1. UASB og IC Reactor Process Principles
1.1 UASB reactor
1.1.1 Inngangur að UASB
Uppstreymi loftfirrt seyru teppi reactor (UASB) er loftfirrt líffræðileg aðferð til að meðhöndla skólp, einnig þekkt sem loftfirrt seyru teppi reactor uppflæði, fundið upp af prófessor Lettinga í Hollandi árið 1977.
Afrennsli rennur frá botni til topps í gegnum UASB. Neðst á reactor er há-, mjög virkt seyrubeð þar sem flest lífræn mengunarefni í frárennslisvatninu gangast undir loftfirrta gerjun og niðurbrot í metan og koltvísýring. Vegna hræringar í vatnsrennsli og loftbólum myndast sviflausn lag fyrir ofan seyrubeðið. Þriggja-fasa skiljari er settur upp efst á reactorinu til að aðskilja meltingargas, meltingarvökva og seyruagnir. Meltingargas er losað frá toppi kjarnaofnsins; seyruagnir renna sjálfkrafa niður og setjast að seyrurúminu neðst í kjarnaofninum; meltingarvökvi er losaður frá skýringarsvæðinu.
UASB hefur mikla hleðslugetu og er hentugur til að meðhöndla lífrænt skólp í mikilli-styrk. Vel-virkur UASB (Ultra-loftfirrtur seyrubunker) sýnir mikinn hraða til að fjarlægja lífrænar mengunarefni, þarf ekki að hræra og getur lagað sig að verulegum álagshöggum, hitastigi og pH-breytingum.
1.1.2 UASB uppbygging
UASB einkennist af samþættu líffræðilegu hvarf- og botnfallskerfi, sem gerir það að þéttum loftfirrtum reactor. Kjarnaofninn samanstendur aðallega af innstreymiskerfi, hvarfsvæði, þriggja-fasa skilju, gasklefa og losunarkerfi fyrir meðhöndlað vatn.
1.1.3 Vinnureglur UASB
Loftfirrt hvarfferli í UASB reactor er svipað og önnur loftfirrt líffræðileg meðferðarferli, þar á meðal vatnsrof, súrnun, ediksýruframleiðsla og metanógen. Mismunandi örverur taka þátt í umbreytingarferli hvarfefnisins og breyta hvarfefninu í lokaafurðir-lífgas, vatn og önnur ólífræn efni.
UASB samanstendur af þremur hlutum: seyruhvarfssvæði, gas-fljótandi-föst þriggja- þriggja fasa skilju (þar á meðal botnfallssvæði) og gasklefa. Mikið magn af loftfirrtri seyru er eftir á botnhvarfsvæðinu og seyran með góða botnfalls- og flokkunareiginleika myndar seyrulag neðst. Afrennslisvatn sem á að hreinsa rennur í botn loftfirrta seyrubeðsins og blandast seyru í seyrulaginu. Örverur í eðjunni brjóta niður lífrænt efni í frárennslisvatninu og breyta því í lífgas. Lífgasið er stöðugt losað í formi örsmárra loftbóla. Þegar þessar loftbólur rísa sameinast þær og mynda smám saman stærri loftbólur. Efst á seyrubeðinu hrærir lífgasið seyru og myndar tiltölulega þynnta seyru-vatnsblöndu sem rís ásamt vatninu upp í þriggja fasa skiljuna. Þegar lífgasið rekst á endurskinsplötuna neðst á skiljunni sveigir það í kringum plötuna og fer síðan í gegnum vatnslagið inn í gasklefann þar sem það er þétt. Lífgasinu er síðan losað í gegnum leiðslu. Fasta-fljótandi blandan, eftir endurspeglun, fer inn í botnfallssvæði þriggja-fasaskiljunnar. Seyran í frárennslisvatninu flokkast, agnirnar aukast smám saman að stærð og setjast undir þyngdarafl. Eðjan sem sest á hallandi vegginn rennur aftur inn í loftfirrta hvarfsvæðið og veldur mikilli seyruuppsöfnun á hvarfsvæðinu. Hreinsað frárennsli, aðskilið frá seyru, flæðir yfir ofan á yfirfallsvegg setsvæðisins og er síðan losað úr seyrubeðnum.
1.2 IC reactor
1.2.1 Inngangur að IC
Með auknum mótsögnum á milli framleiðsluþróunar og þátta eins og fjármagns, orkunotkunar og landnotkunar, verða vatnsmeðferðarstarfsmenn að leitast við að finna tæknilega og hagkvæmari loftfirrða ferla, sérstaklega við að takast á við hið nýja-hástyrks lífræna skólp sem myndast við framleiðsluþróun. Loftfirrt reactor (IC) er ný tegund af reactor sem kom fram undir þessum bakgrunni. Það er afurð af samsetningu loftfirrrar skólphreinsunarkenningar og verkfræði, sem endurspeglar þróunarkröfur loftfirrtra ferla sjálfra. Árið 1985 stofnaði hollenska fyrirtækið PAQUES fyrsta IC tilraunakjarnarann-kvarða og árið 1988 var fyrsti framleiðslu-stærða IC reactorinn tekinn í notkun. Eins og er, hefur IC reactors verið beitt með góðum árangri til að meðhöndla iðnaðar afrennsli í atvinnugreinum eins og bjórframleiðslu og matvælavinnslu. Vegna mikillar meðhöndlunargetu, lítillar fjárfestingar, lítils fótspors og stöðugs rekstrar hefur það vakið athygli starfsmanna vatnsmeðferðar um allan heim og sumir telja það vera eina af dæmigerðum tækni þriðju kynslóðar loftfirrtra líffræðilegra kjarnaofna. Frekari rannsóknir og þróun IC reactors og kynning á beitingu þeirra hafa orðið eitt af heitustu umræðuefnum í loftfirrtri skólphreinsun.
