1. Principiile procesului UASB și IC Reactor
1.1 Reactor UASB
1.1.1 Introducere în UASB
Reactorul anaerob cu pătură de nămol cu flux ascendent (UASB) este o metodă biologică anaerobă de tratare a apelor uzate, cunoscută și sub numele de reactor cu pătură de nămol anaerob cu flux ascendent, inventat de profesorul Lettinga din Țările de Jos în 1977.
Apele uzate curg de jos în sus prin UASB. În partea de jos a reactorului se află un pat de nămol cu concentrație ridicată-înaltă, în care majoritatea poluanților organici din apele uzate sunt supuși fermentației anaerobe și se degradează în metan și dioxid de carbon. Datorită agitației fluxului de apă și a bulelor de aer, deasupra patului de nămol se formează un strat de suspensie de nămol. Un separator trifazic este instalat în partea de sus a reactorului pentru a separa gazul digestor, lichidul digestorului și particulele de nămol. Gazul digestorului este evacuat din partea superioară a reactorului; particulele de nămol alunecă automat în jos și se depun în patul de nămol din partea de jos a reactorului; lichidul digestorului este evacuat din zona de clarificare.
UASB are o capacitate mare de încărcare și este potrivit pentru tratarea apelor uzate organice cu{0}}concentrație mare. Un-UASB (Ultra-Anaerobic Sludge Bunker) care funcționează bine prezintă o rată ridicată de eliminare a poluanților organici, nu necesită agitare și se poate adapta la șocuri semnificative de sarcină, temperatură și schimbări de pH.
1.1.2 Structura UASB
UASB se caracterizează prin reacția biologică integrată și sistemul de sedimentare, făcându-l un reactor anaerob compact. Reactorul constă în principal dintr-un sistem de distribuție a afluenților, o zonă de reacție, un separator trifazic, o cameră de gaz și un sistem de evacuare a apei tratate.
1.1.3 Principiul de lucru UASB
Procesul de reacție anaerobă din reactorul UASB este similar cu alte procese de tratare biologică anaerobă, inclusiv hidroliza, acidificarea, producția de acid acetic și metanogeneza. Diferite microorganisme participă la procesul de transformare a substratului, transformând substratul în produsele finale-biogaz, apă și alte substanțe anorganice.
UASB este alcătuit din trei părți: o zonă de reacție a nămolului, un separator de gaz-lichid-solid trifazic (inclusiv o zonă de sedimentare) și o cameră de gaz. O cantitate mare de nămol anaerob rămâne în zona de reacție inferioară, iar nămolul cu proprietăți bune de sedimentare și floculare formează un strat de nămol în partea de jos. Apa uzată de tratat curge în fundul patului de nămol anaerob și se amestecă cu nămolul din stratul de nămol. Microorganismele din nămol descompun materia organică din apa uzată, transformând-o în biogaz. Biogazul este eliberat continuu sub formă de bule minuscule. Pe măsură ce aceste bule se ridică, ele fuzionează, formând treptat bule mai mari. În partea de sus a patului de nămol, biogazul agită nămolul, creând un amestec de nămol-apă relativ diluat care se ridică împreună cu apa în separatorul trifazic. Când biogazul întâlnește placa reflector din partea inferioară a separatorului, este deviat în jurul plăcii și apoi trece prin stratul de apă în camera de gaz, unde este concentrat. Biogazul este apoi evacuat printr-o conductă. Amestecul solid-lichid, după reflectare, intră în zona de sedimentare a separatorului-trifazic. Nămolul din apele uzate floculează, particulele cresc treptat în dimensiune și se depun sub gravitație. Nămolul care se depune pe peretele înclinat alunecă înapoi în zona de reacție anaerobă, determinând o acumulare mare de nămol în zona de reacție. Efluentul tratat, separat de nămol, se revarsă din partea superioară a varfului de preaplin al zonei de sedimentare și este apoi evacuat din patul de nămol.
1.2 Reactor IC
1.2.1 Introducere în IC
Odată cu contradicțiile tot mai mari dintre dezvoltarea producției și factori precum capitalul, consumul de energie și utilizarea terenului, lucrătorii de la tratarea apei trebuie să se străduiască să găsească procese anaerobe mai optimizate din punct de vedere tehnic și economic, în special pentru a face față noilor ape uzate organice cu concentrație mare de-generate de dezvoltarea producției. Reactorul anaerob cu circulație internă (IC) este un nou tip de reactor care a apărut în acest context. Este un produs al combinației dintre teoria epurării anaerobe a apelor uzate și practica inginerească, reflectând cerințele de dezvoltare ale proceselor anaerobe în sine. În 1985, compania olandeză PAQUES a înființat primul reactor pilot-la scară IC, iar în 1988 a fost pus în funcțiune primul reactor IC-la scară de producție. În prezent, reactoarele IC au fost aplicate cu succes la tratarea apelor uzate industriale în industrii precum producția de bere și procesarea alimentelor. Datorită capacității mari de tratare, investițiilor reduse, amprentei reduse și funcționării stabile, a atras atenția personalului de tratare a apei din întreaga lume, iar unii o consideră una dintre tehnologiile reprezentative ale celei de-a treia generații de reactoare biologice anaerobe. Cercetarea și dezvoltarea ulterioară a reactoarelor IC și promovarea aplicării acestora au devenit unul dintre subiectele fierbinți în tratarea anaerobă a apelor uzate.
