Anaerobinių IC ir UASB procesų skirtumai

1.1 UASB reaktorius

1.1.1 Įvadas į UASB

Upflow anaerobinis dumblo antklodės reaktorius (UASB) yra anaerobinis biologinis nuotekų valymo metodas, taip pat žinomas kaip aukštyn tekantis anaerobinis dumblo antklodės reaktorius, kurį 1977 m. išrado Nyderlandų profesorius Lettinga.

Nuotekos teka iš apačios į viršų per UASB. Reaktoriaus apačioje yra didelės-koncentracijos, labai aktyvus dumblo sluoksnis, kuriame dauguma organinių teršalų nuotekose vyksta anaerobinėje fermentacijoje ir skaidosi iki metano ir anglies dioksido. Dėl vandens srauto ir oro burbuliukų maišymo virš dumblo sluoksnio susidaro dumblo suspensijos sluoksnis. Trifazis separatorius yra sumontuotas reaktoriaus viršuje, kad būtų galima atskirti katilinės dujas, kaitinimo skystį ir dumblo daleles. Iš reaktoriaus viršaus išleidžiamos skaldymo dujos; dumblo dalelės automatiškai nuslysta žemyn ir nusėda į dumblo sluoksnį reaktoriaus apačioje; Viryklės skystis išleidžiamas iš skaidrinimo zonos.

UASB turi didelę apkrovą ir yra tinkamas didelės{0}}koncentracijos organinėms nuotekoms valyti. Gerai -veikiantis UASB (Ultra-anaerobinis dumblo bunkeris) pasižymi dideliu organinių teršalų pašalinimo greičiu, jo nereikia maišyti ir gali prisitaikyti prie didelių apkrovos smūgių, temperatūros ir pH pokyčių.

1.1.2 UASB struktūra

UASB pasižymi integruota biologine reakcija ir sedimentacijos sistema, todėl jis yra kompaktiškas anaerobinis reaktorius. Reaktorius daugiausia susideda iš įtekamojo paskirstymo sistemos, reakcijos zonos, trifazio separatoriaus, dujų kameros ir išvalyto vandens išleidimo sistemos.

1.1.3 UASB darbo principas

Anaerobinės reakcijos procesas UASB reaktoriuje yra panašus į kitus anaerobinio biologinio valymo procesus, įskaitant hidrolizę, rūgštinimą, acto rūgšties gamybą ir metanogenezę. Substrato virsmo procese dalyvauja įvairūs mikroorganizmai, paverčiantys substratą galutiniais produktais-biodujomis, vandeniu ir kitomis neorganinėmis medžiagomis.

UASB susideda iš trijų dalių: dumblo reakcijos zonos, dujų -skysčio-kietojo trifazio separatoriaus (įskaitant sedimentacijos zoną) ir dujų kameros. Apatinėje reakcijos zonoje lieka didelis kiekis anaerobinio dumblo, o gerų nusėdimo ir flokuliavimo savybių turintis dumblas apačioje sudaro dumblo sluoksnį. Valomos nuotekos patenka į anaerobinio dumblo sluoksnio dugną ir susimaišo su dumblu dumblo sluoksnyje. Dumble esantys mikroorganizmai skaido nuotekose esančias organines medžiagas, paverčiant jas biodujomis. Biodujos nuolat išleidžiamos mažyčių burbuliukų pavidalu. Šiems burbulams kylant, jie susilieja, palaipsniui formuodami didesnius burbulus. Dumblo sluoksnio viršuje biodujos maišo dumblą, sudarydamos santykinai atskiestą dumblo-vandens mišinį, kuris kartu su vandeniu pakyla į trijų{10}}fazių separatorių. Kai biodujos susiduria su atšvaito plokšte separatoriaus apačioje, jos nukreipiamos aplink plokštę, o po to per vandens sluoksnį patenka į dujų kamerą, kur koncentruojasi. Tada biodujos išleidžiamos per vamzdį. Kietas{14}}skystas mišinys po atspindžio patenka į trifazio separatoriaus sedimentacijos zoną. Nuotekose esantis dumblas flokuliuoja, dalelės palaipsniui didėja ir nusėda veikiamos gravitacijos. Ant nuožulnios sienelės nusėdęs dumblas nuslysta atgal į anaerobinės reakcijos zoną, sukeldamas didelį dumblo sankaupą reakcijos zonoje. Išvalytos nuotėkos, atskirtos nuo dumblo, išsilieja iš sedimentacijos zonos perpildymo užtvankos viršaus ir išleidžiamos iš dumblo sluoksnio.

1.2 IC reaktorius

1.2.1 Įvadas į IC

Didėjant prieštaravimams tarp gamybos plėtros ir tokių veiksnių kaip kapitalas, energijos suvartojimas ir žemės naudojimas, vandens valymo darbuotojai turi stengtis rasti daugiau techniškai ir ekonomiškai optimizuotų anaerobinių procesų, ypač sprendžiant naujas didelės{0} koncentracijos organines nuotekas, susidarančias plėtojant gamybą. Vidinės cirkuliacijos anaerobinis reaktorius (IC) yra naujo tipo reaktoriai, atsiradę šiame fone. Tai anaerobinio nuotekų valymo teorijos ir inžinerinės praktikos derinio produktas, atspindintis pačių anaerobinių procesų plėtros reikalavimus. 1985 m. Nyderlandų kompanija PAQUES sukūrė pirmąjį IC bandomąjį{5}}masto reaktorių, o 1988 m. buvo pradėtas eksploatuoti pirmasis gamybinis-masto IC reaktorius. Šiuo metu IC reaktoriai sėkmingai taikomi pramoninių nuotekų valymui tokiose pramonės šakose kaip alaus gamyba ir maisto perdirbimas. Dėl didelio valymo pajėgumo, mažų investicijų, nedidelio ploto ir stabilaus veikimo jis patraukė vandens valymo personalo dėmesį visame pasaulyje, o kai kurie mano, kad tai yra viena iš tipiškų trečiosios kartos anaerobinių biologinių reaktorių technologijų. Tolesni IC reaktorių tyrimai ir plėtra bei jų taikymo skatinimas tapo viena iš aktualiausių anaerobinių nuotekų valymo temų.