1.2.2 IC uppbygging
IC reactor samanstendur af tveimur UASB reactors staflað lóðrétt í röð, ná hæð 16–25 m með hæð-til-þvermálshlutfalli venjulega á milli 4 og 8. Hann samanstendur af fimm grunnhlutum: blöndunarsvæði, kornótt seyru stækkað rúmsvæði, frágangssvæði, frárennslissvæði og útrennslissvæði. Innra hringrásarkerfið er kjarnabygging IC ferlisins, sem samanstendur af aðal þriggja-fasaskilju, lífgasstífi, gas-vökvaskilju og seyrufalli.
1.2.3 Vinnureglur IC
Framleiðsluafrennsli, eftir pH- og hitastillingar, fer fyrst inn í blöndunarsvæðið neðst í reactor. Þar er því blandað vandlega saman við seyru-vatnsblönduna sem er í hringrásinni úr fallrennsli áður en það fer í stækkað rúmið fyrir kornótta seyru fyrir lífefnafræðilegt niðurbrot COD. Hleðsla COD er mjög mikil hér, þar sem mest af innfluttu COD er brotið niður og framleiðir mikið magn af lífgasi. Lífgasinu er safnað með aðal þriggja-fasaskiljunni. Stækkunarvinnan sem gerð er á vökvanum við myndun lífgasbólu skapar gaslyftandi áhrif, sem veldur því að blanda af lífgasi, seyru og vatni hækkar meðfram lífgaslyftapípunni að gas-vökvaskiljunni efst á reactor. Hér skilur lífgasið sig frá seyru og vatni og er losað úr hreinsikerfinu. Seyru-vatnsblandan fer síðan inn í blöndunarsvæðið neðst í reactor meðfram seyrufallfallinu, þar sem hún blandast vel við innstreymi áður en hún fer inn í stækkað rúmsvæði seyru og myndar svo-innri hringrás. Það fer eftir innstreymi COD álagi og uppbyggingu kjarnaofnsins, innri hringrásarflæðishraði getur náð 0,5 til 5 sinnum innstreymishraða. Eftir meðhöndlun með stækkuðu rúminu tekur hluti af frárennslisvatninu þátt í innri hringrásinni; afrennslisvatnið sem eftir er fer í gegnum aðal þriggja-fasa skilju og fer inn í kornótta seyrubeðssvæðið á fínu meðhöndlunarsvæðinu fyrir afgangs COD niðurbrot og framleiðslu á lífgasi, sem bætir og tryggir gæði frárennslis. Vegna þess að megnið af COD hefur verið brotið niður er COD-álagið á fínu meðhöndlunarsvæðinu lágt og lífgasframleiðslan er einnig lítil. Lífgasinu sem framleitt er hér er safnað með annarri þriggja-fasaskilju, fer inn í gas-vökvaskiljuna í gegnum gassöfnunarrör og losað úr meðhöndlunarkerfinu. Eftir meðhöndlun á fínhreinsunarsvæðinu fer skólpvatnið í gegnum tveggja-þriggja-fasa skilju. Fljótandi vökvinn er losaður í gegnum frárennslissvæðið, en kornótta eðjunni er skilað aftur í seyrubeðið á fínmeðhöndlunarsvæðinu.
2. Samantekt og horfur
Í samanburði við annarri-kynslóð loftfirrra reactors eins og UASB, hafa IC reactors eftirfarandi kosti:<1>Hátt lífrænt hleðsluhraði og stuttur vökvasöfnunartími;<2>Stór hlutfall hæðar-til-þvermáls, lítið fótspor og minni innviðafjárfesting;<3>Stöðugt frárennsli og sterk viðnám gegn höggálagi. Fleiri og fleiri framleiðendur í Kína nota nú IC reactors og endurheimt og nýtingargildi lífgass þeirra er einnig umtalsvert. Stærsti eiginleiki IC reactors er að þeir eru með tvö loftfirrð hvarfhólf sem gera kleift að dreifa seyru-vatnsblöndunni innan kjarnaofnsins. Þetta leysir neikvæð áhrif ófullnægjandi seyru-snertingar við vatn í UASB reactors, sem veikir lífefnafræðilega meðhöndlunargetu kornlegrar seyru.
Þess vegna tákna IC reactors bylting í nútíma loftfirrðum reactors og hafa víðtæka þróunarhorfur í iðnaðar skólphreinsun á lífrænum mengunarefnum. Þeir munu í auknum mæli koma í stað UASB kjarnaofna og verðskulda frekari rannsóknir, þróun og kynningu.