和傳統(tǒng)的厭氧反應器厭氧濾池(AF)、升流式厭氧污泥床(UASB)等不同,IC 反應器的構(gòu)造特點是具有很大的高徑比,一般可達 4~8,反應器的高度可達 16~25m,具有較高的升流速度和較短的反應時間。
IC厭氧反應器的結(jié)構(gòu)型式如下圖所示:
進水通過泵由反應器底部進入第一反應室,與該室內(nèi)的厭氧顆粒污泥均勻混合。廢水中所含的大部分有機物在這里被轉(zhuǎn)化成沼氣,所產(chǎn)生的沼氣被第一反應室的集氣罩收集,沼氣將沿著提升管上升。沼氣上升的同時,把第一反應室的混合液提升至設在反應器頂部的氣液分離器,被分離出的沼氣由氣液分離器頂部的沼氣排出管排走。分離出的泥水混合液將沿著回流管回到第一反應室的底部,并與底部的顆粒污泥和進水充分混合,實現(xiàn)第一反應室混合液的內(nèi)部循環(huán)。IC 反應器的命名由此得來。
內(nèi)循環(huán)的結(jié)果是,第一反應室不僅有很高的生物量、很長的污泥齡,并具有很大的升流速度,使該室內(nèi)的顆粒污泥完全達到流化狀態(tài),有很高的傳質(zhì)速率,使生化反應速率提高,從而大大提高第一反應室的去除有機物能力。經(jīng)過第一反應室處理過的廢水,會自動地進入第二反應室繼續(xù)處理。廢水中的剩余有機物可被第二反應室內(nèi)的厭氧顆粒污泥進一步降解,使廢水得到更好的凈化,提高出水水質(zhì)。產(chǎn)生的沼氣由第二反應室的集氣罩收集,通過集氣管進入氣液分離器。第二反應室的泥水混合液進入沉淀區(qū)進行固液分離,處理過的上清液由出水管排走,沉淀下來的污泥可自動返回第二反應室。這樣,廢水就完成了在 IC 反應器內(nèi)處理的全過程。
綜上所述可以看出,IC 反應器實際上是由兩個上下重疊的 UASB 反應器串聯(lián)組成的。由下面第一個 UASB 反應器產(chǎn)生的沼氣作為提升的內(nèi)動力,使升流管與回流管的混合液產(chǎn)生密度差,實現(xiàn)下部混合液的內(nèi)循環(huán),使廢水獲得強化預處理。上面的第二個UASB 反應器對廢水繼續(xù)進行后處理(或稱精處理),使出水達到預期的處理要求。
IC反應器核心單元的相關(guān)參數(shù)為反應器的容積負荷、三相分離器、循環(huán)系統(tǒng)、布水系統(tǒng)及反應器的外形尺寸等。
IC反應器中的三相分離器、氣液分離器和沼氣提升管、泥水下降管構(gòu)成了反應器的“心臟”和循環(huán)系統(tǒng),兩者協(xié)同作用使得該反應器在處理有機工業(yè)廢水方面比其他反應器更有優(yōu)勢。一級三相分離器收集的沼氣經(jīng)由沼氣提升管攜帶泥水倒入頂部的氣液分離器,分離后的泥水再沿泥水下降管返回反應器底部,與底部進水充分混合。因此,沼氣提升管的設計要考慮能夠使所收集的沼氣順利導出,還要考慮由氣體上升產(chǎn)生的氣提作用能夠帶動泥水上升至頂部的氣液分離器。這必然涉及到一級三相分離器的相對位置和沼氣提升管管徑的大小。泥水下降管必須保證不被下降的污泥堵塞,其管徑可比沼氣提升管管徑粗一些,以利于泥水在重力作用下自然下降至反應器底部和進水混合。此外,頂部氣液分離器要大小適當,以維持一定的液位從而保證穩(wěn)定的內(nèi)循環(huán)量。
對于特定的廢水,在一定的處理容量條件下高徑比的不同將直接導致反應器內(nèi)水流狀況的不同,并通過傳質(zhì)速率最終影響生物降解速率,能否控制合適的高徑比還將直接影響沉淀出水的效果。過高的反應器高度必使水泵動力消耗增加。國外的生產(chǎn)裝置,高徑比一般為4~8,反應器的直徑和高度的關(guān)系主要通過選擇適當?shù)谋砻尕摵?或水力停留時間來確定)。根據(jù)反應器的高度、容積、以及設計的表面負荷,便可以確定反應器的橫截面積。