Anaeroobsete IC- ja UASB-protsesside erinevused

1.1 UASB reaktor

1.1.1 UASB tutvustus

Ülesvoolu anaeroobne mudakattereaktor (UASB) on anaeroobne bioloogiline meetod reovee puhastamiseks, tuntud ka kui ülesvoolu anaeroobne mudakattereaktor, mille leiutas 1977. aastal Hollandi professor Lettinga.

Reovesi voolab alt üles läbi UASB. Reaktori põhjas on kõrge-kontsentratsiooniga kõrge aktiivsusega mudakiht, kus enamik reovees leiduvaid orgaanilisi saasteaineid anaeroobselt kääritatakse ja lagunevad metaaniks ja süsinikdioksiidiks. Veevoolu ja õhumullide segamise tõttu tekib mudakihi kohale muda suspendeeriv kiht. Reaktori ülaossa on paigaldatud kolmefaasiline separaator, mis eraldab kääritusgaasi, käärimisvedeliku ja mudaosakesed. Reaktori ülaosast juhitakse välja seedegaas; mudaosakesed libisevad automaatselt alla ja settivad reaktori põhjas asuvale mudakihile; Selitustsoonist juhitakse kääritusvedelik välja.

UASB-l on suur laadimisvõime ja see sobib kõrge{0}}kontsentratsiooniga orgaanilise reovee puhastamiseks. Hästi-toimiv UASB (ultra-anaeroobne mudapunker) eemaldab kõrge orgaanilise saasteaine kiirust, ei vaja segamist ja suudab kohaneda oluliste koormusšokkide, temperatuuri ja pH muutustega.

1.1.2 UASB struktuur

UASB-d iseloomustab integreeritud bioloogiline reaktsioon ja settimissüsteem, mis teeb sellest kompaktse anaeroobse reaktori. Reaktor koosneb peamiselt sissevoolu jaotussüsteemist, reaktsioonitsoonist, kolmefaasilisest separaatorist, gaasikambrist ja puhastatud vee väljalaskesüsteemist.

1.1.3 UASB tööpõhimõte

Anaeroobse reaktsiooni protsess UASB reaktoris on sarnane teiste anaeroobsete bioloogiliste puhastusprotsessidega, sealhulgas hüdrolüüs, hapestamine, äädikhappe tootmine ja metanogenees. Substraadi muundamisprotsessis osalevad erinevad mikroorganismid, muutes substraadi lõppsaaduseks -biogaasiks, veeks ja muudeks anorgaanilisteks aineteks.

UASB koosneb kolmest osast: muda reaktsioonitsoonist, gaasi{0}}vedela-tahke kolme-faasi eraldajast (sealhulgas settimistsoonist) ja gaasikambrist. Alumises reaktsioonitsoonis jääb suur hulk anaeroobset muda ning heade settimis- ja flokulatsiooniomadustega muda moodustab põhjas mudakihi. Puhastav reovesi voolab anaeroobse mudakihi põhja ja seguneb mudakihis oleva mudaga. Mudas olevad mikroorganismid lagundavad reovees oleva orgaanilise aine, muutes selle biogaasiks. Biogaas eraldub pidevalt pisikeste mullidena. Kui need mullid tõusevad, ühinevad nad, moodustades järk-järgult suuremad mullid. Mudakihi ülaosas segab biogaas muda, luues suhteliselt lahjendatud muda-vee segu, mis tõuseb koos veega kolmefaasilisse separaatorisse. Kui biogaas puutub kokku separaatori põhjas asuva reflektorplaadiga, kaldub see ümber plaadi ja liigub seejärel läbi veekihi gaasikambrisse, kus see kontsentreerub. Seejärel juhitakse biogaas välja toru kaudu. Tahke{14}}vedel segu siseneb pärast peegeldumist kolmefaasilise separaatori settetsooni. Reovees olev muda flokuleerub, osakesed suurenevad järk-järgult ja settivad gravitatsiooni mõjul. Kaldseinale settinud muda libiseb tagasi anaeroobsesse reaktsioonitsooni, põhjustades reaktsioonitsoonis suure muda kuhjumise. Mudast eraldatud puhastatud heitvesi voolab üle settimistsooni ülevoolupaisu ülaosast ja juhitakse seejärel mudakihist välja.

1.2 IC reaktor

1.2.1 Sissejuhatus IC-sse

Seoses kasvavate vastuoludega tootmise arengu ja selliste tegurite vahel nagu kapital, energiatarbimine ja maakasutus, peavad veepuhastajad püüdma leida tehniliselt ja majanduslikult optimeeritumaid anaeroobseid protsesse, eriti seoses tootmise arendamise käigus tekkiva uue suure kontsentratsiooniga orgaanilise reoveega. Siseringluse anaeroobne reaktor (IC) on uut tüüpi reaktor, mis tekkis selle tausta all. See on anaeroobse reoveepuhastuse teooria ja inseneripraktika kombinatsiooni toode, mis peegeldab anaeroobsete protsesside endi arendusnõudeid. 1985. aastal rajas Hollandi ettevõte PAQUES esimese IC piloot{5}}mastaabis reaktori ja 1988. aastal pandi tööle esimene tootmismahus -IC reaktor. Praegu on IC-reaktoreid edukalt rakendatud tööstusliku reovee puhastamiseks sellistes tööstusharudes nagu õlletootmine ja toiduainete töötlemine. Tänu oma suurele puhastusvõimsusele, väikesele investeeringule, väikesele jalajäljele ja stabiilsele töökorrale on see pälvinud veepuhastuspersonali tähelepanu kogu maailmas ning mõned peavad seda kolmanda põlvkonna anaeroobsete bioloogiliste reaktorite üheks esinduslikuks tehnoloogiaks. IC-reaktorite edasine uurimine ja arendamine ning nende rakendamise edendamine on muutunud üheks kuumaks teemaks anaeroobse reoveepuhastuse vallas.