1.2.2 IC struktūra

IC reaktorių sudaro du vertikaliai nuosekliai išdėstyti UASB reaktoriai, kurių aukštis siekia 16–25 m, o aukščio -ir -skersmens santykis paprastai yra nuo 4 iki 8. Jį sudaro penkios pagrindinės dalys: maišymo zona, granuliuoto dumblo išplėstinio sluoksnio zona, apdailos zona, vidinės cirkuliacijos sistemos zona ir ef. Vidinė cirkuliacijos sistema yra pagrindinė IC proceso struktūra, kurią sudaro pirminis trijų{7}}fazių separatorius, biodujų stovas, dujų-skysčių separatorius ir dumblo nuleidimo vamzdis.

1.2.3 IC veikimo principas

Gamybos nuotekos, sureguliavus pH ir temperatūrą, pirmiausia patenka į maišymo zoną reaktoriaus apačioje. Ten jis kruopščiai sumaišomas su viduje cirkuliuojančiu dumblo{1}}vandens mišiniu iš nuleidimo vamzdžio, prieš patenkant į granuliuoto dumblo išplėstinį sluoksnį, kad būtų galima skaidyti COD. ChDS tūrinė apkrova čia yra labai didelė, didžioji dalis įtekančio ChDS yra suardoma, todėl susidaro didelis kiekis biodujų. Biodujos surenkamos pirminiu trifaziu separatoriumi. Skysčio plėtimosi darbas biodujų burbulų susidarymo metu sukuria dujų pakėlimo efektą, dėl kurio biodujų, dumblo ir vandens mišinys biodujų pakėlimo vamzdžiu kyla į reaktoriaus viršuje esantį dujų{6}}skysčių separatorių. Čia biodujos atsiskiria nuo dumblo bei vandens ir išleidžiamos iš valymo sistemos. Tada dumblo -vandens mišinys patenka į maišymo zoną reaktoriaus apačioje išilgai dumblo nuleidimo vamzdžio, kur gerai susimaišo su įtekančiu srautu prieš patekdamas į dumblo išplėstinio sluoksnio zoną, sudarydamas vadinamąją -vidinę cirkuliaciją. Priklausomai nuo įtekančio ChDS apkrovos ir reaktoriaus struktūros, vidinės cirkuliacijos srautas gali siekti 0,5–5 kartus didesnį nei įtekančio srauto greitis. Po valymo išplėstine lova dalis nuotekų dalyvauja vidinėje cirkuliacijoje; likusios nuotekos praeina per pirminį trijų{15}fazių separatorių ir patenka į smulkaus apdorojimo zonos granuliuoto dumblo sluoksnio zoną, skirtą likutiniam ChDS skaidymui ir biodujų gamybai, pagerinant ir užtikrinant nuotekų kokybę. Kadangi didžioji dalis ChDS buvo suardyta, ChDS apkrova smulkiojo apdorojimo zonoje yra maža, o biodujų gamyba taip pat nedidelė. Čia pagamintos biodujos surenkamos antriniu trifaziu separatoriumi, per dujų surinkimo vamzdį patenka į dujų-skysčių separatorių ir išleidžiamos iš valymo sistemos. Po valymo smulkaus valymo zonoje nuotekos praeina per dviejų{21}}pakopų trijų{22}}fazių separatorių. Supernatantas išleidžiamas per nuotekų zoną, o granuliuotas dumblas grąžinamas į dumblo sluoksnį smulkaus apdorojimo zonoje.

Palyginti su antrosios{0}}kartos anaerobiniais reaktoriais, tokiais kaip UASB, IC reaktoriai turi šiuos privalumus:<1>Didelis organinės apkrovos greitis ir trumpas hidraulinio sulaikymo laikas;<2>Didelis aukščio{0}}ir-skersmens santykis, mažas plotas ir mažesnės investicijos į infrastruktūrą;<3>Stabilus nuotėkis ir stiprus atsparumas smūgiinėms apkrovoms. Vis daugiau gamintojų Kinijoje dabar naudoja IC reaktorius, o jų biodujų atgavimo ir panaudojimo vertė taip pat yra reikšminga. Didžiausia IC reaktorių savybė yra ta, kad juose yra dvi anaerobinės reakcijos kameros, leidžiančios dumblo -vandens mišinio cirkuliaciją reaktoriuje. Taip išsprendžiamas neigiamas nepakankamo dumblo -kontakto su vandeniu UASB reaktoriuose poveikis, dėl kurio susilpnėja granuliuoto dumblo biocheminis apdorojimas.

Todėl IC reaktoriai yra šiuolaikinių anaerobinių reaktorių proveržis ir turi plačias plėtros perspektyvas organinių teršalų pramoninių nuotekų valymo srityje. Jie vis dažniau pakeis UASB reaktorius ir nusipelno tolesnių tyrimų, plėtros ir skatinimo.