UASB、EGSB和IC三種厭氧反應器比較
UASB、EGSB和IC是在高負荷有機廢水處理中常見(jiàn)的三種厭氧反應器。這三種反應器結構不同，處理能力各異，本文將對這三種厭氧反應器進(jìn)行詳細比較，分別說(shuō)一說(shuō)他們的優(yōu)缺點(diǎn)。
厭氧生物處理的基本原理
厭氧生物處理，就是利用厭氧微生物的代謝特性,將廢水中有機物進(jìn)行還原,同時(shí)產(chǎn)生甲烷氣體的一種經(jīng)濟而處理技術(shù)。廢水厭氧生物處理技術(shù)（厭氧消化），就是在在無(wú)分子氧條件下，通過(guò)厭氧微生物的作用，將廢水中的各種復雜有機物分解轉化成甲烷和二氧化碳等。厭氧與好氧過(guò)程的根本區別，就是不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)的氧、碳、硫、氫等作為受氫體。
COD→(微生物)CH4+CO2+H2O+H2S+NH3+微生物
國內外發(fā)展現狀
沼氣是有機物在厭氧條件下經(jīng)微生物的發(fā)酵作用生成的一種可燃性混合氣體，其主要成分是甲烷和二氧化碳，通常情況下甲烷（CH4）約占60%左右，二氧化碳（CO2）約占40%左右，此外還有少量氫氣（H2）、氮氣（N2）、一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）和氨氣（NH3）等。沼氣的安全等級是二級。
國外的沼氣技術(shù)以歐洲發(fā)達，尤其是丹麥和德國，大多數采用有機廢棄物為原料，經(jīng)粉碎后進(jìn)行高濃度物料的CSTR全混式厭氧發(fā)酵，沼氣絕大部分用于熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），電能直接并網(wǎng)，沼液施用農田。單位有效消化器罐容產(chǎn)氣量可達5～7m3/(m3·d),產(chǎn)氣效率是國內的2－5倍，有完善的立法和管理，具備市場(chǎng)化推廣和運作的條件，有明顯的環(huán)境效益和社會(huì )效益。
我國從90年代初開(kāi)始，截止到2004年底，畜禽養殖場(chǎng)運行的大、中型沼氣工程約2,000處，年處理畜禽糞便約4,500萬(wàn)噸。大中型沼氣工程應用較多的是USR工藝，小部分采用HCF和UASB工藝，USR工藝單位有效消化器罐容產(chǎn)氣量在0.4～1.5m3/(m3·d),難以在冬季正效益運行，尤其在北方地區，全年屬于微利甚至虧損運行，整體上不具備市場(chǎng)化推廣條件。
目前，國內一些沼氣工程公司開(kāi)始對歐洲技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)并二次開(kāi)發(fā)，并在國內開(kāi)始建立大、中型示范工程，初步證明采用的CSTR工藝是未來(lái)的發(fā)展趨勢，具有很好的市場(chǎng)推廣前景。尤其是我國政府對沼氣工程每年投入大量的資金扶持，各級地方政府也紛紛出臺政策響應，世界銀行和亞洲發(fā)展銀行等國際金融組織，也加大了對中國沼氣工程建設的投資力度，以亞洲發(fā)展銀行為例，二期沼氣工程項目總數達200個(gè)以上，涉及到的工程建設總規模在1.5億美金以上，總體上看我國的大型沼氣工程建設面臨的發(fā)展機遇。
主要工藝簡(jiǎn)介:
升流式厭氧污泥床（upflow anaerob sludge blanket，簡(jiǎn)稱(chēng) UASB）
UASB工作原理：廢水中的有機污染物在厭氧條件下經(jīng)微生物降解，轉化成甲烷、二氧化碳等，所產(chǎn)氣體（沼氣）含甲烷大于50%，可作為能源再次利用，主要用于周?chē)鷳?hù)用、鍋爐燃燒等，既可去除有機污染物，又可回收能源。其工藝流程是先對養殖場(chǎng)污水進(jìn)行固液分離，廢水首先被盡可能均勻的引入UASB反應罐（污泥反應區、氣液固三相分離器包括沉淀區和氣室三部分組成）底部，污水在厭氧狀態(tài)下反應，分解有機物，產(chǎn)生沼氣。通過(guò)氣、液、固三相分離器，可使反應罐中保持高活性及良好的沉淀性能的厭氧微生物，經(jīng)分離污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，氣體進(jìn)入集氣室。出水往往需進(jìn)一步好氧處理，進(jìn)行達標排放。是一種以環(huán)保治理為主，生產(chǎn)能源為輔的能源環(huán)保型沼氣工程工藝。
