一、結構與分區

1. 混合區（進水與循環液混合）

• 待處理廢水與從反應器上部回流的循環液在此混合，調節水質（如 pH、溫度）并稀釋底物濃度，避免高濃度有機物對微生物的抑制。

2. 第一反應區（高負荷區）

• 核心反應區域，填充顆粒污泥或絮狀污泥，形成污泥床或污泥膨脹床。

• 有機物在此通過水解酸化菌和產乙酸菌的作用，分解為短鏈脂肪酸（如乙酸、丙酸）和氫氣、二氧化碳，同時部分直接被產甲烷菌轉化為甲烷。

3. 內循環系統（關鍵結構）

• 沼氣在第一反應區產生后，經升流管向上流動，帶動混合液高速上升至反應器頂部的氣液分離器。

• 分離出的沼氣從頂部排出，液體則通過回流管返回第一反應區底部，形成內循環流，強化傳質效率。

• 由升流管和回流管組成，利用反應產生的沼氣（主要成分為 CH?和 CO?）的浮力驅動液體循環：

4. 第二反應區（低負荷區）

• 經第一反應區處理后的廢水進入上部的第二反應區，此處污泥濃度較低，主要用于進一步降解殘留的有機物和穩定水質。

5. 沉淀區與出水系統

• 廢水從第二反應區進入頂部的三相分離器（氣液固分離），沉淀性能良好的污泥返回第二反應區，處理后的廢水從出水堰排出。

二、核心工作機制

1. 內循環流動的作用

• 強化傳質效率：循環流動使廢水與污泥充分接觸，加速底物和微生物的混合，提升反應速率。

• 稀釋抑制性物質：高濃度進水被循環液稀釋，降低游離脂肪酸（VFAs）、氨氮等對產甲烷菌的抑制風險。

• 均勻分布負荷：避免局部底物濃度過高，防止酸化現象（pH 驟降）。

2. 分級厭氧反應

• 第一反應區（高負荷）：

• 主要處理高濃度有機物，以產酸菌為主導，代謝速率快，產生大量沼氣驅動內循環。

• 第二反應區（低負荷）：

• 以產甲烷菌為主導，處理第一反應區未降解的小分子有機物（如乙酸），進一步提高甲烷產量和 COD 去除率。

3. 氣液固分離

• 氣液分離器（頂部）：利用離心力和重力分離沼氣與液體，避免沼氣攜帶污泥流失。

• 三相分離器（沉淀區）：

• 分離污泥、液體和殘留沼氣，沉淀的污泥通過回流管返回反應區，維持高污泥濃度（可達 30~50 g/L）。

• 高效的分離性能是 IC 反應器穩定運行的關鍵，可減少污泥流失，延長污泥停留時間（SRT）。

三、關鍵優勢

1. 高容積負荷：可達 10~25 kg COD/(m3?d)，是傳統 UASB 反應器的 2~3 倍，適合處理高濃度有機廢水（如食品加工廢水、釀酒廢水）。

2. 抗沖擊負荷能力強：內循環稀釋作用和分級反應設計使其對水質波動（如 COD、pH）具有較強緩沖能力。

3. 低能耗：無需外加動力，僅靠沼氣浮力驅動內循環，能耗顯著低于需機械攪拌的反應器。

4. 占地面積小：垂直結構設計緊湊，相同處理規模下體積僅為傳統厭氧反應器的 1/3~1/2。

四、實驗室裝置的特點與應用

• 特點：

• 縮小版結構，通常采用透明材質（如有機玻璃）便于觀察內部流態和污泥狀態。

• 可調節參數（如進水流量、溫度、pH），適配實驗室小試或中試需求。

• 應用場景：

• 研究不同廢水（如制藥廢水、養殖廢水）的厭氧處理效果。

• 優化運行參數（如溫度、循環比、污泥負荷），為工業放大提供數據支撐。

• 觀察顆粒污泥的形成過程或微生物群落變化。

五、與傳統厭氧反應器的對比

六、影響運行的關鍵因素

1. 溫度：中溫（30~35℃）或高溫（50~55℃），需維持穩定。

2. pH 值：最佳范圍 6.8~7.5，需通過投加堿液（如 NaHCO?）調節。

3. 污泥活性：顆粒污泥的粒徑（0.5~3 mm）和沉降性能直接影響處理效率。

4. 循環比：通過調節回流流量控制內循環強度，通常為進水流量的 2~5 倍。

5. 營養平衡：需滿足 C:N:P=200~300:5:1，缺乏時補充氮、磷源（如尿素、磷酸二氫鉀）。