IC反应器的设计

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IC反应器的设计

1 / 231 / 23 IC反应器设计参考loser

1. 设计说明

IC反应器，即内循环厌氧反应器，相似由2层UASB反应器串联而成。其由上下两个反应室组成。在处理高浓度有机废水时，其进水负荷可提高至35～50kgCOD/(m3·d)。及UASB反应器相比，在获得相同处理速率的条件下，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。

设计参数

（1）参数选取

设计参数选取如下：第一反应室的容积负荷NV1＝35kgCOD/(m3·d)，：第二反应室的容积负荷NV2＝12kgCOD/(m3·d)；污泥产率0.03kgMLSS/kgCOD；产气率0.35m3/kgCOD

（2）设计水质

设计参数

CODcr BOD5 SS

进水水质/ (mg/L) 12000 6000 890

去除率/ % 85 80 30

出水水质/ (mg/L)

（3）设计水量

Q＝3000m3/d＝125m3/h=0.035m3/s

2. 反应器所需容积及主要尺寸的确定（见附图6-4）

（1）有效容积本设计采用进水负荷率法，按中温消化（35～37℃）、污泥为颗粒污泥等情况进行计算。

V＝

式中 V－反应器有效容积，m3；

Q－废水的设计流量，m3/d；本设计流量日变化系数取Kd=1.2,Q=3600 m3/d

Nv－容积负荷率，kgCOD/（m3·d）；

C0－进水COD浓度，kg/m3； mg/L =10-3kg/m3，设计取24.074 kg/m3 IC反应器的设计

2 / 232 / 23 Ce－出水COD浓度，kg/m3。设计取3.611kg/m3

本设计采用IC反应器处理高浓度废水，而IC反应器内部第一反应室和第二反应室由于内部流态及处理效率的不同，这里涉及一，二反应室的容积。据相关资料介绍，IC反应器的第一反应室（相当于EGSB）去除总COD的80％左右，第二反应室去除总COD的20％左右。

第一反应室的有效容积

V1＝

＝dmkgCODmkgdm333/3580/)8.112(/3000％＝700m3

第二反应室的有效容积

V1＝

＝dmkgCODmkgdm333/1220/)8.112(/3000％＝510m3

IC反应器的总有效容积为V＝700＋510＝1210m3，这里取1250m3

（2） IC反应器几何尺寸小型IC反应器的高径比（H/D）一般为4～8，高度在15～20m,而大型IC反应器高度在20～25m,因此高径比相对较小，本设计的IC反应器的高径比为2.5.H=2.5/D

V＝A×H＝＝

则D＝=＝8.2m，取9m，已知体积V利用高径比推直径D，再由D反推IC高度。（这部可以直接求得底面积）

H＝2.5×9＝22.5m，取23m。

每个IC反应器总容积负荷率：

NV＝＝＝24.5[kgCOD/(m3·d)]

IC反应器的底面积A＝42D＝＝63.6m2，则

第二反应室高 H2＝AV2＝6.63510＝8m.

第一反应室的高度 H1＝H－H2＝23－8＝15m

（3） IC反应器的循环量 IC反应器的设计

3 / 233 / 23 进水在反应器中的总停留时间为tHRT＝QV＝1251250＝10h

设第二反应室内液体升流速度为4m/h（IC反应器里第二反应室的上升流速一般为2～10m/h），则需要循环泵的循环量为256m3/h。(可能为V×A=254.4m3/h)

第一反应室内液体升流速度一般为10～20m/h，主要由厌氧反应产生的气流推动的液流循环所带动。

第一反应室产生的沼气量为

Q沼气＝Q（C0－Ce）×0.8×0.35

式中废水量Q=3000m3/d, C0和Ce分别为进出水COD浓度，0.8为第一反应室的效率，0.35为每千克去除的COD转化为0.35m3的沼气。则第一反应室沼气量为：