UASB反應罐工藝原理圖
混合式厭氧消化器（completestirredtankreactor，簡(jiǎn)稱(chēng)CSTR）
CSTR工藝流程是先對各類(lèi)畜禽糞便及其它有機物進(jìn)行粉碎處理，調整進(jìn)料TS濃度8～13%范圍內，進(jìn)入CSTR反應罐后，CSTR反應罐采用下進(jìn)料上出料方式，并帶有機械攪拌，產(chǎn)氣率視原料和溫度不同在0.8～5.0之間。沼渣沼液COD濃度和TS濃度含量高，一般不經(jīng)固液分離即可直接用于農田施肥，是典型的能源生態(tài)型沼氣工程工藝。采用CSTR工藝產(chǎn)生的沼氣如進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，熱能輸出部分可滿(mǎn)足大部分北方地區冬季的原料加熱要求，不需外來(lái)能源加熱。
CSTR工藝流程圖
內循環(huán)厭氧反應罐（internal circulation，簡(jiǎn)稱(chēng)）IC（internal circulation）反應罐,是新一代高效厭氧反應罐，即內循環(huán)厭氧反應罐，相似由2層UASB反應罐串聯(lián)而成，用于有機高濃度廢水，如，玉米淀粉廢水、檸檬酸廢水、啤酒廢水、土豆加工廢水、酒精廢水。
工作原理：它相似由2層UASB反應罐串聯(lián)而成。按功能劃分，反應罐由下而上共分為5個(gè)區：混合區、第1厭氧區、第2厭氧區、沉淀區和氣液分離區。
混合區：反應罐底部進(jìn)水、顆粒污泥和氣液分離區回流的泥水混合物有效地在此區混合。
第1厭氧區：混合區形成的泥水混合物進(jìn)入該區，在高濃度污泥作用下，大部分有機物轉化為沼氣?；旌弦荷仙骱驼託獾膭×覕_動(dòng)使該反應區內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(zhù)高的活性。隨著(zhù)沼氣產(chǎn)量的增多，一部分泥水混合物被沼氣提升至頂部的氣液分離區。
氣液分離區：被提升的混合物中的沼氣在此與泥水分離并導出處理系統，泥水混合物則沿著(zhù)回流管返回到最下端的混合區，與反應罐底部的污泥和進(jìn)水充分混合，實(shí)現了混合液的內部循環(huán)。
第2厭氧區：經(jīng)第1厭氧區處理后的廢水，除一部分被沼氣提升外，其余的都通過(guò)三相分離器進(jìn)入第2厭氧區。該區污泥濃度較低，且廢水中大部分有機物已在第1厭氧區被降解，因此沼氣產(chǎn)生量較少。沼氣通過(guò)沼氣管導入氣液分離區，對第2厭氧區的擾動(dòng)很小，這為污泥的停留提供了有利條件。
沉淀區：第2厭氧區的泥水混合物在沉淀區進(jìn)行固液分離，上清液由出水管排走，沉淀的顆粒污泥返回第2厭氧區污泥床。
從IC反應罐工作原理中可見(jiàn)，反應罐通過(guò)2層三相分離器來(lái)實(shí)現SRT>HRT，獲得高污泥濃度；通過(guò)大量沼氣和內循環(huán)的劇烈擾動(dòng)，使泥水充分接觸，獲得良好的傳質(zhì)效果。
IC厭氧反應罐工藝原理圖
沼氣工藝比選表
| 序號 | 類(lèi)別 | CSTR | UASB | IC |
| 1 | 原料范圍 | 所有類(lèi)型有機原料 | 高COD污水 | 中、高濃度廢水 |
| 2 | 原料TS濃度 | 5～13% | <2% | <2% |
| 3 | 應用區域 | 全國各地 | 中部、南部 | 全國各地 |
| 4 | 水力停留時(shí)間 | 10～30天 | 1～20天 | 1～5天 |
| 5 | 單位能耗 | 低 | 高 | 中等 |
| 6 | 單池容積 | 300-5000m3 | 200-3000m3 | 200-2000m3 |
| 7 | 操作難度 | 中等 | 易 | 中等 |
| 8 | 產(chǎn)氣量 | 0.5～2.0 | 0.3～1.2 | 0.4～3.0 |
| 9 | 經(jīng)濟效益 | 較高 | 中 | 中 |
| 10 | COD去除效率 | 中 | 中 | 高 |
我司厭氧發(fā)酵罐重點(diǎn)案例展示
