厭氧反應(yīng)器高濃度污水處理

內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器是在上流式厭氧污泥床（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，UASB）反應(yīng)器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高效反應(yīng)器。其依靠沼氣在升流管和回流管間產(chǎn)生的密度差在反應(yīng)器內(nèi)部形成流體循環(huán)。內(nèi)循環(huán)提高了反應(yīng)區(qū)的液相上升流速，加強(qiáng)了廢水中有機(jī)物和顆粒污泥間的傳質(zhì)，使得處理同類廢水時(shí)，該反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷達(dá)到UASB反應(yīng)器的2～4倍。IC厭氧反應(yīng)器具有高徑比大、上流速度快、有機(jī)負(fù)荷高、傳質(zhì)效果好等優(yōu)點(diǎn)，其去除有機(jī)物能力遠(yuǎn)超過(guò)UASB等二代厭氧反應(yīng)器[3]，代表著當(dāng)今廢水處理領(lǐng)域厭氧生物反應(yīng)器的高水平。當(dāng)前，IC厭氧反應(yīng)器被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)廢水的處理，已經(jīng)成為當(dāng)今環(huán)保行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

1 IC厭氧反應(yīng)器的基本原理及特點(diǎn)

1.1 IC厭氧反應(yīng)器的基本原理

IC厭氧反應(yīng)器由兩個(gè)UASB反應(yīng)器上下疊加串聯(lián)而成，其高度可達(dá)16～25m，高徑比一般為4～8，主要由5個(gè)部分組成：布水區(qū)、*反應(yīng)室、第二反應(yīng)室、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)。IC厭氧反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖如下。廢水首*入反應(yīng)器底部的混合區(qū)，并與來(lái)自回流管的內(nèi)循環(huán)泥水混合液充分混合后進(jìn)入*反應(yīng)室進(jìn)行污染物的生化降解，此處的COD容積負(fù)荷很高，大部分進(jìn)水COD在此處被降解，并產(chǎn)生大量沼氣。沼氣由下層三相分離器收集，并沿著回流管上升。沼氣上升的同時(shí)把*反應(yīng)室的混合液提升至IC厭氧反應(yīng)器頂部的氣液分離器，沼氣在此處與泥水分離并被導(dǎo)出反應(yīng)器。泥水混合物則沿著回流管返回反應(yīng)器底部，并與進(jìn)水充分混合進(jìn)入*反應(yīng)室，形成內(nèi)循環(huán)。經(jīng)過(guò)*反應(yīng)室處理過(guò)的污水，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入第二反應(yīng)室繼續(xù)處理。產(chǎn)生的沼氣由第二反應(yīng)室的集氣罩收集，通過(guò)提升管進(jìn)入氣液分離器。第二反應(yīng)室中的混合液在沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，處理過(guò)的上清液由出水管排出，沉淀的污泥可自動(dòng)返回到第二反應(yīng)室。

1.2 IC厭氧反應(yīng)器的工藝特點(diǎn)

IC厭氧反應(yīng)器*的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，加強(qiáng)了廢水中有機(jī)物和顆粒污泥間的傳質(zhì)，從而大幅提高了反應(yīng)器的COD容積負(fù)荷，IC厭氧反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷是普通UASB反應(yīng)器的3倍左右，同時(shí)反應(yīng)器在保證去除效果的條件下，能達(dá)到較低的水力停留時(shí)間。IC厭氧反應(yīng)器實(shí)際上是一種特殊的氣提式反應(yīng)器，其提升動(dòng)力源自反應(yīng)器中的自產(chǎn)沼氣，這樣反應(yīng)器不必通過(guò)外力實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制循環(huán)，節(jié)省了能耗。反應(yīng)器中內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的形成使得反應(yīng)器內(nèi)*反應(yīng)室的實(shí)際水量遠(yuǎn)大于進(jìn)口水量，內(nèi)循環(huán)水稀釋了進(jìn)水，提高了反應(yīng)器的抗沖擊能力和酸堿調(diào)節(jié)能力。在處理相同的廢水時(shí)，IC厭氧反應(yīng)器的容積負(fù)荷是普通UASB的4倍左右，因此其所需的體積僅為UASB的1/4～1/3，利于節(jié)省基建投資，而且IC厭氧反應(yīng)器具有很大的高徑比，占地面積非常小。

2 IC厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)

由于目前國(guó)內(nèi)已建立了許多生產(chǎn)性UASB裝置，所以可以采用UASB反應(yīng)器的顆粒污泥作為IC厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)的接種污泥。當(dāng)采用UASB反應(yīng)器的接種污泥作為IC厭氧反應(yīng)器的接種污泥時(shí)，則從UASB反應(yīng)器的顆粒污泥演變?yōu)镮C厭氧反應(yīng)器的顆粒污泥，一般需要1～2個(gè)月的啟動(dòng)過(guò)程。采用UASB中的顆粒污泥接種IC厭氧反應(yīng)器處理人工合成廢水，反應(yīng)器初次啟動(dòng)在40天內(nèi)完成。采用自行設(shè)計(jì)的一套IC厭氧反應(yīng)器裝置，接種啤酒廠生產(chǎn)廢水消化污泥，采用人工配水對(duì)其進(jìn)行啟動(dòng)運(yùn)行，歷時(shí)60天時(shí)間完成了反應(yīng)器的啟動(dòng)。IC厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間雖然比UASB要短，但要達(dá)到反應(yīng)器內(nèi)部的無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)仍然需要較長(zhǎng)的時(shí)間。現(xiàn)今，如何快速地啟動(dòng)反應(yīng)器成為了學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。

