当代水处理技术4.5内循环IC厌氧反应器
IC内循环厌氧反应器
一、构造原理（一）构造原理。
IC 反应器高度可达16～25m，高径比一般为4～8，由混合区、颗粒污泥膨胀床区、精处理区、内循环系统和出水区5 个基本部分组成。
核心部分是内循环系统，由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管等组成。
经pH 值、温度调节及预酸化处理后的废水，首先进入反应器底部的混合区与厌氧颗粒污泥充分混合后，进入颗粒污泥膨胀床区进行生化降解，该处理区容积负荷很高，大部分COD 在此处被降解，产生的沼气由一级三相分离器收集。
IC 反应器构造原理图1.气液分离器2.集气管3.二级三相分离器4.沼气提升管5.论内循环(IC)厌氧反应器的设计工艺思想一级三相分离器6.泥水下降管7.进水8.出水区9.精处理区10.颗粒污泥膨胀床区11.混合区沼气气泡在形成过程中会对液体做膨胀功产生气提作用，使得沼气、污泥和水的混合液沿沼气提升管上升至反应器顶部的气液分离器。
沼气与泥水分离被导出处理系统，泥水混合物沿着泥水下降管进入反应器底部的污泥膨胀床区，形成内循环系统。
经颗粒污泥膨胀床区处理后的污水一部分参与内循环，另一部分进入精处理区进行剩余COD 的降解，提高并保证了出水水质。
由于大部分COD 已被降解，所以精处理区的COD负荷较低，产气量也小。
产生的沼气由二级三相分离器收集，通过集气管进入气液分离器被导出处理系统。
泥水经二级三相分离器作用后，上清液由出水区排走，颗粒污泥返回精处理区。
二、设计工艺思想厌氧反应器发展至今已有100 多年的历史，目前大部分研究基于高效厌氧反应器必须满足两个基本条件(保持大量活性污泥和良好传质)这一角度将厌氧反应器划分为三代，把IC 反应器作为第三代厌氧反应器的代表之一对其设计工艺和特点进行研究。
笔者认为仅从这一角度理解IC 反应器的设计工艺思想有所偏颇，并从污泥龄及水力停留时间、水力流态、微生物体的聚合状态这三个角度来看IC 反应器的设计工艺。
水处理内循环厌氧反应器
水处理内循环厌氧反应器内循环厌氧反应器(internal circulation reaction ，IC)，是荷兰PAQUES于20世纪80年代中期在UASB反应器的基础上开发成功的第3代超高效厌氧反应器。
到1988年，世界上第1座生产性规模的IC反应器在荷兰投人运行，到目前为止，已成功地应用于啤酒生产、造纸、食品加工、柠檬酸等的生产。
IC反应器与以UASB为代表的第2代厌氧反应器相比，在容积负荷、电耗、工程造价、占地面积等诸多方面，具有绝对的优势，是对现代高效厌氧反应器的一种突破，有着重大的理论意义和实用价值，进一步研究和开发IC反应器，推广其应用范围已成为当前厌氧处理的重点内容之一。
1.1 IC反应器的基本构造IC反应器可以看作是由2个UASB反应器叠加串联构成，高径比一般为4一8，高度可达16一25m。
由5部分组成:混合区、第1反应区、第2反应区、内循环系统和出水区。
其中内循环系统是IC反应器的核心部分，由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和污泥回流管组成。
参见图1。
1.2进液和混合布水系统通过布水系统泵人反应器内，布水系统MA 液与从IC反应器上部返回的循环水、反应器底部的污泥有效地混合，由此产生对进液的稀释和均质作用。
为了进水能够均匀的进入IC反应器的流化床反应室，布水系统采用了一个特别的结构设计。
1.3流化床反应室在此部分，和颗粒污泥混合物在进水与循环水的共同推动下，迅速进人流化床室。
废水和污泥之间产生强烈而有效的接触。
这导致很高的污染物向生物物质(即颗粒污泥)的传质速率。
在流化床反应室内，废水中的绝人部分可生物降解的污染物被转化为生物气。
这些生物气在被称为一级沉降的下部三相分离器处收集并导人气体提升器，通过这个提升装置部分泥水混合物被传送到反应器最上部的气液分离器，气体分离后从反应器导出。
1.4内循环系统在气体提升器中，气提原理使气、水、污泥混合物快速上升，气体在反应器顶部分离之后，剩余的泥水混合物经过一个同心的管道向下流人反应器底部，由此在反应器内形成循环流。
IC厌氧反应器的介绍
浓度范围 100~10000
工程名称
山东泰山酒业有限公司 上海光明牛奶乳业有限公司 江苏溧阳瑞阳化工有限公司
10000~20000
宜兴协联生物化学有限公司 安徽丰原集团 山西黄河化工有限公司 山东宏仕德化工有限公司 武汉双凤柠檬酸有限公司
20000以上
安徽丰原集团酒精公司 河南天冠集团酒精公司 江苏淮安酒厂
• 环保应用技术研究所是学院在环保工程方面主要的对外服务机构，现任 所长为马三剑教授
-4-
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环保应用技术研究所
