IC反应器未来应用将超过UASB

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ic反应器示意图

厌氧生物处理是废水生物处理技术中的一种重要方法。为了提高厌氧生物处理的效果，除了为微生物提供良好的生长环境外，保持反应器中的高污泥浓度和保持良好的传质效果也是关键因素。以厌氧接触法为代表的第一代厌氧反应器的污泥停留时间(srt)和水力停留时间(hrt)基本相同，反应器内污泥浓度较低。如果想达到更好的处理效果，废水通常要在反应器中停留几天到几十天。以uasb工艺为代表的第二代厌氧反应器依靠颗粒污泥的形成和三相分离器的作用，使污泥停留在反应器中，实现srt hrt，从而提高反应器中的污泥浓度，但反应器中的传质过程并不理想。提高传质效果最有效的方法是增加地面水力负荷和地面采气负荷。但是，高负荷引起的剧烈搅拌会使反应器中的污泥完全膨胀，使原来的srt hrt变为srt=hrt方向，导致污泥流失过多，处理效果不佳。
近十年来，人们建造了许多uasb反应器来处理工业废水。据有关专家介绍，为防止升流速度过高时大量悬浮固体流失，uasb反应器处理中低浓度(1.5 ~ 2.0 kgcod/(m3·d))废水时，反应器的进水容积负荷率一般限制在5 ~ 8 kgcod/(m3·d)，在此负荷率下，最小水力停留时间为4 ~ 5h；当处理cod浓度为5 ~ 9 g/L的高浓度有机废水时，反应器进水的容积负荷率一般限制在10 ~ 20kg COD/(m3·d)，以避免因产气负荷率高而增加的紊流造成悬浮物的损失。
为了克服这些条件的限制，荷兰开发了一种内循环反应器。ic反应器处理中低浓度废水时，反应器的进水容积负荷率可提高到20 ~ 24kg COD/(m3·d)。处理高浓度有机废水时，进水容积负荷率可提高到35 ~ 50kg/(m3·d)。与uasb反应器相比，ic反应器在相同的处理效率下具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率，在处理类似废水时，ic反应器的平均上升速度可达到uasb反应器的20倍左右。处理低浓度废水时，hrt可缩短至2.0 ~ 2.5 h，使反应器体积变小。因此，它更有利。一家总部位于中国的国际环保公司已将集成电路反应器应用于啤酒、发酵、造纸、食品、饮料和化工行业。并取得了良好的效果。为此，记者采访了在清华大学环境系从事ic反应器研究多年的吴静博士。她认为集成电路电抗器的优点如下。
(1)它具有高的体积装载率。由于ic反应器具有内循环，第一反应室具有较高的升流速度、良好的传质效果和较高的污泥活性，因此其有机容积负荷率远高于普通uasb反应器，一般高出3倍以上。当化学需氧量为10000 ~ 15000毫克/升/升时，进水的容积负荷率可达30 ~ 40公斤化学需氧量/(立方米·天)。当化学需氧量为2000 ~ 3000毫克/升时，进水容积负荷率可达20 ~ 50公斤化学需氧量/(立方米·天)，水力停留时间仅为2 ~ 3小时，化学需氧量去除率可达80%左右。
(2)节省资本投资和占地面积。由于ic反应器的容积负荷率远高于uasb反应器，且ic反应器的有效容积仅为uasb反应器的1/4 ~ 1/3，因此可显著降低反应器的投资。由于ic反应器不仅体积小，而且高径比大，所以占地面积很小，非常适合占地面积小的厂矿。小型集成电路反应器可以在工厂预制，而大型反应器可以在现场制造。建设周期短，安装简单，ic反应器土方量小，可节约建设成本。
(3)内循环通过沼气提升实现。无附加动力的厌氧流化床和膨胀颗粒污泥床的流态化是由泵加压通过出水回流强制循环的，因此必须消耗部分动力。但是，ic反应器利用自身产生的沼气通过绝热膨胀做功作为动力，实现混合液体的内循环，因此无需另设泵进行强制内循环，可以节约能耗。
(4)抗冲击负荷能力强由于ic反应器实现了内循环，当处理低浓度水(如啤酒废水)时，循环流量可达进水流量的2 ~ 3倍；处理高浓度水(如马铃薯加工废水)时，循环流量可达进水流量的10 ~ 20倍。由于循环流和进水在第一反应室中充分混合，原废水中的有害物质被充分稀释，有害程度降低，可防止局部酸化，从而提高反应器的抗冲击负荷能力。
(5)具有缓冲ph值的能力..内循环流量相当于一级厌氧出水回流流量，利用cod转化的碱度来缓冲ph值，保持反应器内ph值稳定。当处理缺乏碱性的废水时，可以减少加入进水中的碱的量。
(6)出水的稳定性优于ic反应器的第一和第二反应室，相当于上、下uasb反应器。它们串联运行。第一反应室具有高的有机体积加载速率，这相当于“粗”处理，而第二反应室具有较低的有机体积加载速率，这相当于“细”处理。整个ic反应器实际上是两级厌氧处理。总的来说，两级厌氧处理的稳定性优于单级厌氧处理，出水更稳定。[br/]吴博士说，ic虽然可以大大增加cod的容积负荷，但处理能力高也有一定的效果。然而，这也带来了许多新问题。一些学者认为集成电路的主要问题如下。
(1)从结构上看，ic反应器的内部结构比普通厌氧反应器复杂，设计和施工要求高。反应器的高径比大，一方面增加了进水泵的功耗，提高了运行成本；另一方面，水流上升速度加快，使得出水比uasb有更多的细颗粒，增加了后续处理的负担。此外，内循环中泥水混合物的上升也容易堵塞，使内循环瘫痪，恶化处理效果。
(2)发酵细菌通过胞外酶将不溶性有机物水解为可溶性有机物，然后将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸和醇类等。这种细菌的水解过程相当缓慢。ic反应器水力停留时间短，将不可避免地影响不溶性有机物的去除效率。
(3)在厌氧反应中，有机负荷、产气量和处理程度之间有着密切的关系和平衡。一般来说，较高的有机负荷可以获得较大的产气量，但处理程度会降低。因此，ic反应器的整体去除效率低于uasb反应器。
(4)缺乏在ic反应器水力条件下培养具有良好活性和沉降性能的颗粒污泥的关键技术。目前，我国进口的ic反应器采用荷兰进口的颗粒污泥进行接种，增加了工程成本。
最后，在谈到市场前景时，吴晶博士说，虽然ic反应器在中国的应用还不是很成熟，但基本上已经过了市场培育期，从去年开始，一些客户开始积极提出对ic反应器的需求。ic反应器的国内技术所有者的实力差别很大。经过多年的实验，清华大学环境系积累了大量的技术经验，并申请了多项相关技术专利。虽然ic反应器在目前的市场份额上明显落后于uasb，但吴博士相信IC反应器在未来将会超过UASB。