IC（内循环厌氧反应器）原理、计算公式与应用详解

IC厌氧反应器（Internal Circulation Anaerobic Reactor），即内循环厌氧反应器，是第三代厌氧反应器的代表类型，广泛应用于污水处理领域。以下是关于IC厌氧反应器的详细介绍。

一、工作原理   

IC厌氧反应器的工作原理以“内循环”为核心。通过专门设计的循环泵或自身产生的沼气作为提升动力，污水与活性污泥在塔内形成内循环，无需额外的外部搅拌。这种内循环不仅可以均匀分配反应器内的物质，还能有效增强污水和活性污泥的接触，从而提高微生物对有机物的降解能力。

具体来说，IC厌氧反应器的工作过程主要分为以下几个阶段：

1.进水阶段：污水通过进水口进入反应器，初步与悬浮在水中的活性污泥混合。

2.厌氧反应阶段：在塔内，厌氧微生物开始降解污水中的有机物，产生甲烷和二氧化碳等气体。这一阶段是IC厌氧塔的重要工作阶段，核心在于保持良好的厌氧环境。

3.气体分离阶段：在反应过程中产生的气体从反应器顶部逸出，部分气体可用于发电或加热，剩余的部分可以通过气体收集装置进行处理。

4.出水阶段：经过厌氧处理后的污水通过出水口排出，达到国家污水排放标准，可以安全排放或进一步处理。    

在IC厌氧反应器中，废水自下而上地通过厌氧污泥床（Anaerobic Sludge Blanket，ASB）。随着废水的上升，有机物被厌氧微生物分解。同时，沼气在上升过程中，由于气泡形成对液体产生的膨胀起到了气提的作用，使沼气、污泥和水的混合物沿沼气提升管上升至反应器顶部的气液分离器。分离后的泥水混合物则沿着泥水下降管返回反应器底部的混合区，再次与进水混合，如此循环往复，形成了内循环。此外，IC厌氧反应器通常设计为两级处理。经第一个反应区处理后的废水，除一部分参与内循环外，其余的通过三相分离器后，进入第二个反应区（精处理区）进行剩余有机物的降解和产沼气过程。

二、结构特点 

IC厌氧反应器的结构设计与其处理效率密切相关，其主要结构特点包括：

1. 进水系统：由管道、分配器和进水口组成，用于均匀分配废水并减少水流的扰动，以确保厌氧反应的稳定性。

2. 厌氧污泥床（ASB）：这是反应器的核心部分，废水在此区域进行有机物的降解。床内的微生物群落通过代谢作用，将废水中的有机污染物分解成甲烷等无害气体。

3. 气体分离区：用来分离出反应中产生的气体，并通过气体收集系统将其导出。

4. 污泥回流系统：为确保反应器的高效运转，通常会通过回流系统将沉积的污泥部分回流到反应器底部，这样可以保持污泥浓度，进一步提高降解效率。

5.出水系统：经过处理后的水从反应器的顶部流出，通过出水管道排放或进一步处理。

      IC厌氧反应器计算公式概览IC厌氧反应器（Internal Circulation Anaerobic Reactor）是一种高效厌氧反应器，主要用于处理高浓度有机废水。以下是IC厌氧反应器相关的一些计算公式：1.上升流速（Upflow Velocity, u）：公式：u = Q / A说明：u表示上升流速（m/h），Q表示反应器的进水流量（m?/h），A表示反应器的横截面面积（m?）。

2. 水力停留时间（Hydraulic Retention Time, HRT）：公式：HRT = V / Q说明：HRT表示水力停留时间（h），V表示反应器的有效容积（m?），Q表示反应器的进水流量（m?/h）。另一种表示方法：HRT = H / u，其中H表示反应器的高度（m），u表示上升流速（m/h）。

3. 容积负荷（Volume Loading Rate, VLR）：公式：VLR = (Q × pw) / V说明：VLR表示容积负荷（kgCOD/(m?·d)或kgBOD/(m?·d)），Q表示进水流量（m?/d），pw表示进水浓度（kgCOD/m?或kgBOD/m?），V表示反应器容积（m?）。

