1. หลักการกระบวนการเครื่องปฏิกรณ์ UASB และ IC
1.1 เครื่องปฏิกรณ์ UASB
1.1.1 ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับ UASB
เครื่องปฏิกรณ์แบบครอบคลุมตะกอนไร้อากาศแบบไหลขึ้น (UASB) เป็นวิธีการทางชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจนสำหรับการบำบัดน้ำเสีย หรือที่รู้จักในชื่อเครื่องปฏิกรณ์แบบแบบครอบคลุมแบบไร้อากาศแบบไหลขึ้น ซึ่งคิดค้นโดยศาสตราจารย์ Lettinga แห่งเนเธอร์แลนด์ในปี 1977
น้ำเสียไหลจากล่างขึ้นบนผ่าน UASB ที่ด้านล่างของเครื่องปฏิกรณ์จะมี-ตะกอนที่มีความเข้มข้นสูงและมีฤทธิ์สูง โดยที่สารมลพิษอินทรีย์ส่วนใหญ่ในน้ำเสียผ่านการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนและสลายตัวเป็นมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ เนื่องจากการปั่นป่วนของการไหลของน้ำและฟองอากาศ ชั้นตะกอนแขวนลอยจึงก่อตัวเหนือตะกอน มีการติดตั้งเครื่องแยกสามเฟส-ที่ด้านบนของเครื่องปฏิกรณ์เพื่อแยกก๊าซของเครื่องย่อย ของเหลวของเครื่องย่อย และอนุภาคของตะกอน ก๊าซ Digester ถูกปล่อยออกมาจากด้านบนของเครื่องปฏิกรณ์ อนุภาคของตะกอนจะเลื่อนลงมาโดยอัตโนมัติและตกลงไปที่ตะกอนที่ด้านล่างของเครื่องปฏิกรณ์ ของเหลวของเครื่องย่อยจะถูกระบายออกจากโซนการทำให้บริสุทธิ์
UASB มีความสามารถในการรับน้ำหนักสูงและเหมาะสำหรับการบำบัดน้ำเสียอินทรีย์ที่มีความเข้มข้นสูง- UASB (บังเกอร์ตะกอนไร้อากาศแบบอัลตร้า-ที่ทำงานได้ดี-มีอัตราการกำจัดมลพิษอินทรีย์สูง โดยไม่จำเป็นต้องกวน และสามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของโหลด อุณหภูมิ และค่า pH ที่สำคัญได้
1.1.2 โครงสร้าง UASB
UASB โดดเด่นด้วยระบบปฏิกิริยาทางชีวภาพและการตกตะกอนแบบบูรณาการ ทำให้เป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบไม่ใช้ออกซิเจนขนาดกะทัดรัด เครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยระบบจำหน่ายแบบ Influent, โซนปฏิกิริยา, เครื่องแยกสาม-เฟส, ห้องแก๊ส และระบบระบายน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้ว
1.1.3 หลักการทำงานของ UASB
กระบวนการทำปฏิกิริยาแบบไม่ใช้ออกซิเจนในเครื่องปฏิกรณ์ UASB นั้นคล้ายคลึงกับกระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจนอื่นๆ รวมถึงการไฮโดรไลซิส การทำให้เป็นกรด การผลิตกรดอะซิติก และการสร้างเมทาโนเจเนซิส จุลินทรีย์ต่างๆ มีส่วนร่วมในกระบวนการเปลี่ยนสารตั้งต้น โดยเปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย-ก๊าซชีวภาพ น้ำ และสารอนินทรีย์อื่นๆ
