嫌気性 IC プロセスと UASB プロセスの違い

1.1 UASB リアクター

1.1.1 UASB の概要

上向流嫌気性汚泥ブランケット反応器 (UASB) は、1977 年にオランダの Lettinga 教授によって発明された、上向流嫌気性汚泥ブランケット反応器としても知られる、廃水を処理するための嫌気性生物学的方法です。

廃水は UASB を通って下から上に流れます。反応器の底部には、高濃度で活性度の高い汚泥床があり、廃水中のほとんどの有機汚染物質は嫌気性発酵を経てメタンと二酸化炭素に分解されます。-水流と気泡の撹拌により、汚泥床の上に汚泥懸濁層が形成されます。三相分離器は反応器の上部に設置され、消化ガス、消化液、汚泥粒子を分離します。消化ガスは反応器の上部から排出されます。汚泥粒子は自動的に滑り落ち、反応器の底の汚泥床に沈降します。蒸解槽の液体は清澄ゾーンから排出されます。

UASB は高い積載能力を備えており、高濃度の有機廃水の処理に適しています。{0}適切に機能する UASB（超嫌気性スラッジ バンカー）は、高い有機汚染物質除去率を示し、撹拌を必要とせず、重大な負荷衝撃、温度、pH の変化に適応できます。-

1.1.2 UASB の構造

UASB は、生物学的反応と沈降システムが統合されていることが特徴で、コンパクトな嫌気性リアクターとなっています。反応器は主に、流入液分配システム、反応ゾーン、三相分離器、ガス室、処理水排出システムで構成されています。

1.1.3 UASB の動作原理

UASB リアクター内の嫌気性反応プロセスは、加水分解、酸性化、酢酸生成、メタン生成など、他の嫌気性生物学的処理プロセスと似ています。さまざまな微生物が基質変換プロセスに参加し、基質を最終生成物であるバイオガス、水、その他の無機物質に変換します。{1}

UASB は、汚泥反応ゾーン、気液-固体三相分離器（沈降ゾーンを含む）、ガス室の 3 つの部分で構成されています。底部反応域には嫌気性汚泥が多量に残り、沈降性、凝集性の良好な汚泥が底部に汚泥層を形成します。処理すべき排水は嫌気性汚泥床の底部に流入し、汚泥層で汚泥と混合します。汚泥中の微生物が廃水中の有機物を分解し、バイオガスに変換します。バイオガスは小さな泡の形で継続的に放出されます。これらの泡は上昇するにつれて合体し、徐々に大きな泡が形成されます。汚泥床の上部では、バイオガスが汚泥を撹拌し、比較的希薄な汚泥と水の混合物を生成します。-これが水とともに上昇して三相分離器に入ります。-バイオガスがセパレーターの底部にある反射板に遭遇すると、反射板の周囲で偏向され、水層を通過してガス室に入り、そこで濃縮されます。その後、バイオガスは導管を通して排出されます。固体-液体混合物は反射後、三相分離器の沈降ゾーンに入ります-。廃水中の汚泥は凝集し、粒子のサイズが徐々に大きくなり、重力によって沈降します。傾斜壁に堆積した汚泥は嫌気反応帯域に滑り戻り、反応帯域に大量の汚泥が蓄積します。汚泥から分離された処理水は、沈降帯の越流堰の上部から溢れ、汚泥床から排出されます。

1.2 ICリアクトル

1.2.1 IC の概要

生産開発と資本、エネルギー消費、土地利用などの要因との間の矛盾が増大しているため、水処理従事者は、特に生産開発によって生成される新たな高濃度の有機廃水の処理において、より技術的かつ経済的に最適化された嫌気プロセスを見つけるよう努力する必要があります。{0}}内部循環嫌気リアクター（IC）は、このような背景のもとに登場した新しいタイプのリアクターです。これは、嫌気性廃水処理理論とエンジニアリング実践の組み合わせの産物であり、嫌気性プロセス自体の開発要件を反映しています。 1985 年、オランダの PAQUES 社は最初の IC パイロット規模の原子炉を設立し、1988 年に最初の生産規模の IC 原子炉が運転されました。-現在、IC リアクターは、ビール製造や食品加工などの産業における産業廃水の処理に適用され、成功しています。高い処理能力、低投資、省スペース、安定運転が可能なことから、世界中の水処理関係者から注目を集めており、第3世代嫌気性生物反応装置の代表的な技術の一つと考える人もいます。 IC リアクターのさらなる研究開発とその応用の促進は、嫌気性廃水処理における注目のトピックの 1 つとなっています。

