接排放，所以用SBR進一步處理，然后排放，處理效果好。5.總結(jié)與展望 與UASB等第二代厭氧反應器相比，IC反應器具有以下優(yōu)點：有機負荷率高，水力停留時間短；高徑比大，占地面積小，基建投資??；出