4. 污泥负荷（Sludge Loading Rate, SLR）：oSLR与VLR类似，但更侧重于污泥的处理能力。

5. 反应器的有机负荷：可分为容积负荷（VLR）和污泥负荷（SLR），具体计算公式同上。

6. 比产甲烷活性（Specific Methanogenic Activity, SMA）：比产甲烷活性是单位质量的厌氧污泥产甲烷的最大速率，是污泥性质的重要参数。计算公式可能涉及污泥的平均浓度、污泥的比产甲烷活性以及污泥和废水的混合系数等参数。

7. 污泥停留时间（Sludge Retention Time, SRT）：污泥停留时间也称为泥龄，是污泥在反应器内的平均停留时间。计算公式可能涉及反应器中污泥的平均浓度、出水中污泥的平均浓度以及反应器的容积等参数。

8. 反应器有效容积的计算：公式：V = Q × (C0 - Ce) / Nv说明：V表示反应器有效容积（m?），Q表示废水的设计流量（m?/d），C0表示进水COD浓度（kg/m?），Ce表示出水COD浓度（kg/m?），Nv表示容积负荷率（kgCOD/(m?·d)）。

9.各反应室有效容积的计算：根据第一反应室和第二反应室去除COD的比例以及各自的容积负荷率来计算。公式可能涉及进水流量、进水COD浓度、出水COD浓度、各反应室的容积负荷率以及去除率等参数。10.反应器的几何尺寸计算：根据反应器的有效容积和高度来计算反应器的面积和直径等几何尺寸。请注意，以上公式仅供参考，并可能需要根据具体的IC厌氧反应器设计和操作条件进行调整。在实际应用中，应综合考虑废水的性质、反应器的结构以及操作条件等因素，选择合适的计算公式和参数进行计算。

三、应用优势   

与传统污水处理方法相比，IC厌氧反应器具有多项显著优势：

1.处理效率高：由于内循环的设计，IC厌氧反应器能够有效提高污水中有机物的去除率，处理效率可达80%以上。

2.占地面积小：相较传统处理设施，IC厌氧反应器的构造更加紧凑，可以在相对小的场地内处理大量污水。

3.能耗低：内循环减少了对外部能量的需求，整体能源消耗显著降低，使其成为一种经济高效的污水处理解决方案。

4.挥发性有机物的去除：IC厌氧反应器能够有效去除污水中的挥发性有机物，减少对环境的影响。

5.污泥产生量少：厌氧处理过程中的污泥产生量远低于好氧处理工艺，减轻了后续污泥处理的负担。

6.抗冲击负荷能力强：处理低浓度废水时，反应器内循环流量可达进水量的2-3倍；处理高浓度废水时，内循环流量可达进水量的10-20倍。

7.抗低温能力强：通常可在常温条件（20-25℃）下进行，减少了消化保温的困难，节省了能量。

8.出水稳定性好：通过两级厌氧处理，可以补偿厌氧过程中高Ks（半饱和常数）产生的不利影响，使出水水质稳定。    

四、应用领域 

IC厌氧反应器适用于处理各种高浓度有机废水，如食品加工废水、制药废水、农业废水、城市污水以及工业废气中的有机物等。具体来说：

1.食品与饮料行业：

食品加工过程中产生大量有机废水，IC厌氧反应器能够高效去除这些有机物，减少环境污染。

2.制药工业：制药工业中的废水含有较高浓度的有机物，通过IC厌氧反应器处理可以有效降低其污染负荷。

3.农业废水处理：农业生产过程中的废水往往含有大量的有机物，IC厌氧反应器可以为农业废水处理提供高效、低能耗的解决方案。

4.城市污水处理：在城市污水处理厂，IC厌氧反应器可以与其他生物处理设备联合使用，提高处理效率，尤其是在处理高浓度有机污水时表现优异。

5.工业废气处理：通过与废气脱硫装置等配合使用，IC厌氧反应器能够处理部分工业废气中的有机物，起到协同净化作用。

五、总结  

IC厌氧反应器是一种高效的污水处理设备，通过其独特的内循环设计和厌氧微生物的降解作用，能够有效去除废水中的有机物，降低环境污染。同时，IC厌氧反应器具有占地面积小、能耗低、污泥产生量少等优点，广泛应用于食品加工、制药、农业、城市污水及工业废气处理等领域。随着技术的不断进步，IC厌氧反应器的应用前景将更加广阔。