1.2.2 ICの構造

IC 反応器は、垂直に直列に積み重ねられた 2 台の UASB 反応器で構成され、高さ 16 ～ 25 m に達し、高さ-対-の比率は通常 4 ～ 8 です。これは、混合ゾーン、粒状汚泥膨張床ゾーン、仕上げゾーン、内部循環システム、流出ゾーンの 5 つの基本部分で構成されます。内部循環システムは IC プロセスの中核構造であり、一次三相分離器、バイオガス上昇管、気液分離器、汚泥下降管で構成されています。{7}

1.2.3 IC の動作原理

生産廃水は、pH と温度の調整後、まず反応器の底部にある混合ゾーンに入ります。そこで、COD 生化学的分解のために粒状汚泥膨張床に入る前に、ダウンカマーからの内部循環汚泥水混合物と完全に混合されます。{1}ここでは COD の体積負荷が非常に高く、流入 COD の大部分が分解され、大量のバイオガスが生成されます。バイオガスは一次三相分離器によって収集されます。-バイオガスの気泡形成中に液体に行われる膨張仕事によりガスの持上げ効果が生じ、バイオガス、汚泥、水の混合物がバイオガス リフト パイプに沿って反応器上部の気液分離器まで上昇します。{6}ここで、バイオガスは汚泥および水から分離され、処理システムから排出されます。次に、汚泥-水混合物は汚泥降下管に沿って反応器の底部にある混合ゾーンに入り、そこで流入水と完全に混合してから汚泥膨張床ゾーンに流入し、いわゆる内部循環を形成します。-流入水の COD 負荷と反応器の構造に応じて、内部循環流量は流入流量の 0.5 ～ 5 倍に達することがあります。拡張床による処理後、廃水の​​一部は内部循環に加わります。残りの廃水は一次三相分離器を通過し、微細処理エリアの粒状汚泥床ゾーンに入り、残留 COD の分解とバイオガス生成が行われ、排水の品質が改善および確保されます。 CODの大部分が分解されているため、微細処理エリアでのCOD負荷は低く、バイオガスの生成も少ないです。ここで生成されたバイオガスは二次三相分離器によって収集され、ガス収集パイプを通って気液分離器に入り、処理システムから排出されます。-精密処理ゾーンで処理された後、廃水は 2-3 段階-相分離器を通過します。上澄みは流出ゾーンから排出され、粒状汚泥は微細処理ゾーンの汚泥床に戻されます。

UASB などの第 2 世代の嫌気性リアクターと比較して、IC リアクターには次の利点があります。-<1>有機充填率が高く、水圧保持時間が短い。<2>高さ-対-の比率が大きく、設置面積が小さく、インフラストラクチャへの投資が少ない。<3>安定した排水と衝撃荷重に強い。現在、中国では IC リアクターを使用するメーカーが増えており、そのバイオガスの回収と利用価値も重要です。 IC リアクターの最大の特徴は、2 つの嫌気反応室を備えており、リアクター内で汚泥{2}}混合物を循環させることができることです。これにより、粒状汚泥の生化学的処理能力を弱める、UASB 反応器内での汚泥と水との接触が不十分であることによる悪影響が解決されます。{4}

したがって、IC リアクターは現代の嫌気性リアクターの画期的な進歩であり、有機汚染物質の産業廃水処理において広範な開発の見通しを持っています。これらはますます UASB 原子炉に取って代わるものであり、さらなる研究、開発、推進が必要です。