谷成國

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內(nèi)循環(huán)（IC）反應(yīng)器在啤酒廢水處理工藝中的應(yīng)用

谷成國

（遼寧北方環(huán)境保護(hù)有限公司，遼寧 沈陽 110031）

我國是啤酒生產(chǎn)大國，啤酒廢水已成為較高有機(jī)物污染大戶，因此，對啤酒廢水進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后排放已顯得十分重要，本文結(jié)合IC反應(yīng)器在啤酒廢水處理工藝中的應(yīng)用，介紹了IC反應(yīng)器的基本構(gòu)造及工作原理，并對工藝特點等進(jìn)行了初步分析。

啤酒廢水； 厭氧處理； IC反應(yīng)器

自20世紀(jì)80年代以來，我國啤酒工業(yè)發(fā)展迅速。資料顯示，啤酒產(chǎn)量呈逐年增長趨勢，年產(chǎn)量約100萬t。結(jié)合廢水排放當(dāng)量，每噸啤酒生產(chǎn)過程中排放廢水約成品的10倍，即10 t，則每年啤酒廢水的排放量約1 000萬t。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料統(tǒng)計，我國啤酒廢水排放量約2.7億m3，年排放COD已達(dá)到2.9萬t；啤酒廢水在工業(yè)廢水總排放量的占比率已達(dá)到1.3%，所排COD占工業(yè)廢水中COD排放總量的0.5％。隨著啤酒企業(yè)的廣泛興起，我國已逐步成為世界啤酒大國。啤酒廢水作為高濃度有機(jī)物質(zhì)廢水，如何使用高效、占地少、投資低的污水處理工藝是改型廢水處理難點。

啤酒主要包括制麥牙、糖化、發(fā)酵三個過程，啤酒作為人類最古老的酒精飲料，原料主要為大麥芽、酒花和水。排放廢水有機(jī)物含量較高，但可生化性較好，B/C比可達(dá)0.5以上。我國污水處理方式主要以生化處理方法為主。針對高濃度啤酒排放廢水，不易直接采用好氧法進(jìn)行處理，因為存在設(shè)備占地面積大，能耗高，運行費用高等問題。宜采用厭氧+好氧生化組合工藝對污水進(jìn)行處理，前端厭氧處理能適應(yīng)高濃度有機(jī)負(fù)荷，能耗低，剩余污泥少，后端利用好氧法對污水進(jìn)行處理，可節(jié)約占地、減低能耗，減少運行費用。本文結(jié)合大量的相關(guān)工程實踐，采用內(nèi)循環(huán)（IC）反應(yīng)器+好氧生物處理組合工藝成功解決了常規(guī)厭氧處理帶來的厭氧微生物增殖速度慢，設(shè)備啟動時間長、出水波動性大等問題。

1 工藝介紹

IC反應(yīng)器的基本構(gòu)造及工作原理如圖1所示。

圖1 IC反應(yīng)器基本構(gòu)造及工作原理

IC反應(yīng)器屬于厭氧反應(yīng)器，進(jìn)水通過潛水提升泵提升，首先通過IC反應(yīng)器底部布水器均勻布水進(jìn)入反應(yīng)器下部第一反應(yīng)室，水流升流式進(jìn)入第一反應(yīng)室內(nèi)與厭氧顆粒污泥均勻混合。通過產(chǎn)甲酸過程，啤酒廢水中的高濃度有機(jī)物被部分降解為沼氣，通過第一反應(yīng)室上部集氣罩對沼氣進(jìn)行收集，收集后，沼氣沿著提升管上升，與此同時，第一反應(yīng)室的混合液被提升至反應(yīng)器頂部的氣液分離器，沼氣通過排氣管排出。通過氣液分離器分離出的泥水混合液沿著設(shè)置的回流管回流至第一反應(yīng)室底部，與進(jìn)水和底部的厭氧顆粒污泥充分混合，實現(xiàn)混合液在第一反應(yīng)室的內(nèi)部循環(huán)，IC反應(yīng)器實質(zhì)就是內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器。通過泥水混合液在第一反應(yīng)室內(nèi)循環(huán)，保留很高的生物量，防止污泥流失，污泥具有很長的污泥齡，且上升流速能保持高速狀態(tài)，使得第一反應(yīng)室的污泥達(dá)到流化狀態(tài)，提高傳質(zhì)速率，進(jìn)而提高了第一反應(yīng)室去除有機(jī)物的能效。

啤酒廢水在IC反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)過第一反應(yīng)室處理后，自動進(jìn)入第二反應(yīng)室，第一反應(yīng)室未完全降解的低濃度有機(jī)物質(zhì)由第二反應(yīng)室內(nèi)的厭氧顆粒污泥繼續(xù)降解，穩(wěn)定了出水水質(zhì)。第二反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣通過第二反應(yīng)室的集氣罩收集，進(jìn)入氣液分離器，沼氣沿著排氣管排出，出水通過出水管收集后進(jìn)入下一反應(yīng)構(gòu)筑物，第二反應(yīng)室的泥水混合液進(jìn)入沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，上清液由出水管排走，污泥返回至第二反應(yīng)室，實現(xiàn)第二個內(nèi)循環(huán)。

綜上所述，IC反應(yīng)室是由2個UASB反應(yīng)器上下重疊串聯(lián)組成的。第一反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣作為提升的內(nèi)動力，使得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(qiáng)化預(yù)處理。上面的第二個UASB反應(yīng)器對廢水繼續(xù)進(jìn)行后處理（或稱精處理），使出水達(dá)到預(yù)期的處理效果。