Environmental Protection Application Technique Institute
介绍
• 致力于研究、开发环保新工艺、新技术，积极引进消化及推广国外先进 的环保技术，承接各类环保工程设计并提供咨询和技术服务
-9-
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研究所近十年的研究探索
技术国际化
价格国产化
容积负荷 （比UASB高2
倍以上）
在国内多家大集 团公司得到很好
的应用
MIC厌氧反应器
7项国家新型实 用专利
-10-
投资节省 1/2~1/3
占地节省 1/2~1/3
多项国家、省、 市的重点项目
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工程应用
Engineering Application
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丰原集团废水治理工程
工程规模: 20000 m3/d 废水水质：COD≤ 15000 mg/l
处理工艺：
预处理-->MIC-->氧化沟-->出水
出水水质：COD ≤ 100mg/l 工程日期：
-3-
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苏州科技学院（原苏州城建环保学院）
Suzhou university of science and technology
IC新型废水厌氧处理工艺_内循环厌氧反应器
第22卷第2期2006年3月水资源保护W ATER RES OURCES PROTECTI ON V ol.22N o.2Mar.2006新型废水厌氧处理工艺———内循环厌氧反应器甘树福,徐文彬,王国胜,刘 玲(广东工业大学环境科学与工程学院,广东广州 510006)摘要:介绍内循环(IC )厌氧反应器的发展、基本结构、运行机理。
分析该反应器的工艺过程,指出该工艺具有处理效率高、抗冲击能力强等优点。
针对IC 反应器存在的缺陷,人们对该反应器进行技术改进:通过提高它的内循环的气量进行处理低浓度有机废水;增加外循环装置缩短IC 反应器的启动周期。
关键词:内循环厌氧反应器;厌氧生物处理;水力模型中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1004Ο6933(2006)02Ο0048Ο04A ne w anaerobic w aste w ater treatment technique :I nternal circulation anaerobic reactorGAN Shu 2fu ,XU Wen 2bin ,WANG G uo 2sheng ,LIU Ling(College o f Environmental Science and Engineering ,Guangdong Univer sity o f Technology ,Guangzhou 510006,China )Abstract :The development ,fundamental structure and w orking mechanisms of the internal circulation (IC )anaerobic reactor were introduced.The IC reactor has many characteristics such as highly wastewater treatment efficiency and strongly resistance to shock loading.T o eliminate the defects of IC reactor ,studies on its im proved technique have been made.The im proved IC reactor can treat wastewater of low organic concentration as the am ount of internal circulation has been increased.Its startup period has been shortened by an externally added circulating device.K ey w ords :internal circulation anaerobic reactor ;anaerobic biological treatment ;hydraulic m odel 内循环厌氧反应器(Internal Circulation Anaerobic Reactor ,以下简称IC 反应器)是荷兰PAQUEC 公司于20世纪80年代中期在UAS B 反应器的基础上开发成功的第三代高效厌氧反应器[1],反应器内高浓度的污泥和良好的泥水传质效果,使其在处理效率方面比UAS B 反应器更具优越性。
