一、IC反應(yīng)器的原理

　　IC 反應(yīng)器的構(gòu)造特點(diǎn)是具有很大的高徑比，一般可達(dá) 4 ～ 8，反應(yīng)器的高度可達(dá) 16 ～ 25m。所以在外形上看，IC 反應(yīng)器實(shí)際上是個(gè)厭氧生化反應(yīng)塔。

　　由圖 17-1 可知，進(jìn)水通過(guò)泵由反應(yīng)器底部進(jìn)入第一反應(yīng)室，與該室內(nèi)的厭氧顆粒污泥均勻混合。廢水中所含的大部分有機(jī)物在這里被轉(zhuǎn)化成沼氣，所產(chǎn)生的沼氣被第一反應(yīng)室的集氣罩收集，沼氣將沿著提升管上升。沼氣上升的同時(shí)，把第一反應(yīng)室的混合液提升至設(shè)在反應(yīng)器頂部的氣液分離器，被分離出的沼氣由氣液分離器頂部的沼氣排出管排走。分離出的泥水混合液將沿著回流管回到第一反應(yīng)室的底部，并與底部的顆粒污泥和進(jìn)水充分混合，實(shí)現(xiàn)第一反應(yīng)室混合液的內(nèi)部循環(huán)。IC 反應(yīng)器的命名由此得來(lái)。內(nèi)循環(huán)的結(jié)果是，第一反應(yīng)室不僅有很高的生物量、很長(zhǎng)的污泥齡，并具有很大的升流速度，使該室內(nèi)的顆粒污泥完全達(dá)到流化狀態(tài)，有很高的傳質(zhì)速率，使生化反應(yīng)速率提高，從而大大提高第一反應(yīng)室的去除有機(jī)物能力。經(jīng)過(guò)第一反應(yīng)室處理過(guò)的廢水，會(huì)自動(dòng)地進(jìn)入第二反應(yīng)室繼續(xù)處理。廢水中的剩余有機(jī)物可被第二反應(yīng)室內(nèi)的厭氧顆粒污泥進(jìn)一步降解，使廢水得到更好的凈化，提高出水水質(zhì)。產(chǎn)生的沼氣由第二反應(yīng)室的集氣罩收集，通過(guò)集氣管進(jìn)入氣液分離器。第二反應(yīng)室的泥水混合液進(jìn)入沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，處理過(guò)的上清液由出水管排走，沉淀下來(lái)的污泥可自動(dòng)返回第二反應(yīng)室。這樣，廢水就完成了在 IC 反應(yīng)器內(nèi)處理的全過(guò)程。

　　綜上所述可以看出，IC 反應(yīng)器實(shí)際上是由兩個(gè)上下重疊的 UASB 反應(yīng)器串聯(lián)組成的。由下面第一個(gè) UASB 反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣作為提升的內(nèi)動(dòng)力，使升流管與回流管的混合液產(chǎn)生密度差，實(shí)現(xiàn)下部混合液的內(nèi)循環(huán)，使廢水獲得強(qiáng)化預(yù)處理。上面的第二個(gè)UASB 反應(yīng)器對(duì)廢水繼續(xù)進(jìn)行后處理(或稱精處理)，使出水達(dá)到預(yù)期的處理要求。

　　下圖為BIOPAQ IC reactor的示意圖：

　　二、IC反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

　　IC反應(yīng)器的涉及內(nèi)容包括反應(yīng)器的容積負(fù)荷、三相分離器、循環(huán)系統(tǒng)、布水系統(tǒng)及反應(yīng)器的外形尺寸等。

　　1、COD容積負(fù)荷的確定

　　表4-1歸納了國(guó)外生產(chǎn)裝置和中試裝置所推薦的COD容積負(fù)荷。這些數(shù)據(jù)對(duì)于主要含溶解性有機(jī)物的廢水來(lái)水，是比較安全的，實(shí)際的中試和小試裝置上達(dá)到的COD負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于此值。