UASB ประกอบด้วยสามส่วน: โซนปฏิกิริยาตะกอน เครื่องแยกเฟส-ของเหลว-ของแข็งสาม-ของก๊าซ (รวมถึงโซนตกตะกอน) และห้องแก๊ส ตะกอนแบบไม่ใช้ออกซิเจนจำนวนมากยังคงอยู่ในโซนปฏิกิริยาด้านล่าง และตะกอนที่มีคุณสมบัติในการตกตะกอนและการจับตัวเป็นก้อนที่ดีจะทำให้เกิดชั้นตะกอนที่ด้านล่าง น้ำเสียที่จะบำบัดจะไหลลงสู่ก้นตะกอนแบบไม่ใช้ออกซิเจนและผสมกับตะกอนในชั้นตะกอน จุลินทรีย์ในตะกอนจะสลายอินทรียวัตถุในน้ำเสียและเปลี่ยนเป็นก๊าซชีวภาพ ก๊าซชีวภาพจะถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องในรูปของฟองอากาศขนาดเล็ก เมื่อฟองอากาศเหล่านี้เพิ่มขึ้น มันก็จะรวมตัวกัน และค่อยๆ ก่อตัวเป็นฟองอากาศที่ใหญ่ขึ้น ที่ด้านบนของกากตะกอน ก๊าซชีวภาพจะกวนตะกอน ทำให้เกิดส่วนผสมของน้ำตะกอน-ที่ค่อนข้างเจือจาง ซึ่งจะลอยขึ้นพร้อมกับน้ำเข้าไปในเครื่องแยกเฟส- เมื่อก๊าซชีวภาพสัมผัสกับแผ่นสะท้อนแสงที่ด้านล่างของตัวแยก ก๊าซชีวภาพจะเบนไปรอบๆ แผ่นแล้วจึงผ่านชั้นน้ำเข้าไปในห้องแก๊สซึ่งมีความเข้มข้น จากนั้นก๊าซชีวภาพจะถูกระบายออกทางท่อ หลังจากการสะท้อน ส่วนผสมที่เป็นของแข็ง-ของเหลวจะเข้าสู่โซนการตกตะกอนของตัวแยกสามเฟส ตะกอนในน้ำเสียจะจับตัวเป็นก้อน อนุภาคจะค่อยๆ เพิ่มขนาดและตกตะกอนภายใต้แรงโน้มถ่วง ตะกอนที่เกาะอยู่บนผนังเอียงจะเลื่อนกลับเข้าสู่โซนปฏิกิริยาแบบไม่ใช้ออกซิเจน ทำให้เกิดการสะสมตะกอนจำนวนมากในโซนปฏิกิริยา น้ำทิ้งที่ผ่านการบำบัดซึ่งแยกออกจากตะกอน จะไหลล้นจากด้านบนของฝายล้นของโซนตกตะกอน จากนั้นจึงระบายออกจากก้นตะกอน
1.2 เครื่องปฏิกรณ์ไอซี
1.2.1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไอซี
ด้วยความขัดแย้งที่เพิ่มขึ้นระหว่างการพัฒนาการผลิตและปัจจัยต่างๆ เช่น ทุน การใช้พลังงาน และการใช้ที่ดิน ผู้ปฏิบัติงานบำบัดน้ำต้องพยายามค้นหากระบวนการไม่ใช้ออกซิเจนที่เหมาะสมในทางเทคนิคและทางเศรษฐกิจมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการจัดการกับน้ำเสียอินทรีย์ที่มีความเข้มข้นสูง-รูปแบบใหม่ที่เกิดจากการพัฒนาการผลิต เครื่องปฏิกรณ์แบบไม่ใช้ออกซิเจนหมุนเวียนภายใน (IC) เป็นเครื่องปฏิกรณ์รูปแบบใหม่ที่เกิดขึ้นภายใต้พื้นหลังนี้ เป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการผสมผสานระหว่างทฤษฎีการบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจนและการปฏิบัติทางวิศวกรรม ซึ่งสะท้อนถึงข้อกำหนดการพัฒนาของกระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนเอง ในปี 1985 PAQUES บริษัทสัญชาติดัตช์ได้ก่อตั้งเครื่องปฏิกรณ์ IC ระดับนำร่อง-เครื่องแรก และในปี 1988 เครื่องปฏิกรณ์ IC ระดับการผลิตเครื่องแรก-ก็ได้ถูกนำไปใช้งาน ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์ IC ประสบความสำเร็จในการนำไปใช้ในการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรมในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตเบียร์และการแปรรูปอาหาร เนื่องจากความสามารถในการบำบัดสูง การลงทุนต่ำ รอยเท้าขนาดเล็ก และการดำเนินงานที่มั่นคง จึงได้รับความสนใจจากบุคลากรด้านการบำบัดน้ำทั่วโลก และบางคนถือว่าเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่เป็นตัวแทนของเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจนรุ่นที่สาม การวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมของเครื่องปฏิกรณ์ IC และการส่งเสริมการใช้งานได้กลายเป็นหนึ่งในประเด็นร้อนในการบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจน
1.2.2 โครงสร้างไอซี
เครื่องปฏิกรณ์ IC ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์ UASB สองตัวที่ซ้อนกันในแนวตั้งเรียงกันในแนวตั้ง โดยมีความสูง 16–25 เมตร โดยมีอัตราส่วนความสูง-ถึง-เส้นผ่านศูนย์กลางโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 4 ถึง 8 โดยประกอบด้วยส่วนพื้นฐานห้าส่วน: โซนผสม โซนขยายตะกอนเม็ดละเอียด โซนตกแต่ง ระบบหมุนเวียนภายใน และโซนน้ำทิ้ง ระบบหมุนเวียนภายในเป็นโครงสร้างหลักของกระบวนการ IC ซึ่งประกอบด้วยเครื่องแยกเฟสหลักสาม- ตัวเพิ่มก๊าซชีวภาพ ตัวแยกก๊าซ-ของเหลว และเครื่องกรองตะกอน
1.2.3 หลักการทำงานของไอซี
น้ำเสียจากการผลิตหลังจากปรับ pH และอุณหภูมิแล้ว จะเข้าสู่โซนผสมที่ด้านล่างของเครื่องปฏิกรณ์ก่อน ที่นั่น มันถูกผสมอย่างทั่วถึงกับส่วนผสมของน้ำที่หมุนเวียนภายใน-จากตัวไหลลงก่อนจะเข้าสู่ตะกอนแบบขยายเบดเพื่อการย่อยสลายทางชีวเคมีของ COD การโหลดตามปริมาตรของซีโอดีมีค่าสูงมากที่นี่ โดยซีโอดีที่มีอิทธิพลส่วนใหญ่จะถูกย่อยสลาย ทำให้เกิดก๊าซชีวภาพจำนวนมาก ก๊าซชีวภาพจะถูกรวบรวมโดยเครื่องแยกเฟสหลักสาม- งานขยายที่ทำกับของเหลวในระหว่างการก่อตัวของฟองก๊าซชีวภาพจะสร้างเอฟเฟกต์การยกแก๊ส ส่งผลให้ส่วนผสมของก๊าซชีวภาพ ตะกอน และน้ำลอยขึ้นตามท่อยกก๊าซชีวภาพไปยังตัวแยกก๊าซ-ของเหลวที่ด้านบนของเครื่องปฏิกรณ์ ที่นี่ก๊าซชีวภาพจะแยกออกจากตะกอนและน้ำและถูกปล่อยออกจากระบบบำบัด จากนั้น ส่วนผสมน้ำของตะกอน-จะเข้าสู่โซนผสมที่ด้านล่างของเครื่องปฏิกรณ์ตามตัวตกตะกอน