内外循环高效厌氧反应器的开发研究

内外循环高效厌氧反应器的开发研究
摘要：该文主要介绍了一种新型内外循环高效厌氧反应器的突出特点、技术方案和实施方式，该新型产品占地少、有机负荷高、抗冲击能力更强，性能更稳定、操作管理更简单。

关键词：内外循环高效厌氧反应器技术开发研究
厌氧反应器当前在造纸行业、人造板行业及化工行业应用较多，处理的目的包括实现一般的达标排放，通过治理后的废水回用，从而达到节水和治污的双重目的。

目前的厌氧厌氧反应器是一种高效的多级内循环反应器，我公司在第二代厌氧反应器基础上进行了改进，形成第三代厌氧反应器，与第二代厌氧反应器相比，它具有占地少、有机负荷高、抗冲击能力更强，性能更稳定、操作管理更简单。

当COD为10000～15000mg/1时的高浓度有机废水;第二代UASB反应器一般容积负荷为5～8kgCOD/m3;第三代厌氧反应器容积负荷率可达15-30kgCOD/m3。

第三代IECAR厌氧反应器特别适用于玉米淀粉废水、柠檬酸废水、啤酒废水、土豆加工废水、酒精废水、化工废水等有机高浓度废水的处理。

1 当前厌氧反应器的技术问题
现有的厌氧反应器多采用两级，以钢材为材料，重量较重，体积
庞大，具有占地大、有效容积只有总容积的一半，有机负荷低、抗冲击能力不强，性能不稳定、操作管理复杂等缺陷。

2 内外循环高效厌氧反应器突出特点
(1)较高的容积负荷：内外循环高效厌氧反应器内存在内外循环，传质效果好，污泥浓度高，微生物量大，进水有机负荷可达到普通厌氧反应器的3倍以上。

(2)较强的抗冲击负荷能力：处理高浓度废水时，内外循环流量可达进水量的10～15倍,处理低浓度废水时，反应器内外循环流量可达进水量的2～3倍；进水和大量的循环水充分混合，其中的有害物质得到充分稀释。

(3)较少的投资和占地面积：内外循环高效厌氧反应器容积负荷率是普通UASB 反应器3倍左右，体积只有普通反应器的1/4～1/3左右，反应器的基建投资大大降低；同时内外循环高效厌氧反应器高径比达到3～8，占地面积较少。

(4)稳定的缓冲pH值的能力：内循环时，可利用COD转化的碱度，缓冲pH值，保持反应器内pH值最佳状态，同时还可减少进水的投碱量。

(5)较短的启动周期：普通UASB启动周期长达4～6个月,而内外循环高效厌氧反应器在启动周期只需用40d左右。

(6)实现内外部自动循环：通过外部加压达到内外循环高效厌氧反应器的回流，再结合内外循环高效厌氧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外循环，可以使劳动强度大大降低。

(7)较强的抗低温能力：温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。

内外循环高效厌氧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。

通常内外循环高效厌氧反应器厌氧消化可在常温条件下进行，这样减少了消化保温的困难，节省了能量。

(8)较好的出水稳定性：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。

所以利用二级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。

(9)很高的沼气利用价值：内外循环高效反应器产生的生物气纯度高，CH4为70%～80%，CO2为20%～30%，其它有机物为1%～5%，可作为燃料、发电等很好利用。

(10)高效分离效果的三相分离器。

我公司研发出采用高耐腐蚀性、使用寿命长、密度小、安装方便的高聚防腐PP板材制作而成；摒弃以往采用Q235材质及玻璃钢材质；三相分离器采用二层安装结构，每层中做到了3～5层三相分离板（三相—水、气、泥），使得三相达到了。

(11)均匀的布水装置。

布水装置采用旋流布水装置，摒弃以往管道开孔布水，使得布水更加均匀、泥水接触更加充分。

(12)实用、低成本、操作方便、美观。

内外循环高效反应器观察楼梯采用垂直旋梯制作而成。

(13)更加快速自动化的把控厌氧数据，如安装PH计、温度计、测试MLSS仪、测试CH4流量计、测试进水、回流流量计等高清、精准数显仪器。

3 内外循环高效厌氧反应器技术方案
内外循环高效厌氧反应器是新一代高效厌氧反应器，废水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。

