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發(fā)展歷程

    在相當長的一段時間內(nèi)，厭氧消化在理論、技術和上遠遠落后于好氧生物處理的發(fā)展。20世紀60年代以來，能源短缺問題日益突出，這促使人們對厭氧消化工藝進行重新認識，對處理工藝和反應器結(jié)構(gòu)的設計以及甲烷回收進行了大量研究，使得厭氧消化技術的理論和實踐都了很大進步，并得到。厭氧消化具下列優(yōu)點：需攪拌和供氧，動力消耗少；能產(chǎn)生大量含甲烷的沼，是很好的能源物質(zhì)，可用于發(fā)電和家庭燃；可高濃度進水，保持高污泥濃度，所以其溶劑機負荷達到規(guī)準仍需要進一步處理；初次啟動時間長；對溫度要求較高；對毒物影響較敏感；遭破壞后，恢復期較長。污水厭氧生物處理工藝按微生物的凝聚形態(tài)可分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸消化池、升流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket,UASB）、厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）等；厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。

優(yōu)點

    IC 反應器的構(gòu)造及其工作原理決定了其在控制厭氧處理影響因素方面比其它反應器更具優(yōu)點。

    （1）容積負荷高：IC反應器內(nèi)污泥濃，微生物量大，且存在內(nèi)循環(huán)，傳質(zhì)效

好，進水機負荷可過普通厭氧反應器的3倍以上。

   （2）節(jié)省投資和占地面積：IC 反應器容積負荷率高出普通UASB 反應器3倍左右，其體積相當于普通反應器的1/4—1/3 左右，大大降低了反應器的基建投資；而且IC反應器高徑比很大（一般為4—8），所以占地面積少。

   （3）抗沖擊負荷能力強：處理低濃度廢水（COD=2000—3000mg/L）時，反應器內(nèi)循環(huán)流量可達進水量的2—3 倍；處理高濃度廢水（COD=10000—15000mg/L）時，內(nèi)循環(huán)流量可達進水量的10—20倍。大量的循環(huán)水和進水充分混合，使原水中的害物質(zhì)得到充分稀釋，大大降低了毒物對厭氧消化過程的影響。

   （4）抗低溫能力強：溫度對厭氧消化的影響主要是對消化速率的影響。IC反應器由于含大量的微生物，溫度對厭氧消化的影響變得不再突出和嚴重。通常IC反應器厭氧消化可在常溫條件（20—25 ℃）下進行，這樣減少了消化保溫的困難，節(jié)省了能量。

   （5）具緩沖pH值的能力：內(nèi)循環(huán)流量相當于1 厭氧區(qū)的出水回流，可利用COD轉(zhuǎn)化的堿度，對pH值起緩沖，使反應器內(nèi)pH值保持好的狀態(tài)，同時還可減少進水的投堿量。

   （6）內(nèi)部自動循環(huán)，不必外加動力：普通厭氧反應器的回流是通過外部加壓實現(xiàn)的，而IC 反應器以自身產(chǎn)生的沼作為提升的動力來實現(xiàn)混合液內(nèi)循環(huán)，不必設泵強制循環(huán)，節(jié)省了動力消耗。

   （7）性好：利用二級UASB串聯(lián)分級厭氧處理，可以補償厭氧過程中K s高產(chǎn)生的不利影響。Van Lier在1994年證明，反應器分級會降低出水VFA濃度，延長生物停留時間，使反應進行穩(wěn)定。

   （8）啟動周期短：IC反應器內(nèi)污泥活性高，生物增殖快，為反應器快速啟動提供利條件。IC反應器啟動周期一般為1～2個月，而普通UASB啟動周期長達4～6個月。

