IC反应器（通用4篇）
IC反应器 篇1
摘要：采用自制的IC反应器处理造纸废水, 深入研究IC反应器在运行过程中的主要影响条件, 分析进水水质、水量、颗粒污泥、温度和pH等对IC反应器的影响因素, 工程运行结果表明:从试验启动开始到容积负荷达到18.2kg COD/ (m3·d) 时, 运行周期为89d, 且COD的去除率达到82%左右, 系统运行稳定, 处理效率高。
关键词：造纸废水,IC反应器,颗粒污泥,工程应用
“十一五”期间, 我国对造纸工业加大了环境治理力度, 扎实推进节能减排, 重点对草浆企业和较大污染源点和重点流域造纸企业进行了综合整治。关停了纸浆造纸企业2000多家, 淘汰落后产能1000多万吨。造纸工业与国民经济发展和社会文明息息相关, 其具有较大市场容量和发展潜力;因此还需看到我国的造纸工业还大量地依靠国外资源[1];其所面临的资源、能源和环境的约束也日益凸显。据有关资料统计造纸行业的污水排放量约占全国污水排放量的12%左右, 污水中的化学耗氧量 (CODcr) 约占全国排放总量的40%-45%。我国的制浆造纸废水主要来源于蒸煮废液、中段废水和造纸白水三部分;且废水成分复杂, 有机污染物种类多, 浓度高, 色度深, 处理难度大, 是目前国内外废水处理的难点和热点。如果直接排放到环境中, 将对生态环境人体健康造成即时或潜在累积性的影响, 传统的处理方法已不能满足现在的环境标准要求。因此, 开发研究高效、廉价有效的造纸废水处理技术已成为当今环保行业关注的热点。
自制的IC反应器是在第三代厌氧反应器UASB的基础上, 多级处理技术、流化床技术、污泥颗粒化技术、内外循环等技术集合在同一个厌氧反应器内, 在反应器中, 厌氧颗粒污泥 (微生物) 将废水中的COD厌氧降解转化为沼气。该技术基于气体提升原理, 而由上升管和下降管中所含气体量的不同而产生的, 受反应器气流的驱动, 循环流比率取决于进水COD浓度, 因此可实现自行调节。具有较高的容积负荷率、节省基建投资和占地面积、沼气提升实现内循环节能、较强的自我调节能力等诸多优势, 其特有的内循环和外循环系统将大大提高反应器的容积负荷, 更好的实现固液之间的良好分离。相关研究表明:IC反应器的结构可使进入反应器的基质在反应器的污泥床区处于完全混合状态, 在精处理区可以视为推流状态[2,3], 这种特性在处理具有强抑制性的废水时能够更好地降低对微生物的毒性[4,5]。本研究通过IC反应器处理制浆造纸废水为例, 探讨IC反应器的启动过程的各影响因素, 从而为IC反应器在工程上应用推广提供必要的数据。
1 材料与方法
1.1 废水水质
该造纸厂废水主要为实际运行中产生的实际混合废水, 混合废水水质组成见表1。
1.2 IC装置
工程应用的IC反应器是自制的, 采用碳钢焊接而成, 有效容积为1500m3, 反应器主体高20m, 直径10m, 沿柱高设置3个取样口, 分别在1m、2m、3m处, 以便在启动和运行过程中考察反应器不同高度的污泥状况。在主体上部建有一个4m高的气液分离器。该反应器由5部分组成:布水区、第一反应室、第二反应室、内循环系统和出水区, 其中内循环系统是IC工艺的核心部分, 由下层三相分离器、升流管、气液分离器和泥水回流管等组成。反应器内壁用环氧树脂防腐, 外壁作保温层。在反应器底部安装进水配水系统和内循环反应液配水系统, 采用环状管网布水器布水, 使得布水性能进一步改善。其构造如图1所示。
1.3 接种污泥
在生物处理中, 接种污泥的数量和活性是影响反应器的重要因素。综合考虑运输费用、工作强度、操作环境等因素, 接种污泥采用某维生素生产企业环保分公司厌氧处理装置的厌氧颗粒污泥。其中接种的厌氧颗粒污泥的TSS为87.72g/L, VSS为66.15 g/L平均颗粒直降约为2.83mm。
1.4 测定方法
调试过程中的主要分析项目包括化学需氧量 (COD) 、p H、悬浮物 (SS) 、混合液悬浮固体 (MLSS) 、挥发酸 (VFA) 等, 分析方法参照《水和废水监测分析方法 (第四版) 》[6], 具体测定项目和分析方法见表3。
2 启动过程及结果分析
