1. UASB és IC Reactor Process Principles
1.1 UASB reaktor
1.1.1 Bevezetés az UASB-be
Az upflow anaerob iszaptakaró reaktor (UASB) egy anaerob biológiai módszer a szennyvíz kezelésére, más néven upflow anaerob iszaptakaró reaktor, amelyet Lettinga holland professzor talált fel 1977-ben.
A szennyvíz alulról felfelé folyik az UASB-n keresztül. A reaktor alján egy nagy-koncentrációjú, rendkívül aktív iszapágy található, ahol a szennyvíz legtöbb szerves szennyezője anaerob fermentáción megy keresztül, és metánná és szén-dioxiddá bomlik. A vízáramlás és a légbuborékok felkavarása következtében az iszapágy felett iszapszuszpenziós réteg képződik. A reaktor tetején háromfázisú szeparátor van felszerelve a rothasztógáz, a rothasztófolyadék és az iszaprészecskék elkülönítésére. Az emésztőgáz a reaktor tetejéről távozik; az iszapszemcsék automatikusan lecsúsznak és leülepednek a reaktor alján lévő iszapágyban; Az emésztőfolyadék kiürül a derítő zónából.
Az UASB nagy terhelési kapacitással rendelkezik, és alkalmas nagy{0}}koncentrációjú szerves szennyvíz kezelésére. A jól-működő UASB (Ultra-Anaerobic Sludge Bunker) nagy szerves szennyezőanyag-eltávolítási sebességet mutat, nem igényel keverést, és képes alkalmazkodni a jelentős terhelési sokkokhoz, hőmérséklet- és pH-változásokhoz.
1.1.2 UASB szerkezet
Az UASB-t integrált biológiai reakció- és ülepítőrendszere jellemzi, így kompakt anaerob reaktor. A reaktor főként egy befolyó elosztó rendszerből, egy reakciózónából, egy háromfázisú leválasztóból, egy gázkamrából és egy kezelt víz elvezető rendszerből áll.
1.1.3 Az UASB működési elve
Az UASB reaktorban az anaerob reakciófolyamat hasonló a többi anaerob biológiai kezelési folyamathoz, beleértve a hidrolízist, a savasítást, az ecetsavtermelést és a metanogenezist. Különböző mikroorganizmusok vesznek részt a szubsztrát átalakítási folyamatában, és a szubsztrátumot végtermékké -biogázzá, vízzé és más szervetlen anyagokká alakítják.
Az UASB három részből áll: egy iszap reakciózónából, egy gáz{0}}folyékony-szilárd három-fázisú szeparátorból (beleértve az ülepítő zónát is) és egy gázkamrából. Az alsó reakciózónában nagy mennyiségű anaerob iszap marad, a jó ülepedési és flokkulációs tulajdonságokkal rendelkező iszap alul iszapréteget képez. A kezelendő szennyvíz az anaerob iszapágy aljába folyik, és az iszaprétegben elkeveredik az iszappal. Az iszapban lévő mikroorganizmusok lebontják a szennyvízben lévő szerves anyagokat, és biogázzá alakítják. A biogáz folyamatosan apró buborékok formájában szabadul fel. Ahogy ezek a buborékok felemelkednek, egyesülnek, és fokozatosan nagyobb buborékokat képeznek. Az iszapágy tetején a biogáz felkavarja az iszapot, és viszonylag híg iszap{9}vízkeveréket hoz létre, amely a vízzel együtt felemelkedik a háromfázisú szeparátorba. Amikor a biogáz a szeparátor alján található reflektorlemezzel találkozik, a lemez körül eltérül, majd a vízrétegen keresztül a gázkamrába jut, ahol koncentrálódik. A biogáz ezután egy vezetéken keresztül távozik. A szilárd{14}}folyékony keverék visszaverődés után belép a háromfázisú szeparátor ülepedési zónájába. A szennyvízben lévő iszap pelyhesedik, a részecskék fokozatosan megnövekednek, és a gravitáció hatására leülepednek. A ferde falon leülepedő iszap visszacsúszik az anaerob reakciózónába, nagy mennyiségű iszapfelhalmozódást okozva a reakciózónában. Az iszaptól leválasztott tisztított szennyvíz az ülepítő zóna túlfolyó gátjának tetején túlfolyik, majd az iszapágyból távozik.
1.2 IC reaktor
1.2.1 Bevezetés az IC-be
A termelés fejlődése és az olyan tényezők közötti növekvő ellentmondások miatt, mint a tőke, az energiafelhasználás és a földhasználat, a vízkezelő dolgozóknak arra kell törekedniük, hogy műszakilag és gazdaságilag optimalizáltabb anaerob folyamatokat találjanak, különösen a termelésfejlesztés során keletkező új, nagy-koncentrációjú szerves szennyvíz kezelésében. A belső keringtetésű anaerob reaktor (IC) egy új típusú reaktor, amely e háttérben jelent meg. Az anaerob szennyvíztisztítási elmélet és a mérnöki gyakorlat ötvözésének terméke, tükrözve az anaerob folyamatok fejlesztési követelményeit. 1985-ben a holland PAQUES cég létrehozta az első IC kísérleti{5}}méretű reaktort, 1988-ban pedig üzembe helyezték az első termelési-méretű IC reaktort. Jelenleg az IC reaktorokat sikeresen alkalmazzák az ipari szennyvíz kezelésére olyan iparágakban, mint a sörgyártás és az élelmiszer-feldolgozás. Nagy tisztítókapacitása, alacsony befektetése, kis helyigénye és stabil működése miatt világszerte felkeltette a vízkezelők figyelmét, egyesek az anaerob biológiai reaktorok harmadik generációjának egyik reprezentatív technológiájának tartják. Az IC reaktorok további kutatása, fejlesztése és alkalmazásuk népszerűsítése az anaerob szennyvíztisztítás egyik forró témájává vált.
