兴平市 IC厌氧反应器  ​

随着对的日益重视，在废水末端处理方也进行了大量的资金投入，j就拿IC厌氧反应器为例，该设备在造纸二部和板纸废水厌氧处理技术的足以证明。废水的厌氧处理技术以其、、污泥易于处理等优点在废水处理中正发挥着越来越大的。

UASB与IC在运行上的差别表现在抗冲击负荷方，IC可以通过自动稀释进水，效了反应室的进水浓度的稳定性。其次是它仅需要较短的停留时间，对可生化性的废水的确是优点。大同意因为IC，抗冲击负荷，容积负荷，投资省等许多优点于UASB的优点，是否就应该因此而放弃再选用UASB了呢？

IC缺特点尤其在污水可生化性不是太的情况下，由于水力停留时间比较短率远没UASB，增加了耗氧的负担。另外，IC由于气体，别是对进水水质不太稳定的，导致IC水量不稳定，水质也相对不稳定，时可能还会出现短暂不现象，对后序处理工艺是影响的。UASB比IC优点就是率，水质相对稳定。但IC优点还是很多的，别是对于SS进水，比UASB明显，由于IC上升流速很大，SS不会在反应器内大量积累，污泥可以保持较活性。对于毒废水也是如此！

原理

它相似由2层UASB反应器串联而成。按功能划分，反应器由下而上共分为5个区：混合区、1厌氧区、2厌氧区、沉淀区和气液分离区。

混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物效地在此区混合。

1厌氧区：混合区形成的泥水混合物进入该区，在浓度污泥下，大部分机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和流化状态，加强了泥水表接触，污泥由此而保持着的活性。随着沼气产量的增多，一部分泥水混合物被沼气提升至部的气液分离区。

气液分离区：被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统，泥水混合物则沿着回流管返回到下端的混合区，与反应器底部的污泥和进水充分混合，实现了混合液的内部循环。

2厌氧区：经1厌氧区处理后的废水，除一部分被沼气提升外，其余的都通过三相分离器进入2厌氧区。该区污泥浓度较，且废水中大部分机物已在1厌氧区被降解，因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区，对2厌氧区的扰动很小，这为污泥的停留了利条件。

沉淀区：2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进行，上清液由管排走，沉淀的颗粒污泥返回2厌氧区污泥床。

从IC反应器原理中可见，反应器通过2层三相分离器来实现SRT>HRT，获得污泥浓度；通过大量沼气和的剧烈扰动，使泥水充分接触，获得的传质效果。

优点

IC 反应器的构造及其原理决定了其在控制厌氧处理影响因素方比其它反应器更具。

（1）容积负荷：IC反应器内污泥浓，微生物量大，且存在，传质，进水机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。

（2）节省投资和占地积：IC 反应器容积负荷率出普通UASB 反应器3倍左右，其体积相当于普通反应器的1/4—1/3 左右，大大降了反应器的基建投资；而且IC反应器径比很大（一般为4—8），所以。

（3）抗冲击负荷能力强：处理浓度废水（COD=2000—3000mg/L）时，反应器流量可达进水量的2—3 倍；处理浓度废水（COD=10000—15000mg/L）时，流量可达进水量的10—20倍。大量的循环水和进水充分混合，使原水中的害物质得到充分稀释，大大降了毒物对厌氧消化过程的影响。

（4）抗温能力强：温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含大量的微生物，温度对厌氧消化的影响变得不再和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件（20—25 ℃）下进行，这样减少了消化保温的困难，节省了能量。

（5）具缓冲pH值的能力：流量相当于1 厌氧区的回流，可利用COD转化的碱度，对pH值起缓冲，使反应器内pH值保持的状态，同时还可减少进水的投碱量。

（6）内部自动循环，不必外加动力：普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而IC 反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。

（7）：利用二级UASB串联分级厌氧处理，可以补偿厌氧过程中K s产生的不利影响。Van Lier在1994年证明，反应器分级会降VFA浓度，延长生物停留时间，使反应进行稳定。

（8）启动周期短：IC反应器内污泥活性，生物增殖快，为反应器快速启动利条件。IC反应器启动周期一般为1～2个月，而普通UASB启动周期长达4～6个月。

（9）沼气利用值：反应器产生的生物气纯，CH4为70%～80%，CO2为20%～30%，其它机物为1%～5%，可作为燃料加以利用

发展历程

在相当长的一段时间内，厌氧消化在理论、技术和上远远落后于氧生物处理的发展。20世纪60年代以来，能源短缺问题日益，这促使人们对厌氧消化工艺进行重新认识，对处理工艺和反应器结构的设计以及甲烷回收进行了大量研究，使得厌氧消化技术的理论和实践都了很大进步，并得到。厌氧消化具下列优点：需搅拌和供氧，动力消耗少；能产生大量含甲烷的沼气，是很的能源物质，可用于发电和庭燃气；可浓度进水，保持污泥浓度，所以其溶剂机负荷达到仍需要进一步处理；初次启动时间长；对温度要求较；对毒物影响较敏感；遭破坏后，恢复期较长。污水厌氧生物处理工艺按微生物的凝聚形态可分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法。厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触消化池、升流式厌氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket,UASB）、厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）等；厌氧生物膜法包括厌氧生物滤池、厌氧流化床和厌氧生物转盘。