根据IC反应器运行期间的污泥形态的变化情况和运行控制条件的差异, IC反应器的启动过程可分为三个阶段:污泥驯化期、提高负荷期和满负荷运行期。
2.1 IC反应器对COD的去除情况
该造纸厂生产废水是实际生产过程中的混合废水, 水质相对稳定。运行过程中主要考虑有机负荷和水力停留时间对IC反应器去除率的影响。实际调试运行第1-16天, HRT约为6.9h, COD容积负荷约为7.6kg/ (m3d) ;第17-32天, HRT约为5.0h, COD容积负荷约为9.6 kg/ (m3d) ;第33-58天, HRT约为4.0h, COD容积负荷约为13.2 kg/ (m3d) ;第59-95天, HRT约为2.4h, COD容积负荷约为18.2 kg/ (m3d) ;截至启动完成反应器出水COD浓度为580mg/L左右, COD去除为85%以上, 保持了较高的COD去除率。IC反应器的进水COD、出水COD及COD的去除率见图2, 反应器水力停留时间与COD去除率见表3。
2.2 IC反应器内p H值和VFA的变化
p H值是影响IC反应器试验启动的一个重要因素[7]。由于纸浆造纸废水是一种偏酸性的有机废水, 在运行中必须控制进水的p H, 主要采用投加一定量的碱液调整p H的方法控制进水的p H。在试验的过程中主要是通过监测出水的p H值和污泥及出水的VFA来判断反应器中酸碱度是否处于平衡状态的。调试过程中发现p H值控制在7.0左右对IC反应器最为适宜。
2.3 循环水量对IC反应器的影响
增加IC反应器的外循环是为了增大产气量, 而循环量的大小对COD的去除率影响较大;调试结果可见表4:
2.4 硫酸盐和钙离子对IC反应器的影响
除了上述影响因素外, 造纸废水中的某些物质或离子会对IC反应器的正常运行产生一定的影响。由于混合废水水质稳定, 直接进入IC反应器, 调试运行中会受到硫酸盐的影响;一旦硫酸盐浓度过高将会影响反应器内微生物的生存。其次钙离子在反应器内会生成沉淀, 使颗粒污泥钙化, 会影响COD的去除率和反应器的稳定运行。
3 结论
(1) 采用自制的IC反应器能够有效的处理纸浆造纸废水, 运行稳定, 结构适宜, 在水质稳定, 运行条件变化不大的情况下, 其对COD去除率达到85%以上。
(2) 采用某维生素制药废水厌氧颗粒污泥混合作为接种污泥, 接种后IC反应器的污泥浓度为23g/L, 调试成功, 启动周期为95天, 且运行稳定。
(3) 调试运行中将p H对IC反应器的影响因素最大, 进水p H维持在6.76-7.18之间运行效果最佳。
(4) IC反应器的COD去除率与废水水质、反应器类型、容积负荷等很多因素有关, 另外进水中的硫酸盐和钙离子的浓度对IC反应器运行也有很大影响。
参考文献
[1]靳福明, 中国造纸工业水污染问题与对策[J].中华纸业, 2010-13:53-56
[2]杨世关, 张杰, 张百良等.IC反应器基质降解动力学特性研究[J].中国沼气, 2004, 22 (2) :18-21
[3]胡纪萃, 废水厌氧生物处理理论与技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003
[4]胡纪萃.试论IC反应器水工业也可持续发展[M].北京:清华大学出版社, 1998.
[5]郭方峥, 刘伟京, 涂勇等.IC反应器处理废纸造纸废水的运行参数[J].环境科学研究.2011, 24 (3) :325-331
[6]国家环境保护局.水和废水检测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社 (4版) ., 2002, 12
[7]王慧芳, 买文宁, 梁允等.IC反应器处理维生素制药废水的启动试验研究[J].水处理技术, 2009, 35 (6) :79-81
IC反应器 篇2
模拟IC厌氧生物处理工艺处理棉浆废水,废水COD去除率可达85%以上,产生的沼气可以作为提升的动力,实现了反应器内部水力循环.而且该工艺废水停留时间短、运行稳定、能够承受高浓度悬浮物,所以该工艺适合于棉浆废水的处理.
