1. UASB- och IC-reaktorprocessprinciper
1.1 UASB-reaktor
1.1.1 Introduktion till UASB
Uppflödesreaktorn för anaerob slamfilt (UASB) är en anaerob biologisk metod för behandling av avloppsvatten, även känd som en uppströms anaerob slamfiltreaktor, uppfann av professor Lettinga i Nederländerna 1977.
Avloppsvatten rinner från botten till toppen genom UASB. I botten av reaktorn finns en hög-högaktiv slambädd där de flesta organiska föroreningar i avloppsvattnet genomgår anaerob jäsning och nedbrytning till metan och koldioxid. På grund av omrörning av vattenflöde och luftbubblor bildas ett slamsuspensionsskikt ovanför slambädden. En trefasseparator är installerad på toppen av reaktorn för att separera kokargas, kokarvätska och slampartiklar. Kokgas släpps ut från toppen av reaktorn; slampartiklar glider automatiskt ner och lägger sig i slambädden i botten av reaktorn; kokarvätska släpps ut från klarningszonen.
UASB har en hög lastkapacitet och är lämplig för rening av hög-koncentration av organiskt avloppsvatten. En väl-fungerande UASB (Ultra-Anaerobic Sludge Bunker) uppvisar en hög avlägsningshastighet för organiska föroreningar, kräver ingen omrörning och kan anpassa sig till betydande lastchocker, temperatur- och pH-förändringar.
1.1.2 UASB-struktur
UASB kännetecknas av sitt integrerade biologiska reaktions- och sedimentationssystem, vilket gör den till en kompakt anaerob reaktor. Reaktorn består huvudsakligen av ett inflödessystem, en reaktionszon, en trefasseparator, en gaskammare och ett utloppssystem för behandlat vatten.
1.1.3 UASB arbetsprincip
Den anaeroba reaktionsprocessen i UASB-reaktorn liknar andra anaeroba biologiska behandlingsprocesser, inklusive hydrolys, försurning, ättiksyraproduktion och metanogenes. Olika mikroorganismer deltar i substratomvandlingsprocessen och omvandlar substratet till slutprodukterna-biogas, vatten och andra oorganiska ämnen.
UASB består av tre delar: en slamreaktionszon, en gas-flytande-fast trefasseparator- (inklusive en sedimentationszon) och en gaskammare. En stor mängd anaerobt slam finns kvar i bottenreaktionszonen och slammet med goda sedimenterings- och flockningsegenskaper bildar ett slamskikt i botten. Avloppsvatten som ska behandlas rinner ner i botten av den anaeroba slambädden och blandar sig med slammet i slamskiktet. Mikroorganismer i slammet bryter ner det organiska materialet i avloppsvattnet och omvandlar det till biogas. Biogasen frigörs kontinuerligt i form av små bubblor. När dessa bubblor stiger smälter de samman och bildar gradvis större bubblor. På toppen av slambädden omrör biogasen slammet, vilket skapar en relativt utspädd slam-vattenblandning som stiger tillsammans med vattnet in i trefasavskiljaren. När biogasen möter reflektorplattan i botten av separatorn avleds den runt plattan och passerar sedan genom vattenskiktet in i gaskammaren, där den koncentreras. Biogasen släpps sedan ut genom en ledning. Den fasta-vätskeblandningen går efter reflektion in i sedimentationszonen för trefasseparatorn. Slammet i avloppsvattnet flockas, partiklarna ökar gradvis i storlek och sätter sig under gravitationen. Slammet som sedimenterar på den lutande väggen glider tillbaka in i den anaeroba reaktionszonen, vilket orsakar en stor ansamling av slam i reaktionszonen. Det behandlade avloppsvattnet, separerat från slammet, svämmar över från toppen av sedimentationszonens bräddavlopp och släpps sedan ut från slambädden.
1.2 IC-reaktor
1.2.1 Introduktion till IC
Med de ökande motsättningarna mellan produktionsutveckling och faktorer som kapital, energiförbrukning och markanvändning måste vattenreningsarbetare sträva efter att hitta mer tekniskt och ekonomiskt optimerade anaeroba processer, särskilt när det gäller att hantera det nya-högkoncentrerade organiska avloppsvatten som genereras av produktionsutveckling. Den interna cirkulationsanaeroba reaktorn (IC) är en ny typ av reaktor som uppstod under denna bakgrund. Det är en produkt av kombinationen av teori för anaerob rening av avloppsvatten och ingenjörspraxis, vilket återspeglar utvecklingskraven för själva anaeroba processer. 1985 etablerade det holländska företaget PAQUES den första IC-pilotreaktorn i-skala, och 1988 togs den första IC-reaktorn i produktions-skala i drift. För närvarande har IC-reaktorer framgångsrikt använts för rening av industriellt avloppsvatten i industrier som ölproduktion och livsmedelsförädling. På grund av sin höga reningskapacitet, låga investeringar, små fotavtryck och stabila drift har den uppmärksammats av vattenreningspersonal över hela världen, och vissa anser att det är en av de representativa teknologierna för den tredje generationen av anaeroba biologiska reaktorer. Ytterligare forskning och utveckling av IC-reaktorer och främjande av deras tillämpning har blivit ett av de heta ämnena inom anaerob rening av avloppsvatten.