ซึ่งจะผสมอย่างทั่วถึงกับสิ่งที่ไหลเข้ามาก่อนที่จะเข้าสู่บริเวณเบดขยายตัวของตะกอน ซึ่งก่อให้เกิด-สิ่งที่เรียกว่าการไหลเวียนภายใน อัตราการไหลของการไหลเวียนภายในสามารถสูงถึง 0.5 ถึง 5 เท่าของอัตราการไหลที่ไหลเข้า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณ COD ที่ไหลเข้าและโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ หลังการบำบัดด้วยเตียงขยาย น้ำเสียส่วนหนึ่งจะมีส่วนร่วมในการไหลเวียนภายใน น้ำเสียที่เหลือจะไหลผ่านเครื่องแยกสามเฟสหลัก{- และเข้าสู่โซนตะกอนเม็ดละเอียดของพื้นที่บำบัดละเอียดเพื่อการย่อยสลายซีโอดีที่ตกค้างและการผลิตก๊าซชีวภาพ ปรับปรุงและรับประกันคุณภาพน้ำทิ้ง เนื่องจากซีโอดีส่วนใหญ่ได้รับการย่อยสลาย ปริมาณซีโอดีในพื้นที่บำบัดแบบละเอียดจึงต่ำ และการผลิตก๊าซชีวภาพก็มีน้อยเช่นกัน ก๊าซชีวภาพที่ผลิตที่นี่จะถูกรวบรวมโดยเครื่องแยกสามเฟส-รอง จากนั้นเข้าสู่เครื่องแยกก๊าซ-ของเหลวผ่านท่อรวบรวมก๊าซ และถูกปล่อยออกจากระบบบำบัด หลังจากบำบัดในเขตบำบัดแบบละเอียด น้ำเสียจะผ่านเครื่องแยกเฟสสอง-ขั้นที่ 3{22}} ส่วนเหนือตะกอนจะถูกระบายออกผ่านบริเวณน้ำทิ้ง ในขณะที่ตะกอนที่เป็นเม็ดจะถูกส่งกลับไปยังตะกอนตะกอนในบริเวณการบำบัดแบบละเอียด
2. สรุปและแนวโน้ม
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์ไร้อากาศรุ่นที่สอง- เช่น UASB เครื่องปฏิกรณ์ IC มีข้อดีดังต่อไปนี้:<1>อัตราการโหลดสารอินทรีย์สูงและระยะเวลากักเก็บไฮดรอลิกสั้น<2>อัตราส่วนความสูง-ถึง-ขนาดใหญ่ พื้นที่ขนาดเล็ก และการลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐานที่ต่ำกว่า<3>น้ำทิ้งมีความเสถียรและทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี ปัจจุบันผู้ผลิตในจีนใช้เครื่องปฏิกรณ์ IC มากขึ้นเรื่อยๆ และมูลค่าการนำก๊าซชีวภาพกลับมาใช้ใหม่ก็มีความสำคัญเช่นกัน คุณลักษณะที่ใหญ่ที่สุดของเครื่องปฏิกรณ์ IC คือมีห้องปฏิกิริยาแบบไม่ใช้ออกซิเจนสองห้อง ซึ่งช่วยให้สามารถหมุนเวียนของตะกอน-ส่วนผสมของน้ำภายในเครื่องปฏิกรณ์ได้ วิธีนี้จะช่วยแก้ไขผลกระทบเชิงลบจากการสัมผัสน้ำของตะกอน-ไม่เพียงพอในเครื่องปฏิกรณ์ UASB ซึ่งทำให้ความสามารถในการบำบัดทางชีวเคมีของตะกอนเม็ดละเอียดลดลง
ดังนั้น เครื่องปฏิกรณ์ IC จึงเป็นความก้าวหน้าในเครื่องปฏิกรณ์แบบไม่ใช้ออกซิเจนสมัยใหม่ และมีแนวโน้มการพัฒนาในวงกว้างในการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรมของสารมลพิษอินทรีย์ พวกเขาจะเข้ามาแทนที่เครื่องปฏิกรณ์ UASB มากขึ้น และสมควรได้รับการวิจัย การพัฒนา และการส่งเสริมเพิ่มเติม