关于IC 厌氧反应器的应用和技术特点
关于IC 厌氧反应器的应用和技术特点厌氧生物处理是废水生物处理技术中的一种重要方法。
要提高厌氧生物处理的效果,除了要提供给微生物一个良好的生长环境外,保持反应器内的高污泥浓度,维持良好的传质效果也是关键要素。
以厌氧接触工艺为代表的第一代厌氧反应器,污泥停留时间（SRT）和水力停留时间（HRT）大体相同,反应器内污泥浓度较低。
如果想达到较好的处理效果,废水在反应器内通常要停留几天到几十天之久。
而以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,使得污泥在反应器中滞留,实现了SRT>HRT,从而提高了反应器内污泥浓度,但是反应器的传质过程并不理想。
要改善传质效果,最有效的方法就是提高表面水力负荷和表面产气负荷。
然而高负荷产生的剧烈搅动又会使反应器内污泥处于完全膨胀状态,使原本SRT>HRT向SRT=HRT方向转变,污泥过量流失,处理效果变差。
近十几年来,已建造了许多处理工业废水的 UASB 反应器生产装置。
有关专家透露,为了防止升流速度太大使悬浮固体大量流失,UASB反应器在处理中低浓度（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5～8kgCOD/（m3•d）,在此负荷率下,最小 HRT 为 4 ～5h;在处理COD浓度为5～9g/L的高浓度有机废水时,反应器的进水容积负荷率一般被限制在10～20kgCOD/（m3•d）,以免由于产气负荷率太高而增加紊流造成悬浮固体的流失。
为了克服这些条件的限制,荷兰开发了一种内循环（internal circulation,IC）反应器,IC反应器在处理中低浓度废水时,反应器的进水容积负荷率可提高至20～24kgCOD /（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,在获得相同处理效率的条件下,IC 反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率,IC 反应器的平均升流速度可达处理同类废水 UASB 反应器的20倍左右。
详解IC厌氧反应器工作原理及优势
详解I
IC厌氧反应器即内循环厌氧反应器，是在UASB反应器基础上研发的第三代高效厌氧反应器。山东绿创环境科技有限公司在现有IC厌氧反应器基础上研发了新型LIC厌氧反应器，并在工程实践中得到了运用。
IC厌氧反应器对比UASB反应器的优势
IC与UASB反应器的不同之处仅仅在于运行方式。最大速度高达2．5～6．0m／h，远远大于UASB反应器中采用的约0．5～2．5m／h的最大速度。因此，在IC反应器内颗粒污泥床处于“膨胀状态”，而且在高的最大速度和产气的搅拌作用下，废水与颗粒污泥间的接触更充分，水力停留时间更短，从而可大大提高反应器的有机负荷和处理效率。由于采用较大的高径比和回流比，在高的最大速度和产气的搅动下，废水与颗粒污泥间的接触更充分，使IC内物质向颗粒污泥内的传质优于混合强度较低的UASB反应器。由于良好的混合传质作用，IC反应器内所有的活性的细菌，包括颗粒污泥内部的细菌都能得到来自废水的有机物。也就是说，在IC内更多微生物参与了水处理过程。因此可允许废水在反应器中有很短的水力停留时间。
6、内部自动循环，不必外加动力：普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而 IC 反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。
7、出水稳定性好：利用二级 UASB 串联分级厌氧处理，可以补偿厌氧过程中 K s 高产生的不利影响。Van Lier 在 1994 年证明，反应器分级会降低出水 VFA 浓度，延长生物停留时间，使反应进行稳定。
内循环ic厌氧工艺
内循环ic厌氧工艺厌氧工艺是一种在缺氧或无氧条件下进行的生物处理过程，广泛应用于废水处理、有机废弃物处理和生物能源生产等领域。
而ic厌氧工艺则是一种内循环的厌氧处理技术，通过增加内循环来提高废水处理系统的效率和稳定性。
本文将简要介绍ic厌氧工艺的原理和应用。
ic厌氧工艺的基本原理是在厌氧条件下，通过内循环将废水和微生物重新混合，从而增加废水中有机物被降解的机会。
在ic厌氧工艺中，废水首先进入内循环池，在内循环池中，废水与污泥混合，形成混合液体。
然后，混合液体通过内循环系统返回到厌氧反应器中，与厌氧微生物再次接触，加速有机物的降解过程。
通过这种方式，ic厌氧工艺可以提高废水处理系统的有机物去除效率，并减少处理系统的体积和能耗。
ic厌氧工艺在废水处理领域有着广泛的应用。
首先，ic厌氧工艺可以有效去除废水中的有机物和氮磷等污染物，提高废水的处理效率。