IC反應(yīng)器的發(fā)展是以UASB為基礎(chǔ)，改造拓展而來，二者有很多共同點，可以理解為IC反應(yīng)器是UASB的改進(jìn)產(chǎn)物，但從處理效能、出水穩(wěn)定性等方面，IC反應(yīng)器具有很多UASB反應(yīng)器不具有的優(yōu)點。通過UASB與IC兩種反應(yīng)器對啤酒廢水進(jìn)行處理，各處理參數(shù)見表1。

表1 處理啤酒廢水 UASB與IC反應(yīng)器的參數(shù)對比表

2 具體工藝流程

內(nèi)循環(huán)（IC）反應(yīng)器處理啤酒廢水工藝流程圖如圖2所示。

圖2 利用IC反應(yīng)器處理某啤酒廢水工藝流

采用此工藝對啤酒廢水進(jìn)行處理，污泥經(jīng)過20天馴化成功，整體工藝穩(wěn)定運行2個月，測得IC反應(yīng)器處理某啤酒廢水進(jìn)出水指標(biāo)如表2所示。

表2 IC反應(yīng)器處理啤酒廢水進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

通過表2可以看出，采用IC反應(yīng)器處理啤酒廢水處理效果較好，前端采用IC反應(yīng)器COD消減量達(dá)到1 800 mg/L，降低了后續(xù)好氧生物工藝的來水負(fù)荷。

3 結(jié) 論

通過多個啤酒廢水處理工程應(yīng)用實踐，我們總結(jié)IC反應(yīng)器具有以下優(yōu)點：

（1）容積負(fù)荷率較高。IC反應(yīng)器存在兩個內(nèi)循環(huán)，第一反應(yīng)室上升流速大，傳質(zhì)效果好，污泥齡長，污泥活性較高。固常規(guī)UASB容積負(fù)荷為6.8 kg COD /(m3·d)，IC反應(yīng)器容積負(fù)荷能是UASB容積負(fù)荷的三倍，能達(dá)到20 kg COD/(m3·d)，進(jìn)而縮短水力停留時間，僅2~3 h。

（2）節(jié)省基建投資和占地面積。UASB的容積負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于IC反應(yīng)器容積負(fù)荷，僅為IC反應(yīng)器的1/3~1/4,固有效體積為IC反應(yīng)器的3~4倍。IC反應(yīng)器容積小，高徑比大，占地面積進(jìn)而很小，適用于用地緊張的啤酒企業(yè)。

（3）無需外加動力，運行費用低。常規(guī)厭氧流化床和膨脹顆粒污泥床的流化狀態(tài)是通過出水回流由泵加壓實現(xiàn)強(qiáng)制循環(huán)的，因此必須消耗一部分動力，IC反應(yīng)器主要是依靠沼氣的內(nèi)部提升進(jìn)而實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，無需外加動力，可節(jié)省一部分運行費用。而IC反應(yīng)器是以自身產(chǎn)生的沼氣通過絕熱膨脹做功為動力實現(xiàn)了混合液的內(nèi)循環(huán)，所以不必另設(shè)循環(huán)泵進(jìn)行強(qiáng)制內(nèi)循環(huán)，從而可節(jié)省了運行的能耗。

（4）耐沖擊負(fù)荷。IC反應(yīng)器主要是通過兩個內(nèi)循環(huán)實現(xiàn)啤酒廢水處理，循環(huán)流量能到進(jìn)水流量的2~3倍左右，第一反應(yīng)室內(nèi)由于循環(huán)作用，稀釋了原水的高濃度有機(jī)物質(zhì)，降低了處理負(fù)荷，防止局部酸化，進(jìn)而提高了反應(yīng)器的耐沖擊負(fù)荷的能力。

（5）耐pH波動性。IC反應(yīng)器反應(yīng)過程中，第一級反應(yīng)室的內(nèi)循水量，利用COD轉(zhuǎn)化的堿度，對pH起到部分緩沖作用，進(jìn)而保持反應(yīng)器內(nèi)堿度，保持pH穩(wěn)定。處理酸度廢水時，可利用COD轉(zhuǎn)化提供的堿度，減少投堿量，節(jié)約藥劑使用費用。

（6）去除率高、出水穩(wěn)定。兩個UASB上下串聯(lián)，下部第一反應(yīng)室容積負(fù)荷率較高，將高濃度有機(jī)物質(zhì)降解為低濃度有機(jī)物質(zhì)后進(jìn)入上部第二反應(yīng)室，進(jìn)行二級厭氧處理，整個IC反應(yīng)器相當(dāng)于兩級厭氧反應(yīng)器，穩(wěn)定性好，去除率高，出水波動性小。

［1］張忠祥，錢易. 廢水生物處理新技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005，425-434．

［2］胡紀(jì)萃.試論內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器[J].中國沼氣，1999，17（2）：3-6．

Application of IC Reactor in Treating the Wastewater From Beer Brewery

（Liaoning Beifang Environmental Protection Co.,Ltd., Liaoning Shenyang 110031，China）

A great deal of beer is produced every year in China, so the wastewater from beer brewery has become a big pollution sourceof organic matter,and it is important to treat the wastewater for reaching the emission standard. In this article, application of IC reactor in treating the wastewater form beer brewery was introduced, the basic structure and work theory of the IC reactor were discussed,then its process characteristics were analyzed.

wastewater from beer brewery ; anaerobic reactor; IC reactor

國家科技重大水專項《遼河流域分散式污水治理技術(shù)產(chǎn)業(yè)化》，課題編號：2012zx07212-001。

2017-02-14

谷成國（1975-），男，高級工程師，遼寧省沈陽市人，研究方向：水污染防治。

TQ 052

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1004-0935（2017）03-0223-03