1.2.2 IC felépítése
Az IC reaktor két függőlegesen sorba rakott UASB reaktorból áll, amelyek magassága 16-25 m, magasság-/-átmérő aránya jellemzően 4 és 8 között van. Öt alapvető részből áll: keverési zónából, szemcsés iszap expandált ágyas zónából, befejező zónából, belső áramlási rendszerből. A belső keringtető rendszer az IC-folyamat magszerkezete, amely egy elsődleges három-fázisú leválasztóból, egy biogáz-felszállóból, egy gáz-folyadékleválasztóból és egy iszaplevezetőből áll.
1.2.3 Az IC működési elve
A termelési szennyvíz a pH és a hőmérséklet beállítása után először a reaktor alján lévő keverőzónába kerül. Ott alaposan összekeverik a lefolyócsőből származó, belső keringtetésű iszap{1}}vízkeverékkel, mielőtt a szemcsés iszap expandált ágyába kerül a KOI biokémiai lebontása céljából. A KOI térfogati terhelés itt nagyon magas, a befolyó KOI nagy része lebomlik, és nagy mennyiségű biogáz keletkezik. A biogázt az elsődleges háromfázisú{4}}leválasztó gyűjti össze. A biogázbuborék képződése során a folyadékon végzett tágulási munka gázemelő hatást hoz létre, aminek következtében a biogáz, az iszap és a víz keveréke a biogáz átemelő csövön felemelkedik a reaktor tetején található gáz{6}}folyadékleválasztóba. Itt a biogáz elválik az iszaptól és a víztől, és kikerül a kezelőrendszerből. Az iszap-vízkeverék ezután az iszaplefolyó mentén a reaktor alján lévő keverőzónába kerül, ahol alaposan elkeveredik a befolyóval, mielőtt az iszap expandált ágyas zónába kerül, létrehozva az úgynevezett belső keringést. A bemenő KOI terheléstől és a reaktor szerkezetétől függően a belső cirkuláció áramlási sebessége elérheti a befolyó áramlási sebesség 0,5-5-szörösét. A kiterjesztett ágyas kezelés után a szennyvíz egy része részt vesz a belső keringésben; a maradék szennyvíz egy elsődleges háromfázisú szeparátoron halad át, és a finomkezelési terület szemcsés iszapágyas zónájába kerül a maradék KOI lebontás és biogáz termelés érdekében, javítva és biztosítva a szennyvíz minőségét. Mivel a KOI nagy része lebomlott, a finomkezelési területen a KOI terhelés alacsony, és a biogáz termelés is kicsi. Az itt termelt biogázt egy másodlagos háromfázisú szeparátor gyűjti össze, egy gázgyűjtő csövön keresztül jut be a gáz-folyadékleválasztóba, és távozik a kezelőrendszerből. A finomkezelési zónában végzett kezelés után a szennyvíz egy két-fokozatú, háromfázisú{22}}leválasztón halad át. A felülúszó a kifolyó zónán keresztül távozik, míg a szemcsés iszap a finomkezelési zónában visszakerül az iszapágyba.
2. Összegzés és kitekintés
A második{0}}generációs anaerob reaktorokhoz, például az UASB-hez képest az IC reaktorok a következő előnyökkel rendelkeznek:<1>Magas szerves terhelési sebesség és rövid hidraulikus visszatartási idő;<2>Nagy magasság-/átmérő{1}}arány, kis helyigény és alacsonyabb infrastrukturális beruházás;<3>Stabil szennyvíz és erős ütésállóság. Kínában ma már egyre több gyártó használ IC reaktort, és jelentős a biogáz visszanyerési és hasznosítási értéke is. Az IC reaktorok legnagyobb jellemzője, hogy két anaerob reakciókamrával rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik az iszap-vízkeverék keringését a reaktoron belül. Ez megoldja az UASB reaktorokban az elégtelen iszap{4}}vízkontaktus negatív hatását, ami gyengíti a szemcsés iszap biokémiai kezelési kapacitását.
Ezért az IC reaktorok áttörést jelentenek a modern anaerob reaktorok terén, és széles körű fejlődési kilátásokkal rendelkeznek a szerves szennyező anyagok ipari szennyvízkezelésében. Egyre inkább felváltják az UASB reaktorokat, és további kutatást, fejlesztést és promóciót érdemelnek.