Відмінності між анаеробними процесами IC і UASB

1.1 Реактор UASB

1.1.1 Вступ до UASB

Реактор з висхідним анаеробним мулом (UASB) — це анаеробний біологічний метод очищення стічних вод, також відомий як висхідний анаеробний реактор з мулом, винайдений професором Леттінгою з Нідерландів у 1977 році.

Стічні води протікають знизу вгору через UASB. У нижній частині реактора знаходиться високо-концентрований, високоактивний шар мулу, де більшість органічних забруднювачів у стічних водах піддається анаеробній ферментації та розкладанню на метан і вуглекислий газ. Внаслідок перемішування водного потоку та бульбашок повітря над шаром мулу утворюється шар суспензії. У верхній частині реактора встановлено три{4}}сепаратор для розділення метантенчного газу, варильної рідини та частинок мулу. Газ з варочного котла виводиться з верхньої частини реактора; частинки мулу автоматично скочуються вниз і осідають на шар мулу на дні реактора; варочна рідина відводиться із зони освітлення.

UASB має високу навантажувальну здатність і підходить для очищення стічних вод з високою-концентрацією органічних речовин. Добре-функціонуючий UASB (ультра-анаеробний бункер для мулу) демонструє високу швидкість видалення органічних забруднювачів, не потребує перемішування та може адаптуватися до значних коливань навантаження, температури та змін pH.

1.1.2 Структура УАСБ

UASB характеризується інтегрованою системою біологічної реакції та седиментації, що робить його компактним анаеробним реактором. Реактор в основному складається з системи розподілу потоку, реакційної зони, три-фазного сепаратора, газової камери та системи випуску очищеної води.

1.1.3 Принцип роботи UASB

Процес анаеробної реакції в реакторі UASB подібний до інших процесів анаеробної біологічної обробки, включаючи гідроліз, підкислення, виробництво оцтової кислоти та метаногенез. У процесі перетворення субстрату беруть участь різні мікроорганізми, перетворюючи субстрат на кінцеві продукти-біогаз, воду та інші неорганічні речовини.

UASB складається з трьох частин: зони реакції осаду, трифазного сепаратора газу-рідини-твердої-частини (включаючи зону осадження) та газової камери. Велика кількість анаеробного мулу залишається в зоні придонної реакції, а мул з хорошими властивостями седиментації та флокуляції утворює шар мулу на дні. Стічні води, які підлягають очищенню, стікають у нижню частину шару анаеробного мулу та змішуються з мулом у шарі мулу. Мікроорганізми в мулі розкладають органічні речовини стічних вод, перетворюючи їх на біогаз. Біогаз постійно виділяється у вигляді крихітних бульбашок. Коли ці бульбашки піднімаються, вони зливаються, поступово утворюючи більші бульбашки. У верхній частині шару мулу біогаз перемішує мул, утворюючи відносно розбавлену суміш мулу-води, яка піднімається разом із водою в три-фазний сепаратор. Коли біогаз зустрічає рефлекторну пластину в нижній частині сепаратора, він відхиляється навколо пластини, а потім проходить через шар води в газову камеру, де концентрується. Потім біогаз виводиться через трубопровід. Тверда-рідка суміш після відбиття потрапляє в зону осадження три-фазного сепаратора. Мул у стічних водах флокулює, частки поступово збільшуються в розмірах і осідають під дією сили тяжіння. Мул, який осідає на похилій стінці, повертається в зону анаеробної реакції, викликаючи велике накопичення осаду в зоні реакції. Очищені стічні води, відокремлені від мулу, переливаються з верхньої частини переливної греби зони відкладення, а потім скидаються з шару мулу.

1.2 Реактор IC

1.2.1 Введення в IC

Із зростаючими протиріччями між розвитком виробництва та такими факторами, як капітал, енергоспоживання та землекористування, працівники водоочисних підприємств повинні прагнути знайти більш технічно й економічно оптимізовані анаеробні процеси, особливо в роботі з новими органічними стічними водами високої-концентрації, що утворюються внаслідок розвитку виробництва. Анаеробний реактор з внутрішньою циркуляцією (IC) — це новий тип реактора, який виник на цьому тлі. Це продукт поєднання теорії анаеробного очищення стічних вод та інженерної практики, що відображає вимоги розвитку самих анаеробних процесів. У 1985 році нідерландська компанія PAQUES створила перший пілотний-реактор IC, а в 1988 році був введений в експлуатацію перший серійний-реактор IC. В даний час реактори IC успішно застосовуються для очищення промислових стічних вод у таких галузях, як виробництво пива та харчова промисловість. Завдяки високій потужності очищення, низьким інвестиціям, невеликій площі та стабільній роботі він привернув увагу спеціалістів з очищення води в усьому світі, і деякі вважають його однією з репрезентативних технологій третього покоління анаеробних біологічних реакторів. Подальші дослідження та розробки реакторів IC та просування їх застосування стали однією з гарячих тем анаеробного очищення стічних вод.