3000×（12－1.8）×0.8×0.35＝8568m3/d

每立方米沼气上升时携带1～2m3左右的废水上升至反应器顶部，顶部气水分离后，废水从中心管回流至反应器底部，及进水混合后。由于产气量为8568

m3/d，则回流废水量为8568～17136 m3/d，即357～714 m3/h，加上IC反应器废水循环泵循环量256 m3/h，则在第一反应室中总的上升水量达到了613～970

m3/h，（V流速=Q/A）上流速度可达9.68～15.25m/h，IC反应器第一反应室上升流速一般为10～20m/h）,可见IC反应器设计符合要求。

（4） IC反应器第一反应室的气液固分离不同于UASB反应器顶部的三项分离系统，IC第一反应室的顶部功能主要为气体收集和固液两相分离。较高的上升流速的废水流至第一反应室顶部，大部分液体和颗粒污泥随气体流入气室上升IC反应器顶部的气液固分离器，部分液体和固体流入三相分离器,颗粒污泥在分离器上部静态区沉淀，废水从上部隔板流入第二反应室。图6-4为第一反应室顶部气液固分离器流态示意。IC反应器的设计

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IC反应器第一反应室的气液固分离设计第一反应室三相分离器的气液固三相分离是IC最重要组成部分，是IC反应器最有特点的装置，它对该种反应器的高效率起了十分重要的作用。其设计直接影响气液固三项分离及内部循环效果。

高效的三项分离器应具备以下几个功能：气液固混合液中气体不得进入沉淀区，即流体（污泥及水混合物）进入沉淀区之前，气体必须进行有效地分离去除，避免气体在沉淀区干扰固，液的分离；沉淀区液流稳定，使其具备良好的固液分离效果；沉淀分离的部分固体（污泥）能迅速通过斜板返回到反应器内，以维持反应器内很高的污泥浓度和较长的泥龄；防止上浮污泥洗出，提高出水净化效果。为了达到上述要求，进行了许多研究开发。

IC反应器有上.下两个三相分离器，第一反应室三相分离器严格

意义上讲是不分离三相物质，不分离气体，仅分离液固体。IC反应器的第二反应器流态及UASB极为相似。

一反应室的气液固分离器结构设计。

第一反应室气液固三相分离器通过挡板将气液固收集，气体和颗粒污泥受挡板的导流通过集气罩进入上升导流管，其中颗粒污泥受强大水流的作用（在上升管中流速大于0.5m/s）和气液一起流入反应器顶部的气液（固）分离器。部分液体（含少量颗粒污泥）通过上下导流板进入分离器上部的沉淀区，在该区域所受水流影响较小，颗粒沉降从回流缝回到反应区域，废水则IC反应器的设计

5 / 235 / 23 进入第二反应室处理。

图6-5为第一反应室三相分离器设计示意图。图6-6为第一反应室三相分离器俯视图。

（6） IC反应器第一反应室的气液固分离几何尺寸

沉淀区设计三相分离器沉淀区固液分离是靠重力沉淀达到的，其设计的方法及普通二沉池设计相似，主要考虑沉淀面积和水深两相因素。一般情况下沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积；沉淀区的表面负荷率的大小及需要去除的污泥颗粒重力沉降速度vs数值相等，但方向相反。据报道，颗粒污泥沉降速度一般在100m/h以上，沉降速度<20m/h的颗粒污泥认为沉降性能较差，沉降速度>50m/h的颗粒污泥被认为沉降性能良好。颗粒在水中的沉降速度常用Stokes 公式计算。颗粒污泥沉降性能的好坏主要取决于颗粒的有效直径和密度。处于自由沉降状态的污泥的自由沉降速度可用公式（6-2）IC反应器的设计

6 / 236 / 23 计算。

根据Stokes：vs＝

1

＝)00022.00337.01(0175.02TT

式中 sv－－颗粒污泥沉降速度，cm/s或36m/h

s－－颗粒污泥密度，g/cm3

s－－清水密度，g/cm3

pd－－颗粒直径。cm

g－－重力加速度，981cm/s2

－－水的粘滞系数，g/(cm.s)

－－水的运动粘滞系数，cm2/s

T－－水温，℃

上式可求出不同粒径颗粒污泥在清水中的自由沉降速度，并以它近似地代表颗粒污泥的实际自由沉降速度。

设温度为35℃，则水的运动粘滞系数为：

)00022.00337.01(0175.02TTv

=)3500022.0350337.01(0175.02

=0.0071(cm2/s)