其次，ic厌氧工艺可以减少处理系统的体积和运行成本，节约能源和资源。
此外，ic厌氧工艺还可以降低处理系统对氧气的需求，减少氧气的消耗和二氧化碳的排放，有利于环境保护。
除了废水处理领域，ic厌氧工艺还在有机废弃物处理和生物能源生产等领域有着潜在的应用价值。
在有机废弃物处理中，ic厌氧工艺可以将有机废弃物转化为沼气等生物能源，实现资源的循环利用。
在生物能源生产中，ic厌氧工艺可以提高生物质的降解效率，提高生物能源的产量和质量。
总的来说，ic厌氧工艺作为一种高效、节能、环保的废水处理技术，已经在各个领域得到广泛应用。
通过增加内循环，ic厌氧工艺可以提高废水处理系统的效率和稳定性，降低运行成本，减少对环境的影响，具有很大的发展潜力和市场前景。
希望未来能够进一步推动ic厌氧工艺的研究和应用，为实现清洁生产和可持续发展做出贡献。
内循环厌氧反应器(IC)的工作原理是什么
内循环厌氧反应器(IC)的工作原理是什么?内循环(internal circulation)厌氧反应器，简称IC反应器，是20世纪80年代中期由荷兰帕克(PAQUES)公司开发，也是在UASB反应器基础上发展起来的第三代厌氧反应器。
IC反应器的基本构造如图6-5-35所示。
它可以看作是由两层UASB反应器串联而成，反应器从下而上分为5个区，即混合区、第一厌氧反应室、第二厌氧反应室、沉淀区和气液分离区。
IC反应器是在一个反应器内将废水有机物的降解分解为两个阶段，底部一个阶段(第一厌氧反应室)处于高负荷，上部一个阶段(第二厌氧反应室)处于低负荷。
IC反应器的工作原理是：废水从反应器的底部进入第一厌氧反应室与颗粒污泥均匀混合，大部分有机物在这里被降解而转为沼气。
混合液的上升流和沼气的剧烈扰动，使污泥量膨胀成流化状态，加强了进水与颗粒污泥的充分接触。
所产生的沼气被第一厌氧反应室的集气罩收集。
沼气将沿着提升管上升，在沼气上升的同时，将第一厌氧反应室的混合液提升至IC反应器顶部的气液分离器。
被分离出的沼气从气液分离器顶部的排气管引走，而分离出的泥水混合液沿着回流管返回到第一厌氧反应室的底部，并与底部的颗粒污泥和进水再充分混合，实现了混合液的内部循环。
经过第一厌氧反应器处理过的废水，会自动进入第二厌氧反应器，继续进行生化反应，由于上升流速降低(一般2～6m/h),因此第二厌氧反应室还具有厌氧反应器与沉淀区之间的缓冲段作用，对防止污泥流失及确保沉淀后的出水水质起着重要作用。
由于第二厌氧反应器进一步降解废水中剩余有机物，使废水得到更好净化，提高了出水水质，而产生的沼气通过集气管进入气液分离器。
第二厌氧反应室的混合液在沉淀区进行固液分离，上清液由排水管排出，沉淀的污泥自动返回第二厌氧反应室。
IC反应器具有处理容量高、投资少、占地省、运行稳定等优点。
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（3）气液分离区：被提升的混合物中的沼气在此与泥 水分离并导出处理系统，泥水混合物则沿着回流管返回 到最下端的混合区，与反应器底部的污泥和进水充分混 合，实现了混合液的内部循环。
（4）第2厌氧区：经第1厌氧区处理后的废水，除一部 分被沼气提升外，其余的都通过三相分离器进入第2厌 氧区。该区污泥浓度较低，且废水中大部分有机物已在 第1厌氧区被降解，因此沼气产生量较少。沼气通过沼 气管导入气液分离区，对第2厌氧区的扰动很小，这为 污泥的停留提供了有利条件。 （5）沉淀区：第2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进行固 液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒污泥返回第 2厌氧区污泥床。
4.5 内循环（IC）厌氧反应器
一、内循环（IC）厌氧反应器的由来 1、厌氧UASB反应器
升 流 式 厌 氧 污 泥 床 (UASB) 反 应 器 是 由 Lettinga 在 七十年代开发的。国际上荷兰的PAQUES（帕克）、荷 兰的BIOTHANE（百欧仕）和比利时的BIOTIM公司是 世界上主要三个UASB技术的厂家。仅这三家公司占国 际市场份额的 74%，这三家公司的技术主要是采用 UASB技术，这反映了UASB技术除其技术本身的特点 之外，其市场化的水平也是比较高的。
③ 颗粒污泥的形成利于其中的微生物对营养的吸收， 利于有机物降解； ④ 颗粒污泥使诸如乙酸菌和利用氢的细菌等的发酵菌 的中间产物的扩散距离大大缩短； ⑤ 在诸如pH和毒性物质等废水水质骤变时，颗粒污泥 性能维持在一个相对稳定的微环境中而代谢过程继续进 行。
（3）存在问题 反应器容积负荷定义：
NV
QS0 V
1）对于低浓度的有机废水（1.5-2.0 CODg/L）时，反
应器进水容积负荷控制在（5-8 kgCOD/(m3·d)），以免
水力负荷过大增加悬浮污泥颗粒流失；