厌氧反应四个阶段

一般来说，废水中复杂机物物料比较多，通过厌氧分解分四个阶段加以降解：

（1）水解阶段：分子机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。废水中的机物质比如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。

（2）酸化阶段：上述的小分子机物进入到细胞体内转化成更为的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。

（3）产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。

（4）产甲烷阶段：在这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段也是整个厌氧过程重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。

再上述四个阶段中，人认为二个阶段和三个阶段可以分为一个阶段，在这两个阶段的反应是在同一类细菌体类完成的。前三个阶段的反应速度很快，如果用莫诺方程来模拟前三个阶段的反应速率的话，Ks（半速率常数）可以在50mg/l以下，μ可以达到5KgCOD/KgMLSS.d。而四个反应阶段通常很慢，同时也是重要的反应过程，在前几个阶段中，废水的中物质只是形态上发生变化，COD几乎没什么，只是在四个阶段中物质变成甲烷等气体，使废水中COD大幅度下降。同时在四个阶段产生大量的碱度这与前三个阶段产生的机酸相平衡，维持废水中的PH稳定，反应的连续进行。

一般来说，影响Kh的因素很多，很难确定一个定的方程来求解Kh，但我们可以根据一些定条件的Kh，反推导解反应器的容积和非常的反应条件。在实际工程实施中，条件的话，应针对要处理的废水作一些Kh的测试。通过对外一些报道的研究，提出在温下水解对脂肪和蛋白质的降解速率非常慢，这个时候，可以不考虑厌氧处理方式。对于生活污水来说，在温度15的情况下，Kh=0.2左右。但在水解阶段我们不需要过多的COD效果，而且在一个反应器中你很难严格的把厌氧反应的几个阶段区分开来，一旦停留时间过长，对工程就不太。如果就单独的水解反应针对生活污水来说，COD可以控制到0.1的效果就可以了。

把这些参数和给定的条件代入到水解动力学方程中，可以得到停留水解停留时间：

T=13.44h

这对于水解和后续阶段处于一个反应器中厌氧处理单元来说是一个很短的时间，在实际工程中也完可以实现。如果条件的地方我们可以适当提废水的反应温度，这样反应时间还会大大缩短。而且一般对于城市污水来说，长的排水管网和废水中本生的生物多样性，所以当废水流到废水处理场时，这个过程也在很大程度上完成，到目前为止还没看到关于水解作为生活污水厌氧反应的限速报道。

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发酵酸化反应

发酵可以被定义为机化合物既作为电子受体也作为电子供体的生物降解过程，在此过程中机物被转化成以挥发性脂肪酸为主的末端产物。

酸化过程是由大量的、多样的发酵细菌来完成的，在这些细菌中大部分是专性厌氧菌，只1%是兼性厌氧菌，但正是这1%的兼性菌在反应器受到氧气的冲击时，能迅速消耗掉这些氧气，保持废水的氧化还原电位，同时也保护了产甲烷菌的运行条件。

酸化过程的底物取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。对于一个稳态的反应器来说，乙酸、二氧化碳、氢气则是酸化反应的主要产物。这些都是产甲烷阶段所需要的底物。

在这个阶段产生两种重要的厌氧反应是否正常的底物就是挥发性脂肪酸（VFA）和氨氮。VFA过会使废水的PH下降，逐渐影响到产甲烷菌的正常进行，使产气量减小，同时整个反应的自然碱度也会较少，系统平衡PH的能力减弱，整个反应会形成恶性循环，使得整个反应器终失败。氨氮它起到一个平衡的，一方，它能够中和一部分VFA，使废水PH具更大的缓冲能力，同时又给生物体合成自生生长需要的营养物质，但过的氨氮会给微生物带来毒性，废水中的氨氮主要是由于蛋白质的分解带来的，的生活污水中含20-50mg/l左右的氨氮，这个范围是厌氧微生物非常理想的范围。

另外一个重要指标就是废水中氢气的浓度，以含碳17的脂肪酸降解为例：

CH3(CH2)15COO-+14H2O—>7CH3COO-+CH3CH2COO-+7H++14H2

脂肪酸的降解都会产生大量的氢气，如果要使上述反应得以正常进行，必须在下一反应中消耗掉足够的氢气，来维持这一反应的平衡。如果废水的氢气指标过，表明废水的产甲烷反应已经受到严重抑制，需要进行修复，一般来说氢气浓度升是伴随PH指标降的，所以不难监测到废水中氢气的变化情况，但废水本身一定的缓冲能力，所以完通过PH下降来判断氢气浓度的变化一定的滞后性，所以通过监测废水中氢气浓度的变化是对整个反应器反应状态一个的表现形式。

