Различия между анаэробными процессами IC и UASB

1.1 Реактор УАСБ

1.1.1 Введение в UASB

Анаэробный реактор с илом с восходящим потоком (UASB) представляет собой анаэробный биологический метод очистки сточных вод, также известный как анаэробный реактор с слоем ила с восходящим потоком, изобретенный профессором Леттингой из Нидерландов в 1977 году.

Сточные воды проходят снизу вверх через УАСБ. В нижней части реактора находится высококонцентрированный слой высокоактивного ила, где большинство органических загрязнителей сточных вод подвергаются анаэробной ферментации и разложению на метан и углекислый газ. За счет перемешивания потока воды и пузырьков воздуха над слоем ила образуется слой иловой взвеси. Трехфазный сепаратор установлен в верхней части реактора для разделения варочного газа, варочной жидкости и частиц осадка. Газ из реактора выпускается из верхней части реактора; частицы ила автоматически соскальзывают вниз и оседают на слой ила на дне реактора; Жидкость варочного котла выводится из зоны осветления.

UASB имеет высокую пропускную способность и подходит для очистки сточных вод с высокой-концентрацией органических веществ. Хорошо-функционирующий UASB (ультра-анаэробный шламовый бункер) демонстрирует высокую скорость удаления органических загрязнителей, не требует перемешивания и может адаптироваться к значительным скачкам нагрузки, температуре и изменениям pH.

1.1.2 Структура UASB

UASB отличается интегрированной системой биологических реакций и осаждения, что делает его компактным анаэробным реактором. Реактор в основном состоит из системы распределения потока, реакционной зоны, трехфазного сепаратора, газовой камеры и системы сброса очищенной воды.

1.1.3 Принцип работы UASB

Процесс анаэробной реакции в реакторе UASB аналогичен другим процессам анаэробной биологической очистки, включая гидролиз, подкисление, производство уксусной кислоты и метаногенез. В процессе трансформации субстрата участвуют различные микроорганизмы, превращающие субстрат в конечные продукты-биогаз, воду и другие неорганические вещества.

UASB состоит из трех частей: зоны реакции осадка, газо-жидкостного-твердого трехфазного-сепаратора (включая зону осаждения) и газовой камеры. В нижней реакционной зоне остается большое количество анаэробного ила, а осадок с хорошими седиментационными и флокуляционными свойствами образует слой ила на дне. Сточные воды, подлежащие очистке, стекают на дно слоя анаэробного ила и смешиваются с илом в слое ила. Микроорганизмы в осадке разлагают органические вещества сточных вод, превращая их в биогаз. Биогаз непрерывно выделяется в виде крошечных пузырьков. По мере подъема эти пузырьки сливаются, постепенно образуя более крупные пузыри. В верхней части слоя осадка биогаз перемешивает осадок, создавая относительно разбавленную смесь осадка-воды, которая поднимается вместе с водой в трехфазный сепаратор. Когда биогаз сталкивается с отражающей пластиной в нижней части сепаратора, он отклоняется вокруг пластины и затем проходит через слой воды в газовую камеру, где концентрируется. Затем биогаз выводится через трубопровод. Твердая-жидкая смесь после отражения поступает в зону осаждения трех-фазного сепаратора. Осадок в сточных водах флокулирует, частицы постепенно увеличиваются в размерах и оседают под действием силы тяжести. Ил, оседающий на наклонной стенке, скатывается обратно в зону анаэробной реакции, вызывая большое скопление ила в зоне реакции. Очищенные сточные воды, отделенные от осадка, перетекают через верхнюю часть переливного водослива зоны осаждения, а затем выбрасываются из слоя осадка.

1.2 IC-реактор

1.2.1 Введение в ИС

В условиях растущих противоречий между развитием производства и такими факторами, как капитал, потребление энергии и землепользование, работники водоочистки должны стремиться найти более технически и экономически оптимизированные анаэробные процессы, особенно при работе с новыми высококонцентрированными органическими сточными водами, образующимися в результате развития производства. Анаэробный реактор с внутренней циркуляцией (IC) — это новый тип реактора, возникший на этом фоне. Это продукт сочетания теории анаэробной очистки сточных вод и инженерной практики, отражающий требования развития самих анаэробных процессов. В 1985 году голландская компания PAQUES создала первый реактор ИС пилотного-масштаба, а в 1988 году был введен в эксплуатацию первый реактор ИС промышленного-масштаба. В настоящее время реакторы IC успешно применяются для очистки промышленных сточных вод в таких отраслях, как производство пива и пищевая промышленность. Благодаря своей высокой мощности очистки, низким инвестициям, небольшой занимаемой площади и стабильной работе он привлек внимание специалистов по очистке воды во всем мире, а некоторые считают его одной из репрезентативных технологий анаэробных биологических реакторов третьего поколения. Дальнейшие исследования и разработки реакторов IC и продвижение их применения стали одной из актуальных тем в анаэробной очистке сточных вод.