2）对于高浓度的有机废水（5-9 CODg/L）时，反应器 进水容积负荷控制在（10-20 kgCOD/(m3·d)），以免产 气量、水力负荷过大增加悬浮污泥颗粒流失。
COD转化的碱度，对pH起缓冲作用，使反应器内pH保 持最佳状态，同时还可减少进水的投碱量。 （6）内部自动循环，不必外加动力
普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而 IC反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合 液内循环，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。
（7）出水稳定性好 利用二级UASB串联分级厌氧处理，可以补偿厌氧
三、工艺技术优点 （1）容积负荷高
IC反应器内污泥浓度高，微生物量大，且存在内循 环，传质效果好，进水有机负荷可超过普通厌氧反应器 的3倍以上。 （2）节省投资和占地面积
IC反应器容积负荷率高出普通UASB反应器3倍左 右，其体积相当于普通反应器的1/4~1/3左右，大大降 低了反应器的基建投资。而且IC反应器高径比很大（一 般为4~8），所以占地面积特别省，非常适合用地紧张 的工矿企业。
（3）抗冲击负荷能力强 处理低浓度废水（COD=2000~3000mg/L）时，反
应器内循环流量可达进水量的2~3倍；处理高浓度废水 （COD=10000~15000mg/L）时，内循环流量可达进水 量的10~20倍。大量的循环水和进水充分混合，使原水 中的有害物质得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消 化过程的影响。
（4）抗低温能力强 温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。
IC反应器由于含有大量的微生物，温度对厌氧消化的影 响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常 温条件（20~25 ℃）下进行，这样减少了消化保温的困 难，节省了能量。
（5）具有缓冲pH的能力 内循环流量相当于第1厌氧区的出水回流，可利用
过程中Ks高产生的不利影响。Van Lier在1994年证明， 反应器分级会降低出水VFA浓度，延长生物停留时间， 使反应进行稳定。 （8）启动周期短
悬浮污泥区
颗粒污泥区
沼 气
处理 水
污 泥
配 水 系 统
图19-12 升流式厌氧污泥床
开放式UASB反应器
（2）UASB颗粒污泥的形成与特征 1）污泥颗粒化的意义
在厌氧反应器中颗粒污泥的形成过程称之为污泥颗 粒化。 ① 使污泥具有良好的沉淀性，能在很高产气量和上向 流速下以较高浓度保留在反应器内，因此可以使之承 受更高的有机容积负荷和水力负荷； ② 细菌形成的污泥颗粒状聚集体是一个微生态的系统， 其中不同类型的微生物种群形成了共生或互生体系， 有利于形成微生物生长、生理生化的条件；
3、结论 （1）由下面第一个UASB反应器产生的沼气作为提升 的内动力，使升流管和回流管的混合液产生密度差，实 现下部混合液的内循环，使废水获得强化预处理。
上面的第二个UASB反应器对废水继续进行后处理 （或称精处理），使出水达到预期的处理要求。 （2）反应器通过2层三相分离器来实现SRT>HRT，获 得高污泥浓度；通过大量沼气和内循环的剧烈扰动，使 泥水充分接触，获得良好的传质效果。
二、内循环（IC）厌氧反应器的基本构造与原理 1、内循环（IC）厌氧反应器的基本构造
IC
内
IC 反 应 器 基 本 构 造 如 图
循
环 （
所示，它相似由2层
）
UASB反应器串联而成按
厌
氧
功能划分，反应器由下
反
应 器
而上共分为5个区：混合
的 基
区、第1厌氧区、第2厌
本
结
氧区、沉淀区和气液分
（1）混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离 区回流的泥水混合物有效地在此区混合。 （2）第1厌氧区：混合区形成的泥水混合物进入该区， 在高浓度污泥作用下，大部分有机物转化为沼气。混合 液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和 流化状态，加强了泥水表面接触，污泥由此而保持着高 的活性。
（1）UASB反应器的构造 UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、
反应器的池体和三相分离器。如果考虑整个厌氧系统还 应该包括沼气收集和利用系统。在UASB反应器中最重 要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部 并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。
出水堰 三相分离器
水
污泥
沼气