　　2、三相分離器

　　三相分離器的設(shè)計(jì)目的是使沼氣從混合液和上浮的污泥絮體或顆粒中分離出來(lái)，并使污泥盡可能很好地與水分離，返回反應(yīng)區(qū)。

　　三相分離器同UASB中的，因此具體見UASB中三相分離器的設(shè)計(jì)。

　　3、配水系統(tǒng)

　　為了盡可能減少污泥床內(nèi)出現(xiàn)的溝流、斷路等不利因素，涉及良好的配水系統(tǒng)顯得尤其重要。均勻的布水和良好的混合將充分發(fā)揮IC反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥的性能，提高生化降解速率創(chuàng)造條件。反應(yīng)器底部配水管的布置方式可以是多種多樣的(詳細(xì)見UASB中的布水方式)。比較簡(jiǎn)單的是采用類似快濾池用的穿孔管配水系統(tǒng)。國(guó)外在生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)中，常根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)可能的污泥狀態(tài)和最小COD容積負(fù)荷確定每平方米底面積所需要的進(jìn)水孔數(shù)(見表4-2)。

　　4、循環(huán)系統(tǒng)

　　IC反應(yīng)器中的三相分離器、氣液分離器和沼氣提升管、泥水下降管構(gòu)成了反應(yīng)器的“心臟”和循環(huán)系統(tǒng)，兩者協(xié)同作用使得該反應(yīng)器在處理有機(jī)工業(yè)廢水方面比其他反應(yīng)器更有優(yōu)勢(shì)。一級(jí)三相分離器收集的沼氣經(jīng)由沼氣提升管攜帶泥水倒入頂部的氣液分離器，分離后的泥水再沿泥水下降管返回反應(yīng)器底部，與底部進(jìn)水充分混合。因此，沼氣提升管的設(shè)計(jì)要考慮能夠使所收集的沼氣順利導(dǎo)出，還要考慮由氣體上升產(chǎn)生的氣提作用能夠帶動(dòng)泥水上升至頂部的氣液分離器。這必然涉及到一級(jí)三相分離器的相對(duì)位置和沼氣提升管管徑的大小。泥水下降管必須保證不被下降的污泥堵塞，其管徑可比沼氣提升管管徑粗一些，以利于泥水在重力作用下自然下降至反應(yīng)器底部和進(jìn)水混合。此外，頂部氣液分離器要大小適當(dāng)，以維持一定的液位從而保證穩(wěn)定的內(nèi)循環(huán)量。

　　5、高徑比的控制

　　對(duì)于特定的廢水，在一定的處理容量條件下高徑比的不同將直接導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)水流狀況的不同，并通過(guò)傳質(zhì)速率最終影響生物降解速率，能否控制合適的高徑比還將直接影響沉淀出水的效果。過(guò)高的反應(yīng)器高度必使水泵動(dòng)力消耗增加。國(guó)外的生產(chǎn)裝置，高徑比一般為4～8，反應(yīng)器的直徑和高度的關(guān)系主要通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)谋砻尕?fù)荷(或水力停留時(shí)間來(lái)確定)。根據(jù)反應(yīng)器的高度、容積、以及設(shè)計(jì)的表面負(fù)荷，便可以確定反應(yīng)器的橫截面積。

　　6、其他

　　在幾乎所有的IC反應(yīng)器的文獻(xiàn)里的構(gòu)造圖中，在與第一級(jí)三相分離器相連的出氣管(即上水管)和下降管以及與第二級(jí)三相分離器相連的出氣管是分開標(biāo)畫的，而在實(shí)際運(yùn)行的IC反應(yīng)器中，三管式采用同心安裝的，即下降管在內(nèi)，上升管在外，而與第二級(jí)三相分離器相連的出氣管處于最外側(cè)。這樣的安裝方式可使得反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，以節(jié)約容器內(nèi)的有效空間。

　　其它的設(shè)備與UASB相同