作 者：李耀辰 鲍建国 董鹏飞 LI Yao-chen BAO Jian-guo DONG Peng-fei 作者单位：李耀辰,鲍建国,LI Yao-chen,BAO Jian-guo(中国地质大学环境学院,武汉,430074)
董鹏飞,DONG Peng-fei(河北科技大学理学院,石家庄,050018)
IC反应器 篇3
关键词：造纸废水,IC反应器,颗粒污泥
“十一五”期间,我国对造纸工业加大了环境治理力度,扎实推进节能减排,重点对草浆企业和较大污染源点和重点流域造纸企业进行了综合整治。关停了纸浆造纸企业2000多家,淘汰落后产能1000多万吨。由于造纸工业与国民经济发展和社会文明息息相关,其具有较大的市场容量和发展潜力;因此还需看到我国的造纸工业还大量的依靠国外资源[1];其所面临的资源、能源和环境的约束也日益凸显,据有关资料统计造纸行业的污水排放量约占全国污水排放量的12%左右,污水中的化学耗氧量(CODCr)约占全国排放总量的40%～45%。我国的制浆造纸废水主要来源于蒸煮废液、中段废水和造纸白水三部分;且废水成分复杂,有机污染物种类多,浓度高,色度深,处理难度大,是目前国内外废水处理的难点和热点。如果直接排放到环境中,将对生态环境人体健康造成即时或潜在累积性的影响,传统的处理方法已不能满足现在的环境标准要求。因此,开发研究高效、廉价有效的造纸废水处理技术已成为当今环保行业关注的热点。
自制的IC反应器是在第三代厌氧反应器UASB的基础上,多级处理技术、流化床技术、污泥颗粒化技术、内外循环等技术集合在同一个厌氧反应器内,在反应器中,厌氧颗粒污泥(微生物)将废水中的COD厌氧降解转化为沼气。该技术基于气体提升原理,而由上升管和下降管中所含气体量的不同而产生的,受反应器气流的驱动,循环流比率取决于进水COD浓度,因此可实现自行调节。具有较高的容积负荷率、节省基建投资和占地面积、沼气提升实现内循环节能、较强的自我调节能力等诸多优势,其特有的内循环和外循环系统将大大提高反应器的容积负荷,更好的实现固液之间的良好分离。相关研究表明:IC反应器的结构可使进入反应器的基质在反应器的污泥床区处于完全混合状态,在精处理区可以视为推流状态[2,3],这种特性在处理具有强抑制性的废水时能够更好地降低对微生物的毒性[4,5]。本研究通过IC反应器处理制浆造纸废水为例,探讨IC反应器的启动过程的各影响因素,从而为IC反应器在工程上应用推广提供必要的试验数据。
1 材料与方法
1.1 废水水质
试验废水水质取自于河南某制浆造纸企业产生的实际混合废水,混合废水水质组成见表1。
1.2 试验装置
试验装置流程图如图1所示。试验装置由配水槽、提升泵、高位水池、碟阀、电磁流量计、IC反应器、循环罐、回流泵、出水槽等组成。试验所用的IC反应器是自行设计的,材质为有机玻璃,反应器直径为0.15 m,总高度为2.0 m(包括超高),有效高度为1.8 m,有效容积为32 L。反应器自下而上设置3个取样口,离地面高度分别为0.22 m,0.36 m,0.52 m。底部布水系统采用多支多管分区域布水,上部增加旋流布水罩;顶部为气液分离系统,带液位计和报警装置,下降管连接处安装有阀门,带外排气阀门,带有两个视窗。
1.配水槽;2.提升泵;3.高位水池;4.蝶阀;5.电磁流量计6.IC反应器;7.回流泵;8.循环罐;9.出水槽
试验装置参数如表2所示。
1.3 接种污泥
接种污泥采用某维生素生产企业环保分公司厌氧处理装置的厌氧颗粒污泥。其中接种的厌氧颗粒污泥的TSS为88.69 g/L,VSS为65.82 g/L,平均颗粒直降约为2.87 mm。
1.4 试验方法