1.2.2 IC-struktur
IC-reaktorn består av två UASB-reaktorer staplade vertikalt i serie, som når en höjd av 16–25 m med ett förhållande mellan höjd-till-diameter typiskt mellan 4 och 8. Den består av fem grundläggande delar: en blandningszon, en kornig slamzon med expanderad bädd, en slutbehandlingszon, en inre cirkulationszon, en utloppszon. Det interna cirkulationssystemet är kärnstrukturen i IC-processen, som består av en primär trefasavskiljare, en biogasstigare, en gas-vätskeavskiljare och ett slamfall.
1.2.3 IC-arbetsprincip
Produktionsavloppsvattnet kommer, efter pH- och temperaturjusteringar, först in i blandningszonen i botten av reaktorn. Där blandas det noggrant med den internt cirkulerade slammet-vattenblandningen från fallröret innan det går in i den kornformiga slamexpanderade bädden för biokemisk nedbrytning av COD. Den volymetriska COD-belastningen är mycket hög här, där det mesta av den inkommande COD bryts ned, vilket ger en stor mängd biogas. Biogasen samlas upp av den primära trefasseparatorn-. Expansionsarbetet på vätskan under bildning av biogasbubblor skapar en gaslyftande effekt, vilket gör att blandningen av biogas, slam och vatten stiger längs biogaslyftröret till gas-vätskeseparatorn i toppen av reaktorn. Här separeras biogasen från slammet och vattnet och släpps ut från reningssystemet. Slammet-vattenblandningen kommer sedan in i blandningszonen längst ned i reaktorn längs slamavloppet, där det blandas noggrant med inflödet innan det går in i den expanderade bäddzonen för slam, vilket bildar den så-interna cirkulationen. Beroende på den inkommande COD-belastningen och reaktorns struktur kan det interna cirkulationsflödet nå 0,5 till 5 gånger inflödet. Efter behandling av den expanderade bädden deltar en del av avloppsvattnet i den interna cirkulationen; det återstående avloppsvattnet passerar genom en primär trefasavskiljare och kommer in i den granulära slambäddszonen i finbehandlingsområdet för kvarvarande COD-nedbrytning och biogasproduktion, vilket förbättrar och säkerställer avloppskvaliteten. Eftersom det mesta av COD har brutits ned är COD-belastningen i finbehandlingsområdet låg, och biogasproduktionen är också liten. Biogasen som produceras här samlas upp av en sekundär trefasavskiljare, kommer in i gas-vätskeavskiljaren genom ett gasuppsamlingsrör och släpps ut från behandlingssystemet. Efter rening i finreningszonen passerar avloppsvattnet genom en två-tre-trefasavskiljare. Supernatanten släpps ut genom avloppszonen, medan det granulära slammet återförs till slambädden i finbehandlingszonen.
2. Sammanfattning och Outlook
Jämfört med andra-generations anaeroba reaktorer som UASB har IC-reaktorer följande fördelar:<1>Hög organisk laddningshastighet och kort hydraulisk retentionstid;<2>Stort förhållande mellan höjd-till-diameter, litet fotavtryck och lägre infrastrukturinvesteringar;<3>Stabilt avloppsvatten och stark motståndskraft mot stötbelastningar. Fler och fler tillverkare i Kina använder nu IC-reaktorer, och deras biogasutvinning och användningsvärde är också betydande. Den största egenskapen hos IC-reaktorer är att de har två anaeroba reaktionskammare, vilket möjliggör cirkulation av slammet-vattenblandningen i reaktorn. Detta löser den negativa effekten av otillräcklig slam-vattenkontakt i UASB-reaktorer, vilket försvagar den biokemiska reningskapaciteten hos granulärt slam.
Därför representerar IC-reaktorer ett genombrott inom moderna anaeroba reaktorer och har breda utvecklingsmöjligheter inom industriell avloppsrening av organiska föroreningar. De kommer i allt högre grad att ersätta UASB-reaktorer och förtjänar ytterligare forskning, utveckling och marknadsföring.