   （9）沼利用價值高：反應器產(chǎn)生的生物純，CH4為70%～80%，CO2為20%～30%，其它機物為1%～5%，可作為燃料加以利用

厭氧反應四個階段

水解反應
    水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化成簡單的溶解性單體和二聚體的過程。水解反應針對不同的廢水類型差別很大，這要取決于胞外酶能否效的接觸到底物。因此，大的顆粒比小顆粒底物要難降解很多，比如造紙廢水、印染廢水和制藥廢水的木質(zhì)素、大分子纖維素就很難水解。
水解速度的可由以下動力學方程加以描述：
ρ=ρo/(1+Kh.T)
ρ ——可降解的非溶解性底物濃度（g/l）；
ρo———非溶解性底物的初始濃度（g/l）；
Kh——水解常數(shù)（d－1）；
T——停留時間（d）。

發(fā)酵酸化反應
     發(fā)酵可以被定義為機化合物既作為電子受體也作為電子供體的生物降解過程，在此過程中機物被轉(zhuǎn)化成以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物。酸化過程是由大量的、多種多樣的發(fā)酵細菌來完成的，在這些細菌中大部分是專性厭氧菌，只1%是兼性厭氧菌，但正是這1%的兼性菌在反應器受到氧的沖擊時，能迅速消耗掉這些氧，保持廢水低的氧化還原電位，同時也保護了產(chǎn)甲烷菌的條件。
產(chǎn)乙酸反應
    發(fā)酵階段的產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸VFA在產(chǎn)乙酸階段進一步降解成乙酸，其常用反應式如以下幾種：
CH3CHOHCOO-+2H2O —> CH3COO-+HCO3-+H++2H2 ΔG’0=-4.2KJ/MOL
CH3CH2OH+H2O－> CH3COO-+H++2H2O ΔG’0=9.6KJ/MOL
CH3CH2CH2COO-+2H2O－> 2CH3COO-+H++2H2 ΔG’0=48.1KJ/MOL
CH3CH2COO-+3H2O－> CH3COO-+HCO3-+H++3H2 ΔG’0=76.1KJ/MOL
4CH3OH+2CO2－> 3CH3COO-+2H2O ΔG’0=-2.9KJ/MOL
2HCO3-+4H2+H+－>CH3COO-+4H2O ΔG’0=-70.3KJ/MOL 

IC厭氧反應器規(guī)準產(chǎn)品

   從上面的反應方程式可以看出，乙醇、丁酸和丙酸不會被降解，但由于后續(xù)反應中氫的消耗，使得反應能夠向右進行，在一階段，氫的平衡顯得更加重要，同時后續(xù)的產(chǎn)甲烷過程為這一階段的轉(zhuǎn)化提供能量。實際上這一階段和前面的發(fā)酵階段都是由同一類細菌完成，都在細菌體內(nèi)進行，并且產(chǎn)物放到水體中，界限并沒十分清楚，在設計反應器時，沒足夠的理由把他們分開。
產(chǎn)甲烷反應
    在厭氧反應中，大約70%左右的甲烷由乙酸歧化菌產(chǎn)生，這也是這幾個階段中遵循莫諾方程反應的階段。另一類產(chǎn)生甲烷的微生物是由氫和二氧化碳形成的。在正常條件下，他們大約占30%左右。其中約一般的嗜氫細菌也能利用甲酸產(chǎn)生甲烷。主要的產(chǎn)甲烷過程反應：
CH3COO-+H2O－>CH4+HCO3- ΔG’0=-31.0KJ/MOL
HCO3-+H++4H2－>CH4+3H2O ΔG’0=-135.6KJ/MOL
4CH3OH－>3CH4+CO2+2H2O ΔG’0=-312KJ/MOL
4HCOO-+2H+－>CH4+CO2+2HCO3- ΔG’0=-32.9KJ/MOL