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及外循环水有效地在此区混合。

第一厌氧区：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。

随着沼气产量的增多，一部分泥水混合物被沼气提升至顶部的气液分离区。

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、进水及外回流水充分混合，实现了混合液的内外部循环。

第二厌氧区：经第一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二厌氧区。

该区污泥浓度较低，且废水中大部分有机物已在第一厌氧区被降解，因此沼气产生量较少。

沼气通过沼气管导入气液分离区，对第二厌氧区的扰动很小，这为污泥的停留提供了有利条件。

外循环区：从第二厌氧区的二级三相分离器下部采用泵提升已经分离好的待排水再进入底部布水装置，使得外循环水、内循环水和来水充分混合均匀，大大稀释来水浓度及有毒元素等，更使得厌氧的负荷大大提高。

该内外循环高效厌氧反应器是一种高效的多级内循环反应器，与现有厌氧反应器相比，它具有占地少、有机负荷高、抗冲击能力更强，性能更稳定、操作管理更简单。

当COD为10000～15000mg/1时的高浓度有机废水，传统反应器一般容积负荷为5～8kgCOD/m3，而新型厌氧反应器容积负荷率可达15～30kgCOD/m3。

4 内外循环高效厌氧反应器的实施方式
本实施例的内外循环高效厌氧反应器参考(图1)。

内外循环高效厌氧反应器，其特殊之处在于包括呈柱状结构的反应器主体1，所述反应器主体1内部由下而上依次包括有混合区A、第一厌氧区B、第二厌氧区C、气液分离区D及外循环区E，所述第一厌氧区B的上部设有一级三相分离器10，所述第二厌氧反应区C 的上部设有二级三相分离器11，所述气液分离区D设有气液分离器12，所述外循环区E包括连接于混合区A及第二厌氧区C之间的外循环管路13以及外循环水泵14；
所述混合区A位于反应器主体1的最底部，通过外部设有的进水管2-1与其内部所设旋流布水器2相连通；
所述一级三相分离器10与气液分离器12之间连通有用于提升沼气的一级沼气管4；所述二级三相分离器11与气液分离器12之间连
通有用于提升沼气的二级沼气管6；所述气液分离器12与所述混合区A之间连通有用于泥水回流的回流管3；
所述外循环管路13的上端与第二厌氧区C的二级三相分离器11的待排水管相连通，所述外循环管路13的下端与混合区A的旋流布水器2相连通；
所述一级三相分离器10及二级三相分离器11采用的材质为高聚防腐纯PP板材；
所述反应器主体1外筒体外敷有聚氨酯发泡保温层及厚彩钢板。

工作过程：废水经过进水管2-1进入反应器混合区A的旋流布水器2内，与回流管3循环的泥水均匀混合后，进入第一厌氧区B内，大部分COD被降解为沼气，沼气由一级三相分离器10收集并分离后产生气提，同时带动水和污泥向上运动，沼气经由一级沼气管4送入气液分离器12内，由气液分离器12顶部收集，剩下的污泥和水则通过回流管3重新进入混合区进行混合；第一厌氧区的出水在第二厌氧区内被深度处理，余下的可生物降解的COD被去除，产生的沼气由顶部二级三相分离器11收集并分离，经由二级上升管6送入顶部的气液分离器12内，实现沼气的分离和收集。

经过二级三相分离器11处理后的废水在其下部的沉淀池进行固液分离，并作为待排水再次由外循环水泵14泵入底部混合区的布水器中，使得外循环水、内循环水和来水充分混合均匀，大大稀释来水浓度及有毒元素。

从反应器工作原理中可见，反应器通过两层三相分离器来实现污泥停留时间大于水力停留时间，获得高污泥浓度；通过大量沼气和内外循环的剧烈扰动，使泥水充分接触，获得良好的传质效果。

5 结语
目前在欧美等发达国家厌氧生物处理反应器得到了较多的研究和开发,我国厌氧反应器的研究与应用仍然处于第二代厌氧反应器的实践探索阶段,随着我国国民经济的高速发展和城市人口的急剧膨胀,为了达到持续节能发展的要求,必须不断开发和利用新型高效的反应器,内外循环高效厌氧反应器具有很多工艺特点，未来有很大的发展前景和应用潜力，值得深入研究和推广应用。

参考文献
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