1.2.2 IC struktuur

IC reaktor koosneb kahest vertikaalselt järjestikku virnastatud UASB reaktorist, mis ulatuvad 16–25 m kõrgusele ja mille kõrguse - ja- läbimõõt on tavaliselt vahemikus 4 kuni 8. See koosneb viiest põhiosast: segamistsoon, granuleeritud muda paisutatud kihi tsoon, viimistlustsoon, sisemine tsirkulatsioonisüsteem ja sisemine tsirkulatsioonisüsteem. Sisemine tsirkulatsioonisüsteem on IC-protsessi põhistruktuur, mis koosneb esmasest kolmefaasilisest separaatorist, biogaasi tõusust, gaasi-vedelike separaatorist ja muda laskumistorust.

1.2.3 IC tööpõhimõte

Tootmisreovesi siseneb pärast pH ja temperatuuri reguleerimist esmalt reaktori põhjas olevasse segamistsooni. Seal segatakse see põhjalikult sisemise tsirkulatsiooniga muda{1}}veeseguga laskumistorust, enne kui see suunatakse KHT biokeemiliseks lagunemiseks granuleeritud muda paisukihti. KHT mahukoormus on siin väga kõrge, kusjuures suurem osa sissetulevast KHT-st laguneb, tekitades suures koguses biogaasi. Biogaas kogutakse primaarse kolme-faasilise separaatoriga. Vedelikule biogaasimullide moodustumisel tehtav paisutustöö tekitab gaasi tõstmise efekti, mille tulemusena tõuseb biogaasi, muda ja vee segu mööda biogaasi tõstetoru reaktori ülaosas asuvasse gaasi{6}}vedelike separaatorisse. Siin eraldub biogaas settest ja veest ning juhitakse puhastussüsteemist välja. Seejärel siseneb muda-vee segu piki muda laskumistoru reaktori põhjas olevasse segamistsooni, kus see seguneb enne muda paisutatud kihi tsooni sisenemist põhjalikult sissevooluga, moodustades niinimetatud-sisemise tsirkulatsiooni. Sõltuvalt sissetulevast KHT-koormusest ja reaktori struktuurist võib sisemise tsirkulatsiooni voolukiirus ulatuda 0,5–5 korda suuremaks kui sissetuleva vooluhulk. Pärast puhastamist laiendatud kihiga osaleb osa reoveest siseringluses; ülejäänud reovesi läbib primaarse kolmefaasilise separaatori ja siseneb peentöötlusala granuleeritud mudakihi tsooni KHT-i jääklagundamiseks ja biogaasi tootmiseks, parandades ja tagades heitvee kvaliteedi. Kuna suurem osa KHT-st on lagunenud, on KHT-koormus peenpuhastuspiirkonnas madal ja biogaasi tootmine samuti väike. Siin toodetud biogaas kogutakse sekundaarse kolmefaasilise separaatoriga, siseneb gaasikogumistoru kaudu gaasi-vedelike separaatorisse ja juhitakse puhastussüsteemist välja. Pärast puhastamist peenpuhastustsoonis läbib reovesi kahe-astmelise kolme{22}}faasi eraldaja. Supernatant juhitakse välja läbi heitvee tsooni, samal ajal kui granuleeritud muda suunatakse tagasi mudakihi peentöötlustsooni.

Võrreldes teise{0}}põlvkonna anaeroobsete reaktoritega, nagu UASB, on IC-reaktoritel järgmised eelised:<1>Kõrge orgaanilise laadimise kiirus ja lühike hüdrauliline säilivusaeg;<2>Suur kõrguse-ja-läbimõõdu suhe, väike jalajälg ja väiksemad infrastruktuuriinvesteeringud;<3>Stabiilne heitvesi ja tugev löögikindlus. Üha rohkem Hiina tootjaid kasutab nüüd IC-reaktoreid ning ka nende biogaasi taaskasutamise ja kasutamise väärtus on märkimisväärne. IC-reaktorite suurim omadus on see, et neil on kaks anaeroobset reaktsioonikambrit, mis võimaldavad muda-vee segu ringlust reaktoris. See lahendab ebapiisava muda-veega kokkupuute negatiivse mõju UASB reaktorites, mis nõrgendab granuleeritud muda biokeemilist töötlemisvõimet.

Seetõttu kujutavad IC-reaktorid läbimurret kaasaegsetes anaeroobsetes reaktorites ja neil on laiaulatuslikud arenguväljavaated orgaaniliste saasteainete tööstusliku reovee puhastamisel. Need asendavad üha enam UASB reaktoreid ja väärivad edasist uurimist, arendust ja edendamist.