1. Principi procesa UASB i IC reaktora
1.1 UASB reaktor
1.1.1 Uvod u UASB
Uzlazni anaerobni muljni reaktor (UASB) je anaerobna biološka metoda za obradu otpadnih voda, također poznat kao uzlazni anaerobni muljni reaktor, izumio ga je profesor Lettinga iz Nizozemske 1977. godine.
Otpadna voda teče odozdo prema gore kroz UASB. Na dnu reaktora nalazi se visoko{1}}koncentrirani, visoko aktivni sloj mulja gdje većina organskih zagađivača u otpadnoj vodi prolazi kroz anaerobnu fermentaciju i razgradnju u metan i ugljični dioksid. Uslijed uznemirenosti protoka vode i mjehurića zraka stvara se sloj suspenzije mulja iznad sloja mulja. Tro-fazni separator instaliran je na vrhu reaktora za odvajanje digestorskog plina, digestorske tekućine i čestica mulja. Plin iz digestora ispušta se s vrha reaktora; čestice mulja automatski klize prema dolje i talože se na sloj mulja na dnu reaktora; tekućina digestora se ispušta iz zone bistrenja.
UASB ima veliki kapacitet opterećenja i prikladan je za obradu organske otpadne vode visoke-koncentracije. Dobro-funkcionalni UASB (ultra-anaerobni bunker za mulj) pokazuje visoku stopu uklanjanja organskih zagađivača, ne zahtijeva miješanje i može se prilagoditi značajnim promjenama opterećenja, temperature i pH.
1.1.2 Struktura UASB-a
UASB karakterizira integrirana biološka reakcija i sustav taloženja, što ga čini kompaktnim anaerobnim reaktorom. Reaktor se uglavnom sastoji od ulaznog distribucijskog sustava, reakcijske zone, tro-faznog separatora, plinske komore i sustava za ispuštanje pročišćene vode.
1.1.3 Princip rada UASB-a
Proces anaerobne reakcije u UASB reaktoru sličan je drugim procesima anaerobne biološke obrade, uključujući hidrolizu, zakiseljavanje, proizvodnju octene kiseline i metanogenezu. Različiti mikroorganizmi sudjeluju u procesu transformacije supstrata, pretvarajući supstrat u konačne proizvode-bioplin, vodu i druge anorganske tvari.
UASB se sastoji od tri dijela: reakcijske zone mulja, trofaznog separatora plin-tekućine-krute-faze (uključujući zonu taloženja) i plinske komore. Velika količina anaerobnog mulja ostaje u donjoj reakcijskoj zoni, a mulj s dobrim svojstvima sedimentacije i flokulacije stvara sloj mulja na dnu. Otpadna voda koja se pročišćava teče na dno sloja anaerobnog mulja i miješa se s muljem u sloju mulja. Mikroorganizmi u mulju razgrađuju organsku tvar u otpadnoj vodi, pretvarajući je u bioplin. Bioplin se kontinuirano oslobađa u obliku sitnih mjehurića. Kako se ti mjehurići dižu, spajaju se, postupno stvarajući veće mjehuriće. Na vrhu sloja mulja, bioplin mućka mulj, stvarajući relativno razrijeđenu smjesu mulja-vode koja se zajedno s vodom diže u tro-fazni separator. Kada bioplin naiđe na reflektorsku ploču na dnu separatora, skreće se oko ploče i zatim prolazi kroz vodeni sloj u plinsku komoru, gdje se koncentrira. Bioplin se zatim ispušta kroz cjevovod. Kruta-tekuća smjesa, nakon refleksije, ulazi u zonu taloženja tro-faznog separatora. Mulj u otpadnoj vodi flokulira, čestice se postupno povećavaju i talože pod djelovanjem gravitacije. Mulj koji se taloži na nagnutoj stijenci klizi natrag u zonu anaerobne reakcije, uzrokujući veliko nakupljanje mulja u zoni reakcije. Obrađeni efluent, odvojen od mulja, prelijeva se s vrha preljevne brane zone taloženja i zatim se ispušta iz sloja mulja.
1.2 IC reaktor
1.2.1 Uvod u IC
Sa sve većim proturječjima između razvoja proizvodnje i čimbenika kao što su kapital, potrošnja energije i korištenje zemljišta, radnici koji se bave pročišćavanjem vode moraju težiti pronalaženju tehnički i ekonomski optimiziranih anaerobnih procesa, posebno u radu s novom visoko{0}}koncentriranom organskom otpadnom vodom koja nastaje razvojem proizvodnje. Anaerobni reaktor s unutarnjom cirkulacijom (IC) nova je vrsta reaktora koja se pojavila u ovoj pozadini. To je proizvod kombinacije teorije anaerobne obrade otpadnih voda i inženjerske prakse, odražavajući razvojne zahtjeve samih anaerobnih procesa. Godine 1985. nizozemska tvrtka PAQUES postavila je prvi IC pilot-reaktor, a 1988. prvi proizvodni-IC reaktor pušten je u rad. Trenutno se IC reaktori uspješno primjenjuju za obradu industrijskih otpadnih voda u industrijama kao što su proizvodnja piva i prerada hrane. Zbog svog visokog kapaciteta pročišćavanja, niske investicije, male površine i stabilnog rada, privukao je pozornost osoblja za pročišćavanje vode diljem svijeta, a neki ga smatraju jednom od reprezentativnih tehnologija treće generacije anaerobnih bioloških reaktora. Daljnja istraživanja i razvoj IC reaktora te promicanje njihove primjene postali su jedna od vrućih tema u anaerobnom pročišćavanju otpadnih voda.