从上的反应方程式可以看出，乙醇、丁酸和丙酸不会被降解，但由于后续反应中氢的消耗，使得反应能够向右进行，在一阶段，氢的平衡显得更加重要，同时后续的产甲烷过程为这一阶段的转化能量。实际上这一阶段和前的发酵阶段都是由同一类细菌完成，都在细菌体内进行，并且产物排放到水体中，界限并没清楚，在设计反应器时，没足够的理由把他们分开。

产甲烷反应

在厌氧反应中，大约70%左右的甲烷由乙酸歧化菌产生，这也是这几个阶段中遵循莫诺方程反应的阶段。

另一类产生甲烷的微生物是由氢气和二氧化碳形成的。在正常条件下，他们大约占30%左右。其中约一般的嗜氢细菌也能利用甲酸产生甲烷。主要的产甲烷过程反应：

CH3COO-+H2O－>CH4+HCO3- ΔG’0=-31.0KJ/MOL

HCO3-+H++4H2－>CH4+3H2O ΔG’0=-135.6KJ/MOL

4CH3OH－>3CH4+CO2+2H2O ΔG’0=-312KJ/MOL

4HCOO-+2H+－>CH4+CO2+2HCO3- ΔG’0=-32.9KJ/MOL

在甲烷的形成过程中，主要的中间产物是甲基辅酶M（CH3-S-CH2-SO3-）。这个过程可用以下图示所标：

在甲基辅酶M还原成甲烷的过程中，需要非常重要的甲基还原酶，其中含重要的金属离子Ni+。这对生活污水来说是比较缺乏微量金属离子，所以在生活污水的厌氧生物处理过程中补充一定的微量金属离子是非常必要的。

浓度废水反应速率的选择

以生活污水为例，一般来说影响废水厌氧反应速率的因素很多，包括反应温度、废水的毒性、原水基质浓度、原水的PH值、传质效率、营养物质的平衡、微量元素的催化等等。对于生活污水来说，影响比较大的因素反应温度、原水的基质浓度、传质效率以及微量元素的催化。因为生活污水的营养比和PH值被*为非常适合生物的生长的。在前的叙述中，已经提及了厌氧反应的前三个阶段对于生活污水来说，很快就可以完成，尤其水解阶段，不存在传质的限制，同时通常长距离的管网也给水解了足够的时间。因此我们提出的厌氧处理浓度废水设计思想中，主要考虑产甲烷过程作为限速步骤。

由于产甲烷阶段遵循莫诺方程，整个速率的确定以莫诺方程为基础。在上式中，很难把总体反应的Ks值估算出来，因为它受到的影响因素很多，对于不同类的废水差别很大。对于生活污水来说可以根据不同的单个因素影响列成很多分式莫诺方程，后各式相乘再加上修正系数，这个方程可以得出比较接近的Ks值，作为厌氧处理生活污水时的参考设计数据。

中试与工程应注意的问题

通过上述实验室里理论的研究和推断，采用厌氧反应器处理城市污水完是可行的。在中试和工程设计中，我们应该从上述角度出发，完善厌氧系统，以下措施是必要的：

1、在反应器的形式上考虑推流式的活塞反应器；

2、为了减少浓度时，基质传质速率（包括液相中的机物向菌胶团或颗粒污泥传质以及细胞壁外向细胞壁内传质）对整个反应速率的影响，在反应器底部投加一定数量的活性炭作为载体是非常必要的，但考虑到沼气和布水的影响，投加数量不宜过多，初步考虑为40g/L颗粒状活性炭；

3、建议在反应器的上部设置气、水、固三相分离系统；

4、设置一套完善的回流系统，并可以调节回流量，用仪表显示并控制；

5、设置MLSS浓度计加以监测，随时了解反应器的污泥情况；

6、在反应器的底部、中部、部设置碱度监测系统，随时监测反应器内的生物反应条件；

7、设置一套启动用的营养物质和微量元素添加系统是必要的；

8、设置温度传感器，了解原水水温的变化对反应器的冲击影响；

9、进水设置流量传感器和机物在线监测仪器，并通过程序加以显示到*控制室中，随时计算进水污泥负荷以及上升流速；

10、必要的预处理措施，比如除渣处理措施；

11、在北方的废水处理系统，反应器建议修建在室内或采取严密的保温措施；

12、其他必要的辅助系统，如消水界泥渣层的喷淋系统。

我们明基的IC厌氧反应器就是一个非常适合情的浓度废水处理工艺，但在设计中，应认真的作出设计前的调查和设计后的启动。