3 內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用

3.1 處理酒精廢水

酒精是重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、日用化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。隨著石油、煤炭等自然資源逐年減少，且*，可替代能源的發(fā)展受到越來(lái)越多的關(guān)注。酒精燃料是一種可再生的清潔能源，已成為替代能源之一。由此在生產(chǎn)酒精過(guò)程中產(chǎn)生的廢水也越來(lái)越多，傳統(tǒng)的厭氧工藝處理這類高濃度廢水效果不理想。IC反應(yīng)器處理木薯酒精廢液，每天處理廢水3000m³，進(jìn)水COD在3萬(wàn)～3.5萬(wàn)mg/L，COD去除率達(dá)到90%。河南天冠燃料乙醇有限公司是一家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)，引進(jìn)了IC厭氧反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試，使容積負(fù)荷達(dá)到了12kgCOD/m3·d，COD的去除率達(dá)到了93%。

3.2 處理生物制藥廢水

隨著生物制藥行業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，生物制藥工業(yè)給環(huán)境帶來(lái)的壓力越來(lái)越突出，目前生物制藥工業(yè)是國(guó)家環(huán)境保護(hù)規(guī)劃重點(diǎn)治理的12個(gè)行業(yè)之一。生物制藥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量廢水，且成分復(fù)雜，有機(jī)污染物種類多、濃度高、色度深，處理難度大，尤其是有的制藥廢水還含有生物毒性物質(zhì)，增加了生物制藥廢水的處理難度。皖北某公司將IC反應(yīng)器用于抗生素廢水的處理中，取得了良好的效果，IC反應(yīng)器對(duì)COD的平均去除率達(dá)到了78%，出水COD在2000mg/L以下，能滿足后續(xù)好氧和氣浮處理負(fù)荷的要求，從而確保了整個(gè)廢水處理系統(tǒng)出水的達(dá)標(biāo)排放。

3.3 處理造紙廢水

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)紙張的需求日益增大，使得*造紙工業(yè)得到迅猛發(fā)展。但隨著紙張的產(chǎn)量和消費(fèi)的增加，造紙工業(yè)用水量和廢水排放量也隨之增加。造紙工業(yè)廢水排放量大，污染嚴(yán)重。造紙生產(chǎn)過(guò)程中，采用不同的原料或加工工藝生產(chǎn)的紙漿，其污染物發(fā)生量懸殊，各種制漿廢水中會(huì)有多種對(duì)生物有害物質(zhì)。在世界范圍內(nèi)，造紙工業(yè)水污染治理已經(jīng)成為造紙行業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，也是造紙工業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵。河南新密一家以廢舊紙板為原料生產(chǎn)瓦楞紙的造紙企業(yè)利用改進(jìn)型IC厭氧反應(yīng)器在常溫下處理造紙廢水，經(jīng)過(guò)2個(gè)月的調(diào)試，反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷12kgCOD/m³·d。進(jìn)水COD在10,000mg/L左右，出水COD穩(wěn)定在1400mg/L左右。

3.4 處理啤酒廢水

啤酒廢水的高濃度部分來(lái)自糖化和發(fā)酵車間，其高濃度部分COD濃度為2000～4000mg/L。其低濃度部分的廢水量大，COD濃度僅為300～800mg/L。啤酒廢水的BOD/COD值在0.7左右，且不含明顯抑制厭氧微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)，具有可生化性強(qiáng)等特點(diǎn)。

已建成的IC厭氧反應(yīng)器大部分用于處理啤酒廢水。目前我國(guó)已有多家啤酒廠應(yīng)用了此工藝。IC厭氧反應(yīng)器和UASB反應(yīng)器處理啤酒廢水的對(duì)比情況見(jiàn)下表所示。由表可見(jiàn)，IC厭氧反應(yīng)器處理啤酒廢水的COD容積負(fù)荷可達(dá)15～30kg/m³·d，水力停留時(shí)間為2～4.2h，去除率在75%以上，而處理啤酒廢水的UASB反應(yīng)器的COD容積負(fù)荷一般僅為4～7kg/m³·d。

3.5 其他廢水的處理

IC厭氧反應(yīng)器逐漸被應(yīng)用于各種廢水的處理，日照博源生化有限公司和山東檸檬生化有限公司都是采用荷蘭帕克的IC反應(yīng)器處理檸檬酸廢水，進(jìn)水COD在1萬(wàn)mg/L左右，COD去除率達(dá)到85%以上。某化工廠采用IC厭氧反應(yīng)器處理PTA廢水，廢水經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后泵入2臺(tái)體積為1680m3的IC厭氧反應(yīng)器，PTA廢水TOC去除率達(dá)85%～95%。某印染廠應(yīng)用IC厭氧反應(yīng)器處理印染廢水，COD去除率可達(dá)到80%以上，色度去除率達(dá)到70%以上。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，IC厭氧反應(yīng)器具有容積負(fù)荷率高、處理容量大、投資少、占地面積小、啟動(dòng)速度快、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，并在酒精、制藥、啤酒、造紙、印染等工業(yè)廢水的處理中發(fā)揮了較高的去除效果，在工程技術(shù)上已經(jīng)趨于成熟。但對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，目前對(duì)于IC厭氧反應(yīng)器在廢水領(lǐng)域中應(yīng)用的研究還不夠深入，仍有不少值得研究的地方。今后，應(yīng)更加注重?cái)U(kuò)大IC厭氧反應(yīng)器在廢水領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，深入研究反應(yīng)器動(dòng)力模型的合理性和實(shí)用性，以及反應(yīng)器的快速啟動(dòng)及顆粒污泥的培養(yǎng)技術(shù)等內(nèi)容。厭氧反應(yīng)器高濃度污水處理