1.2.2 IC struktura
IC reaktor sastoji se od dva UASB reaktora naslagana okomito u nizu, koji dosežu visinu od 16-25 m s omjerom visine-prema-promjeru obično između 4 i 8. Sastoji se od pet osnovnih dijelova: zona miješanja, zona ekspandiranog sloja granuliranog mulja, zona završne obrade, sustav unutarnje cirkulacije i zona efluenta. Sustav unutarnje cirkulacije jezgra je strukture IC procesa, koji se sastoji od primarnog tro-separatora faza, uzlazne cijevi za bioplin, separatora plina-tekućine i silaznog cijevi za mulj.
1.2.3 IC princip rada
Proizvodna otpadna voda, nakon podešavanja pH i temperature, prvo ulazi u zonu miješanja na dnu reaktora. Tamo se temeljito miješa s interno cirkulirajućom smjesom mulja-vode iz silaznog cijevi prije ulaska u ekspandirani sloj granuliranog mulja radi biokemijske razgradnje KPK. KPK volumetrijsko opterećenje ovdje je vrlo visoko, pri čemu se većina dotoka KPK razgrađuje, proizvodeći veliku količinu bioplina. Bioplin se prikuplja primarnim tro-separatorom. Rad na ekspanziji tekućine tijekom stvaranja mjehurića bioplina stvara učinak dizanja plina, uzrokujući da se mješavina bioplina, mulja i vode diže duž cijevi za podizanje bioplina do separatora plin-tekućine na vrhu reaktora. Ovdje se bioplin odvaja od mulja i vode te se ispušta iz sustava za obradu. Mješavina mulja-vode zatim ulazi u zonu miješanja na dnu reaktora duž silaznog cijevi mulja, gdje se temeljito miješa s dotokom prije ulaska u zonu proširenog sloja mulja, tvoreći takozvanu-unutarnju cirkulaciju. Ovisno o influentnom COD opterećenju i strukturi reaktora, interni cirkulacijski protok može doseći 0,5 do 5 puta veći influentni protok. Nakon obrade proširenim slojem, dio otpadne vode sudjeluje u unutarnjoj cirkulaciji; preostala otpadna voda prolazi kroz primarni tro-separator i ulazi u zonu sloja granuliranog mulja u području fine obrade za razgradnju rezidualne KPK i proizvodnju bioplina, poboljšavajući i osiguravajući kvalitetu efluenta. Budući da je većina KPK razgrađena, opterećenje KPK u području finog tretmana je nisko, a proizvodnja bioplina je također mala. Ovdje proizvedeni bioplin skuplja sekundarni tro-separator, ulazi u separator plin-tekućine kroz cijev za skupljanje plina i ispušta se iz sustava za obradu. Nakon obrade u zoni finog tretmana, otpadna voda prolazi kroz dvo-tro-fazni separator. Supernatant se ispušta kroz zonu efluenta, dok se granulirani mulj vraća u sloj mulja u zoni finog tretmana.
2. Sažetak i izgledi
U usporedbi s anaerobnim reaktorima druge-generacije kao što je UASB, IC reaktori imaju sljedeće prednosti:<1>Visoka stopa organskog opterećenja i kratko hidrauličko vrijeme zadržavanja;<2>Velik omjer-prema-promjeru, mali otisak i manja ulaganja u infrastrukturu;<3>Stabilan protok i jaka otpornost na udarna opterećenja. Sve više proizvođača u Kini sada koristi IC reaktore, a njihova vrijednost oporabe i iskorištenja bioplina također je značajna. Najveća značajka IC reaktora je da imaju dvije anaerobne reakcijske komore, koje omogućuju kruženje smjese mulja-vode unutar reaktora. Ovo rješava negativan utjecaj nedovoljnog kontakta mulja-s vodom u UASB reaktorima, što slabi sposobnost biokemijske obrade granuliranog mulja.
Stoga IC reaktori predstavljaju iskorak u modernim anaerobnim reaktorima i imaju široku razvojnu perspektivu u pročišćavanju industrijskih otpadnih voda od organskih onečišćivača. Oni će sve više zamijeniti UASB reaktore i zaslužuju daljnja istraživanja, razvoj i promociju.