按功能劃分，反應器由下而上共分為5個區(qū)：混合區(qū)、1厭氧區(qū)、2厭氧區(qū)、沉淀區(qū)和液分離區(qū)。

1. 混合區(qū)：反應器底部進水、顆粒污泥和液分離區(qū)回流的泥水混合物效地在此區(qū)混合。
2. 1厭氧區(qū)：混合區(qū)形成的泥水混合物進入該區(qū)，在高濃度污泥下，大部分機物轉(zhuǎn)化為沼。混合液上升流和沼的劇烈擾動使該反應區(qū)內(nèi)污泥呈膨脹和流化狀態(tài)，加強了泥水表面接觸，污泥由此而保持著高的活性。隨著沼產(chǎn)量的增多，一部分泥水混合物被沼提升至部的液分離區(qū)。
3. 液分離區(qū)：被提升的混合物中的沼在此與泥水分離并導出處理系統(tǒng)，泥水混合物則沿著回流管返回到下端的混合區(qū)，與反應器底部的污泥和進水充分混合，實現(xiàn)了混合液的內(nèi)部循環(huán)。
4. 2厭氧區(qū)：經(jīng)1厭氧區(qū)處理后的廢水，除一部分被沼提升外，其余的都通過三相分離器進入2厭氧區(qū)。該區(qū)污泥濃度較低，且廢水中大部分機物已在1厭氧區(qū)被降解，因此沼產(chǎn)生量較少。沼通過沼管導入液分離區(qū)，對2厭氧區(qū)的擾動很小，這為污泥的停留提供了利條件。
5. 沉淀區(qū)：2厭氧區(qū)的泥水混合物在沉淀區(qū)進行固液分離，上清液由出水管走，沉淀的顆粒污泥返回2厭氧區(qū)污泥床。

 水解酸化池與厭氧反應器的區(qū)別

    在污水處理工藝設計上，我們經(jīng)常看到在好氧的前端設計厭氧池，時設計的是水解酸化池，時兩者連用，一部分從業(yè)者對兩者的概念區(qū)別了解的不是很清楚，造成設計、方面的誤差，從而影響到處理效果。
水解酸化池
    水解酸化池與厭氧反應器中都水解酸化步驟，從原理上講，水解（酸化）是厭氧消化過程的*、二兩個階段。但兩者的不同，其適應條件也不同，因此是兩種不同的處理方法。
兩種工藝的
    水解酸化池的主要是將原水中的非溶解態(tài)機物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)機物，將難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到馕镔|(zhì)，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧生物處理。

厭氧發(fā)生器
    在厭氧反應器過程中水解、酸化的是為厭氧反應器消化過程中的甲烷化階段提供基質(zhì)。
因此，盡管水解（酸化）-好氧處理工藝中的水解（酸化）段和厭氧反應器消化工藝中的產(chǎn)酸過程均產(chǎn)生機酸，但是由于兩者的處理的不同，各自的環(huán)境和條件著明顯的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。  
Eh不同
    在混合厭氧消化系統(tǒng)中，由于完成水解、酸化的微生物和產(chǎn)甲烷微生物共處于同一反應器中，整個反應器的氧化還原電位Eh的控制必須先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般為一300mV以下，因此。系統(tǒng)中的水解(酸化)微生物也是在這一電位值下工作的。而兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的氧化還原電位一般控制在一100mV一一300mV之間。據(jù)研究，水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段為——特例的兼性過程，只要置Eh控制在＋50mv以下，該過程即可順利進行。
pH值不同
    在混合厭氧消化系統(tǒng)中，消化液的pH值控制在甲烷菌生氏的*pH范圍，一般為6.8—7.2。而在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的pH值一般控制在6.0一6.5之間，pH降低時，盡管產(chǎn)酸的速率增大，但形成的機酸形態(tài)將發(fā)生變化，丙酸的相對含量增大，而丙酸對后續(xù)的甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌會產(chǎn)生強烈的抑制。對于水解(酸化)一好氧處理系統(tǒng)來說，由于后續(xù)處理為好氧氧化，不存在丙酸的抑制問題，一般pH維持在5.5—6.5之間。
溫度不同
    兩種工藝對溫度的控制也不同，通常混合厭氧消化系統(tǒng)以及兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度均嚴格控制，要么中溫消化(30一35)，要么高溫消化(50一55)。而水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段對工作溫度殊要求，通常在常溫下，也可獲得較為滿意的水解(酸化)效果。

IC厭氧反應器規(guī)準產(chǎn)品

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