试验过程中的主要分析项目包括化学需氧量(COD)、pH、悬浮物(SS)、混合液悬浮固体(MLSS)、挥发酸(VFA)等,分析方法参照《水和废水监测分析方法(第四版)》[6],具体测定项目和分析方法见表3。
2 启动过程及结果分析
根据IC反应器运行期间的污泥形态的变化情况和运行控制条件的差异,IC反应器的启动过程可分为三个阶段:污泥驯化期、提高负荷期和满负荷运行期。
2.1 IC反应器对COD的去除情况
由于试验采用的废水采用的是实际生产混合废水,水质相对稳定。试验过程中主要考虑有机负荷和水力停留时间对IC反应器去除率的影响。试验运行第1～14天,HRT约为6.8 h,COD容积负荷约为7.5 kg/(m3·d);第15～30天,HRT约为5.2 h,COD容积负荷约为9.5 kg/(m3.d);第31～56天,HRT约为4.0 h,COD容积负荷约为12.6 kg/(m3·d);第57～89天,HRT约为2.4 h,COD容积负荷约为18.2 kg/(m3·d);截至启动完成反应器出水COD浓度为600 mg/L左右,COD去除为85%以上,保持了较高的COD去除率。IC反应器的进水COD、出水COD及COD的去除率见见表4。
2.2 IC反应器内pH值和VFA的变化
pH值是影响IC反应器试验启动的一个重要因素[7]。由于纸浆造纸废水是一种偏酸性的有机废水,在运行中必须控制进水的pH,主要采用投加一定量的碱液调整pH的方法控制进水的pH。在试验的过程中主要是通过监测出水的pH值和污泥及出水的VFA来判断反应器中酸碱度是否处于平衡状态的。试验过程中发现pH值控制在7.0左右对IC反应器最为适宜。
2.3 循环水量对IC反应器的影响
增加IC反应器的外循环是为了增大产气量,而循环量的大小对COD的去除率影响较大;试验结果可见表5。
2.4 硫酸盐和钙离子对IC反应器的影响
除了上述影响因素外,造纸废水中的某些物质或离子会对IC反应器的正常运行产生一定的影响。由于混合废水水质稳定,直接进入IC反应器,试验会受到硫酸盐的影响;一旦硫酸盐浓度过高将会影响反应器内微生物的生存。其次钙离子在反应器内会生成沉淀,使颗粒污泥钙化,会影响COD的去除率和反应器的稳定运行。
3 结论
(1)采用自制的IC反应器能够有效的处理纸浆造纸废水,运行稳定,结构适宜,在水质稳定,运行条件变化不大的情况下,其对COD去除率达到95%以上。
(2)采用某维生素制药废水厌氧颗粒污泥混合作为接种污泥,接种后IC反应器的污泥浓度为21 g/L,启动试验成功,启动周期为89天,且运行稳定。
(3)试验运行中将pH对IC反应器的影响因素最大,进水pH维持在6.8～7.2之间运行效果最佳。
(4) IC反应器的COD去除率与废水水质、反应器类型、容积负荷等很多因素有关,另外进水中的硫酸盐和钙离子的浓度对IC反应器运行也有很大影响。
参考文献
[1]靳福明.中国造纸工业水污染问题与对策[J].中华纸业,2010(13):53-56
[2]杨世关,张杰,张百良,等,Ic反应器基质降解动力学特性研究[J].中国沼气,2004,22(2):18-21.
[3]胡纪萃.废水厌氧生物处理理论与技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003:236-238.
[4]胡纪萃.试论内循环厌氧反应器[J].中国沼气,1999,17(2):3-4.
[5]郭方峥,刘伟京,涂勇,等.Ic反应器处理废纸造纸废水的运行参数[J].环境科学研究,201l,24(3):325-331.
[6]国家环境保护局.水和废水检测分析方法(第4版)[M].北京:中国环境科学出版社,2002(12):368-372.