1.2.2 Структура ИС

Реактор IC состоит из двух реакторов UASB, установленных вертикально последовательно, достигающих высоты 16–25 м с соотношением высоты-к-диаметру обычно от 4 до 8. Он состоит из пяти основных частей: зоны смешивания, зоны расширенного слоя гранулированного ила, зоны окончательной обработки, системы внутренней циркуляции и зоны сточных вод. Система внутренней циркуляции является основной структурой процесса IC и состоит из основного трехфазного сепаратора, стояка биогаза, сепаратора газа-жидкости и устройства спуска осадка.

1.2.3 Принцип работы ИС

Производственные сточные воды после корректировки pH и температуры сначала попадают в зону смешения в нижней части реактора. Там он тщательно смешивается с внутренней циркулирующей смесью осадка-воды из сливного стакана перед поступлением в расширенный слой гранулированного ила для биохимического разложения ХПК. Объемная нагрузка ХПК здесь очень высока, при этом большая часть поступающего ХПК разлагается, образуя большое количество биогаза. Биогаз собирается основным трех-фазным сепаратором. Работа расширения жидкости, совершаемая во время образования пузырьков биогаза, создает эффект газлифта, в результате чего смесь биогаза, осадка и воды поднимается по трубе подъема биогаза к сепаратору газа-жидкости в верхней части реактора. Здесь биогаз отделяется от осадка и воды и выводится из системы очистки. Смесь ила-воды затем поступает в зону смешивания в нижней части реактора по сливному устройству для ила, где она тщательно смешивается с поступающим потоком перед попаданием в зону расширенного слоя ила, образуя так-называемую внутреннюю циркуляцию. В зависимости от входящей нагрузки ХПК и конструкции реактора скорость потока внутренней циркуляции может достигать от 0,5 до 5 раз скорости входящего потока. После очистки расширительным слоем часть сточных вод участвует во внутренней циркуляции; Оставшиеся сточные воды проходят через первичный трехфазный сепаратор и поступают в зону слоя гранулированного ила зоны тонкой очистки для разложения остаточного ХПК и производства биогаза, улучшая и обеспечивая качество сточных вод. Поскольку большая часть ХПК разложилась, нагрузка ХПК в зоне тонкой очистки невелика, а производство биогаза также невелико. Произведенный здесь биогаз собирается вторичным трехфазным сепаратором, поступает в сепаратор газа-жидкости через газосборную трубу и выводится из системы очистки. После очистки в зоне тонкой очистки сточные воды проходят через двух-трех-фазовый сепаратор. Надосадочную жидкость сбрасывают через зону стока, а гранулированный ил возвращается в слой ила в зоне тонкой очистки.

По сравнению с анаэробными реакторами второго-поколения, такими как UASB, реакторы IC имеют следующие преимущества:<1>Высокая скорость загрузки органических веществ и короткое время гидравлического удерживания;<2>Большое соотношение высоты-к-диаметру, небольшая занимаемая площадь и меньшие инвестиции в инфраструктуру;<3>Стабильный сток и высокая устойчивость к ударным нагрузкам. Все больше и больше производителей в Китае в настоящее время используют реакторы IC, и их ценность для восстановления и использования биогаза также значительна. Самая большая особенность реакторов IC заключается в том, что они имеют две анаэробные реакционные камеры, обеспечивающие циркуляцию смеси осадка-воды внутри реактора. Это устраняет негативное влияние недостаточного контакта ила с водой- в реакторах UASB, что ослабляет способность биохимической очистки гранулированного ила.

Таким образом, реакторы ИС представляют собой прорыв в современных анаэробных реакторах и имеют широкие перспективы развития в области очистки промышленных сточных вод от органических загрязнений. Они будут все чаще заменять реакторы UASB и заслуживают дальнейших исследований, разработок и продвижения.