1.2.2 Структура IC

Реактор IC складається з двох реакторів UASB, розташованих вертикально послідовно, що досягають висоти 16–25 м із співвідношенням висоти-до -діаметра, як правило, від 4 до 8. Він складається з п’яти основних частин: зона змішування, зона розширеного шару гранульованого осаду, зона обробки, система внутрішньої циркуляції та зона витікання. Внутрішня циркуляційна система є основною структурою процесу IC, яка складається з первинного три-сепаратора фаз, стояка для біогазу, сепаратора для газу{-рідини та стоку для осаду.

1.2.3 Принцип роботи IC

Виробничі стічні води після регулювання pH і температури спочатку надходять у зону змішування в нижній частині реактора. Там він ретельно змішується з внутрішньо циркулюючою сумішшю осаду-води з спускної труби перед тим, як потрапити в розширений шар гранульованого осаду для біохімічної деградації ГПК. Об’ємне навантаження ХПК тут дуже високе, при цьому більша частина надходжучого ХПК розкладається, утворюючи велику кількість біогазу. Біогаз збирається основним три-сепаратором фаз. Розширення рідини під час утворення бульбашок біогазу створює ефект газліфтінгу, змушуючи суміш біогазу, мулу та води підніматися вздовж труби підйому біогазу до газо-рідинного сепаратора у верхній частині реактора. Тут біогаз відокремлюється від мулу та води та виводиться із системи очищення. Потім водно-осадкова-суміш надходить у зону змішування в нижній частині реактора вздовж спускної труби осаду, де вона ретельно змішується з потоком, перш ніж потрапити в зону розширеного шару осаду, утворюючи так-внутрішню циркуляцію. Залежно від вхідного навантаження COD і конструкції реактора швидкість внутрішнього циркуляції може досягати від 0,5 до 5 разів швидкості вхідного потоку. Після очищення розширеним пластом частина стічних вод бере участь у внутрішній циркуляції; решта стічних вод проходить через первинний три{15}}фазний сепаратор і потрапляє в зону гранульованого мулу зони тонкого очищення для залишкової деградації ХПК і виробництва біогазу, покращуючи та забезпечуючи якість стоків. Оскільки більша частина ХПК була розкладена, навантаження на ГПК у зоні тонкої обробки низька, а виробництво біогазу також невелике. Біогаз, який тут виробляється, збирається вторинним три-сепаратором фаз, надходить у сепаратор газу-рідин через газозбірну трубу та виводиться із системи очищення. Після очищення в зоні тонкого очищення стічні води проходять через дво-ступеневий три-сепаратор. Надосадова рідина виводиться через зону еффлюента, а гранульований осад повертається в шар мулу в зоні тонкого очищення.

Порівняно з анаеробними реакторами другого{0}}покоління, такими як UASB, реактори IC мають такі переваги:<1>Високий рівень органічного завантаження та короткий гідравлічний час утримання;<2>Велике співвідношення-до-діаметра, невелика площа та менші інвестиції в інфраструктуру;<3>Стабільний відтік і сильна стійкість до ударних навантажень. Все більше і більше виробників у Китаї зараз використовують реактори IC, і їх значення для відновлення та використання біогазу також є значним. Найбільшою особливістю реакторів IC є те, що вони мають дві анаеробні реакційні камери, які забезпечують циркуляцію суміші осаду-води всередині реактора. Це усуває негативний вплив недостатнього контакту з мулом-водою в реакторах UASB, що послаблює здатність біохімічного очищення гранульованого мулу.

Таким чином, реактори IC є проривом у сучасних анаеробних реакторах і мають широкі перспективи розвитку в очищенні промислових стічних вод від органічних забруднювачів. Вони все більше замінять реактори UASB і заслуговують на подальші дослідження, розробки та просування.