IC反应器由于升流速度较大，细小颗粒容易被冲刷而使反应器内细小颗粒的比例减小，因此颗粒污泥的粒径较粗。平均直径在1.0～2.0mm,最大颗粒直径为3.14～3.57mm；颗粒密度为1.04～1.06g/cm3。

清水密度近似取1g/cm3,则=0.0071g/(cm·s)；颗粒污泥密度取1.05g/cm3，一般IC反应器中颗粒直径大于0.1cm,算得沉降速度vs: IC反应器的设计

7 / 237 / 23 vs＝=)/(2.138)/(83.30071.0181.0981)105.1(2hmscm

三相分离器单元结构结构示意图见图6-7。三相分离器中物质流态示意图见图6-8，图中v1为上升液流流速，vs为气泡上升速度。

计算B-B‘间的负荷可以确定相邻两上挡板间的距离。三相分离器平面上共有10个气固液分离单元，中部被集气罩分隔（如图6-5，图6-6所示）。B-B‘间水流上升速度一般小于20m/h(1.0mm直径的颗粒污泥沉降速度在100m/h以上)，则B-B‘间总面积S为：

S＝20Q＝20254＝12.7m2

式中Q为IC反应器循环泵的流量。S=4)43(11bb,则1b=0.45m,即相邻两上挡板间的间距为450mm。

两相邻下挡板间的间距b2＝200mm；上下挡板间回流缝b3＝150mm，板间IC反应器的设计

8 / 238 / 23 缝隙液流速度为30m/h；气封及下挡板间的距离b4＝100mm；两下挡板间距离（C－C‘）b5＝400mm，板间液流速度大于25m/h。

沉淀区斜壁角度及分离器高度设计三相分离器沉淀区斜壁倾斜角度选50º（一般45º～60º之间），上挡板三角顶及集气罩相距300mm。设计IC反应器1h=0.85m, 2h=0.7m。

气液分离的设计欲达到较好的气液分离效果，气罩需及下挡板有一定的重叠。重叠的水平距离（C的投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离的效果影响越小。所以重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键所在，重叠量一般为10～20cm。

根据以上计算，上下三角形集气罩在反应器内的位置已经确定。

对已确定的三相分离器的构造进行气，液分离条件的校核。

如图6-8所示，当混合液上升至A点后，气泡随液体以速度v1沿斜面上升，同时，气泡受浮力的作用有垂直上升的速度vg,所以气泡将沿着v1和vg合成速度v合的方向运动。

要使气泡不随回流缝液体流向沉淀区，vg+v1的合成速度（v合）必须大于回流缝中液体流速v回流（30m/h）。图6-9是气泡在下挡板边缘流态示意图。

IC反应器工作原理及技术优点

3.1 IC反应器工作原理

IC反应器基本构造如图1所示，它相似由2层UASB反应器串联而成。按功能划分，反应器由下而上共分为5个区：混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀区和气液分离区。

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。

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。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和进水充分混合，实现了混合液的内部循环。

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。

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。

从IC反应器工作原理中可见，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。

3.2 IC工艺技术优点

IC反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧处理影响因素方面比其它反应器更具有优势。

（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[5]。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。

IC厌氧塔

ＩＣ厌氧塔

产品描述:

一简介

IＣ反应器中文名内循环厌氧反应器,由两个UASＢ反应器上下叠加串联构成,高度可达１6－25ｍ,高径比一般为４—8,由5个基本部分组成:混合区、颗粒污泥膨胀床区、精处理区、内循环系统与出水区。其内循环系统就是IC工艺得核心结构,由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器与泥水下降管等结构组成。