IC反应器 篇4
内循环 (Internal circulation) 厌氧反应器 (下称IC反应器) 是20世纪80年代中期荷兰PAQUES公司在UASB反应器基础上开发成功的第三代超高效厌氧反应器。该反应器的重要特征是能形成液体内循环, 气体分离和液体分离分别在两个三相分离器内完成。这使反应器不仅具有很高的有机负荷, 还可具有很高的水力负荷[1]。
研究表明, 单个IC反应器具有一定的除磷脱氮能力, 但对于富营养化废水, 其出水氨氮和磷的浓度仍很高, 不能达到排放标准[2]。笔者根据IC反应器具有两个反应室的特点, 参考A-A-O法同步脱氮除磷工艺, 设计出一种以IC反应器为主体, 既可以有效去除废水中的有机物, 又能够有效进行同步脱氮除磷的新工艺。
1 材料和方法
1.1 实验用废水
实验用的废水采用人工配制葡萄糖液, 添加必要的N、P及其它营养元素。COD为2000mg/L的废水中每升加入微量元素母液1mL。微量元素的含量随COD浓度的增加而增加。废水具体组成见表1。
1.2 分析项目[3]
COD:重铬酸钾法;
pH:酸度计法;
NH3-N:纳氏试剂法;
总磷:磷钼蓝分光光度法。
2 工艺流程及工艺特点
2.1 工艺流程
利用IC反应器进行同步脱氮除磷工艺流程见图1。
2.2 工艺特点
本工艺流程主要特点为:在IC反应器后增加一个好氧反应器, 废水经IC反应器处理后进入好氧反应器, 经曝气后再回流到IC反应器第二厌氧反应室, 这样就形成厌氧、好氧、缺氧交替运行的环境, 达到去除有机物以及同时脱氮、除磷的目的。
(1) 废水经过IC反应器去除COD后进入好氧反应器, 好氧反应器是多功能的, 在这里微生物在好氧条件下进行了硝化、吸收磷的过程。
(2) 废水在经过好氧反应器的硝化、聚磷的作用后, 回流到IC反应器第二厌氧反应室。在这里进行反硝化作用, 微生物将硝酸根离子转化成氮气。氮气从该反应器排出, 达到了脱氮的目的。
(3) 经过好氧反应器和第二厌氧反应室循环的处理水流入沉淀池。在这里进行泥水分离, 上清液作为处理好的水排掉, 部分污泥回流入第一厌氧反应室, 在那里释放磷。
3 实验结果与分析
3.1 进水COD浓度的影响
从表2可以看出:在反应器运行的第30天到第41天, 废水在IC反应器中的水力停留时间控制为1.5h, 在好氧反应器中的水力停留时间控制为4.5h, 进水COD浓度从1652mg/L增加至1812mg/L, 出水COD浓度稳定在40mg/L左右, COD去除率达到97%以上;在反应器运行的第42天到第57天, 废水在IC反应器中的水力停留时间控制为2.0h, 在好氧反应器中的水力停留时间控制为6.0h, 进水COD浓度从1925mg/L增加至2250mg/L, COD去除率仍达到97%以上。证明本工艺流程在去除废水COD方面具有很好的表现。
(1) 废水首先进入IC反应器。
根据IC反应器的特点, 采用低水力停留时间、高进水COD容积负荷的办法, 使反应器中膨胀床区水流上升速度加快, 随着泥水接触, 沼气产量逐渐增加, 废水在IC反应器上下二个反应室形成内循环。内循环的形成使厌氧颗粒污泥处于膨胀流化状态, 强化了传质效果, 达到了泥水充分接触的目的, 废水中所含约70%的COD在这里被分解除去。
(2) 废水经IC反应器处理之后进入好氧反应器。
由于大部分COD在IC反应器中已经除去, 使得好氧反应器的进水COD浓度较低, 加上较长的水力停留时间 (是在IC反应器中的3倍) , 使废水中剩余的COD能在活性污泥的充分作用下进一步除去。
3.2 pH值的影响
进出水pH值是废水处理重要的影响因素之一。本工艺中, 无论是IC反应器内的厌氧颗粒污泥还是好氧反应器中的活性污泥, 其主要菌群对pH都很敏感。如果进水pH过低, 会导致反应器酸化, 从而严重影响废水的处理效果。因此, 对进出水pH值进行监控, 使其稳定在一定的范围内, 对于反应器有效的运行十分重要。从表2可以看出, 在反应器运行过程中, 进出水pH值始终稳定在7.0～7.7之间, 没有出现酸化现象, 反应器运行稳定。