1.2.2 Structura IC
Reactorul IC constă din două reactoare UASB stivuite vertical în serie, atingând o înălțime de 16–25 m, cu un raport înălțime-la-diametru, de obicei între 4 și 8. Acesta cuprinde cinci părți de bază: o zonă de amestec, o zonă de pat extins cu nămol granular, o zonă de finisare, o zonă de circulație internă și o zonă de efluent. Sistemul de circulație internă este structura de bază a procesului IC, constând dintr-un separator trifazic primar, un sistem de ridicare a biogazului, un separator de gaz-lichide și un coborator de nămol.
1.2.3 Principiul de lucru IC
Apa uzată de producție, după ajustările pH-ului și temperaturii, intră mai întâi în zona de amestecare din partea inferioară a reactorului. Acolo, este bine amestecat cu amestecul de apă cu nămol circulat intern-din canalul de coborâre înainte de a intra în patul expandat de nămol granular pentru degradarea biochimică a COD. Încărcarea volumetrică a COD este foarte mare aici, cea mai mare parte a COD afluentului fiind degradată, producând o cantitate mare de biogaz. Biogazul este colectat de separatorul primar în trei-faze. Lucrările de expansiune efectuate asupra lichidului în timpul formării bulelor de biogaz creează un efect de ridicare a gazului, determinând ca amestecul de biogaz, nămol și apă să se ridice de-a lungul conductei de ridicare a biogazului către separatorul de gaz-lichide din partea superioară a reactorului. Aici biogazul se separă de nămol și apă și este evacuat din sistemul de epurare. Amestecul de nămol-apă intră apoi în zona de amestec din partea inferioară a reactorului de-a lungul conductei de coborâre a nămolului, unde se amestecă bine cu influentul înainte de a intra în zona de pat expandat cu nămol, formând așa-numita circulație internă. În funcție de încărcătura de COD afluent și de structura reactorului, debitul de circulație internă poate atinge de 0,5 până la 5 ori debitul de influenț. După tratarea cu patul expandat, o parte din apa uzată participă la circulația internă; apa uzată rămasă trece printr-un separator trifazic primar și intră în zona patului de nămol granular din zona de tratare fină pentru degradarea COD reziduală și producerea de biogaz, îmbunătățind și asigurând calitatea efluentului. Deoarece cea mai mare parte a COD a fost degradată, încărcătura de COD în zona de tratare fină este scăzută, iar producția de biogaz este, de asemenea, mică. Biogazul produs aici este colectat de un separator trifazic secundar, intră în separatorul de gaz-lichide printr-o conductă de colectare a gazelor și este evacuat din sistemul de tratare. După tratarea în zona de tratare fină, apa uzată trece printr-un separator cu două-trei{22}etape. Supernatantul este evacuat prin zona de efluent, în timp ce nămolul granular este returnat în patul de nămol din zona de tratare fină.
2. Rezumat și Outlook
În comparație cu reactoarele anaerobe de a doua{0}}generație, cum ar fi UASB, reactoarele IC au următoarele avantaje:<1>Rată ridicată de încărcare organică și timp scurt de retenție hidraulică;<2>Raport mare înălțime-la-diametru, amprentă mică și investiții mai mici în infrastructură;<3>Efluent stabil și rezistență puternică la sarcini de șoc. Din ce în ce mai mulți producători din China folosesc acum reactoare IC, iar valoarea lor de recuperare și utilizare a biogazului este, de asemenea, semnificativă. Cea mai mare caracteristică a reactoarelor IC este că au două camere de reacție anaerobe, permițând circulația amestecului de nămol-apă în reactor. Acest lucru rezolvă impactul negativ al contactului insuficient cu apă-nămolul din reactoarele UASB, ceea ce slăbește capacitatea de tratare biochimică a nămolului granular.
Prin urmare, reactoarele IC reprezintă o descoperire în reactoarele anaerobe moderne și au perspective largi de dezvoltare în tratarea apelor uzate industriale a poluanților organici. Ele vor înlocui din ce în ce mai mult reactoarele UASB și merită cercetări, dezvoltare și promovare în continuare.