二工作原理ﻫ 经过调节pH与温度得生产废水首先进入反应器底部得混合区,并与来自泥水下降管得内循环泥水混合液充分混合后进入颗粒污泥膨胀床区进行ＣOD生化降解,此处得COD容积负荷很高,大部分进水COＤ在此处被降解,产生大量沼气。沼气由一级三相分离器收集。由于沼气气泡形成过程中对液体做得膨胀功产生了气提得作用,使得沼气、污泥与水得混合物沿沼气提升管上升至反应器顶部得气液分离器,沼气在该处与泥水分离并被导出处理系统。泥水混合物则沿泥水下降管进入反应器底部得混合区,并于进水充分混合后进入污泥膨胀床区,形成所谓内循环。根据不同得进水ＣOD负荷与反应器得不同构造,内循环流量可达进水流量得0、5－5倍。经膨胀床处理后得废水除一部分参与内循环外,其余污水通过一级三相分离器后,进入精处理区得颗粒污泥床区进行剩余COD降解与产沼气过程,提高与保证了出水水质。由于大部分CＯＤ已经被降解,所以精处理区得CＯD负荷较低,产气量也较小。该处产生得沼气由二级三相分离器收集,通过集气管进入气液分离器并被导出处理系统、经过精处理区处理后得废水经二级三相分离器作用后,上清液经出水区排走,颗粒污泥则返回精处理区污泥床。

三选型、选材及尺寸 (ＩＣ实验室选型)ﻫ1、有机玻璃IＣ厌氧反应器有效容积为25L,底边周长１５ｃｍ,高１２0ｃm。其优点为外观结构干净漂亮;内部三相分离器、布水器、上下流管道等结构清晰可见;外附保温层保障了系统在合适得温度下自动运行;该产品适用于学校、实验室小试模拟教学使用、ﻫ2、钢结构ＩC厌氧反应器为Q２3５碳钢焊制主体,内衬双层玻璃钢防腐层,内部管道喷双层环氧漆防腐,保障设备正常运行过程中不被腐蚀。该设备有效容积200Ｌ,底面直径40cm,高200ｃｍ,净重150ｋg。其优点为更接近于工程实际,抗压强度高,温度适应范围广,适用于科研单位、工地现场中试模拟运行、

IC反应器设计参数的说明

1. 设计说明

IC反应器，即内循环厌氧反应器，相似由2层UASB反应器串联而成。其由上下两个反应室组成。在处理高浓度有机废水时，其进水负荷可提高至35～50kgCOD/(m3d)。和UASB反应器相比，在获得相同处理速率的条件下，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。

（3） IC反应器的循环量

进水在反应器中的总停留时间为tHRT＝＝＝16h

设第二反应室内液体升流速度为4m/h，则需要循环泵的循环量为256m3/h。

第一反应室内液体升流速度一般为10～20m/h，主要由厌氧反应产生的气流推动的液流循环所带动。

第一反应室产生的沼气量为 Q沼气＝Q（C0－Ce）×0.8×0.35＝3600/2×（24.074－3.611）×0.8×0.35＝10313×2＝20626m3/d

每立方米沼气上升时携带1～2m3左右的废水上升至反应器顶部，则回流废水量为10313～20620 m3/d，即430～859 m3/h，加上IC反应器废水循环泵循环量256 m3/h，则在第一反应室中总的上升水量达到了686～1115 m3/h，上流速度可达10.79～17.53m/h，可见IC反应器设计符合要求。

研究快速启动厌氧反应器的技术

一、外加物质效应

1 投加无机絮凝剂或高聚物

为了保证反应器内的最佳生长条件,必要时可改变废水的成分,其方法是向进水中投加养分、维生素和促进剂等。Macarie和Guyot研究发现,在处理生物难降解有机污染物亚甲基安息香酸废水时,向废水中投加FeSO4和生物易降解培养基后,可以有效地降低原系统的氧化还原能力,达到一个合适的亚甲基源水平,缩短ＵＡＳＢ的启动时间。

Imai研究了向接种污泥中添加吸水性聚合物(WAP)的作用。WAP主要成分为丙烯酸颗粒树脂，具有可供微生物附着的高的比表面和复杂网状结构。而且密度低(湿密度1.0g/ml)，和砂及其他物质相比提高了颗粒和微生物间的接触，明显强化了以葡萄糖或VFA为基质的实验室规模和中试规模UASB反应器的颗粒化过程。在颗粒污泥形成之后WAP被厌氧微生物慢慢降解，这造成颗粒分裂成多个小碎块，然后再次生长为成熟颗粒。逐渐地，所有颗粒被降解。根据试验提出用于强化颗粒化过程的反应器体积内WAP投加量为约750mg/L。