3.3 水力停留时间的影响
反应系统在运行过程中采用废水在好氧反应器中的水力停留时间为在IC反应器中3倍, 并根据进水负荷的增加适当延长水力停留时间。由于曝气时间较长, 有利于活性污泥中相关菌群的硝化作用及好氧聚磷作用, 并缩短污泥龄, 从而提高脱氮除磷的效果。
3.4 温度的影响
一般硝化反应的最佳温度为30℃～35℃, 反硝化最佳温度为35℃～45℃;除磷对温度没有严格要求, 在5℃～30℃就可以[4]。本工艺在实验过程中各反应器水温均控制在25 ℃以上, 较高的温度保证了去除COD及脱氮的效果。
3.5 脱氮效果分析
从表2可以看出, 本工艺反应器系统成功二次启动后的第30天到第57天, 在进水氨氮总量从14mg/L持续增加到50mg/L的情况下, 其出水氨氮去除率始终保持在70%以上, 表明该工艺在实验条件下具有良好的脱氮效果。
(1) 无论是IC反应器中的厌氧颗粒污泥, 还是好氧反应器中的活性污泥, 其所含菌体的生长需要必要的氮元素, 从而消耗了部分废水中的氮。
(2) 废水经IC反应器处理后进入好氧反应器。在好氧反应器中, 活性污泥中的硝化菌、亚硝化菌在好氧条件下进行硝化作用, 将NH+4氧化成NO-3或NO-2;之后, 废水回流入IC反应器第二厌氧反应室, 在这里厌氧颗粒污泥中的反硝化菌经过反硝化作用, 将NO-3、NO-2还原成N2排出。
3.6 除磷效果分析
从实验结果看, 本工艺具有良好的除磷效果。在反应器运行的第30天到第57天, 在进水总磷含量从0.78mg/L增加至1.15mg/L的情况下, 出水总磷去除率始终保持在75%以上。
(1) 磷是微生物生长的一种重要营养元素, 参与了活性污泥及厌氧颗粒污泥中微生物菌体的合成, 并以剩余污泥的形式排出而去除污水处理系统中的磷。废水中大约10%～30%的磷是通过微生物菌体正常生长及排出除去的[5]。
(2) 在好氧、厌氧交替运行条件下, 活性污泥中产生的“聚磷菌”通过聚β-羟基丁酸盐 (PHB) 的形式形成“好氧聚磷”和“厌氧放磷”的机制, 去除废水中的磷[5]。
(3) 剩余污泥的多少对生物除磷效果有重要影响, 较短的泥龄除磷效果较佳[5]。本工艺由于采用较高的有机负荷, 产生的剩余污泥量较多, 泥龄稳定在10～12天之间, 除磷率也稳定在75%以上。
注:表中的数值为4天的平均值。
4 结 论
本实验以人工合成废水为原料, 利用IC反应器具有上下两个厌氧反应室的特点, 设计了在IC反应器后加入好氧反应器的废水处理系统, 实验结果表明:
本工艺在去除废水中有机物同时, 具有良好的同步脱氮除磷效果。在实验条件下, 对人工合成废水COD去除率达到97%以上, 氨氮去除率达到70%以上, 总磷去除率达到75%左右, 出水水质基本达到国家污水排放一级B类标准。同时由于IC反应器具有占地省、容积利用效率高、基建投资省、节约能源的特点, 因此在工程设计上, 该工艺对于富营养化污水的处理具有较好的参考价值。
摘要：根据A-A-O法同步脱氮除磷工艺, 结合IC反应器处理废水的特点, 提出一种以IC反应器为主体, 既能有效去除COD, 又能实现废水同步脱氮除磷的新工艺。
关键词：IC反应器,脱氮除磷,新工艺
参考文献
[1]胡纪萃.试论内循环厌氧反应器[J].中国沼气, 1999, 17 (2) :3-6.
[2]高剑平.IC反应器运行特性及基质降解动力学模型研究[J].漳州职业技术学院学报, 2003, 5 (2) :116-120.
[3]魏复盛.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社, 1989.
[4]粟清, 周岳溪, 柴延丽.内循环式A/O/IAT-IAT同步生物脱氮除磷工艺特性研究[J].南华大学学报, 2006, 3 (1) :13-17.