厭氧反應器高濃度污水處理

內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應器是在上流式厭氧污泥床（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，UASB）反應器基礎上發(fā)展起來的高效反應器。其依靠沼氣在升流管和回流管間產(chǎn)生的密度差在反應器內(nèi)部形成流體循環(huán)。內(nèi)循環(huán)提高了反應區(qū)的液相上升流速，加強了廢水中有機物和顆粒污泥間的傳質，使得處理同類廢水時，該反應器的有機負荷達到UASB反應器的2～4倍。IC厭氧反應器具有高徑比大、上流速度快、有機負荷高、傳質效果好等優(yōu)點，其去除有機物能力遠超過UASB等二代厭氧反應器[3]，代表著當今廢水處理領域厭氧生物反應器的高水平。當前，IC厭氧反應器被廣泛應用于各類工業(yè)廢水的處理，已經(jīng)成為當今環(huán)保行業(yè)的研究熱點。

1 IC厭氧反應器的基本原理及特點

1.1 IC厭氧反應器的基本原理

IC厭氧反應器由兩個UASB反應器上下疊加串聯(lián)而成，其高度可達16～25m，高徑比一般為4～8，主要由5個部分組成：布水區(qū)、*反應室、第二反應室、內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和出水區(qū)，其中內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)是IC工藝的核心結構。IC厭氧反應器的結構示意圖如下。廢水首*入反應器底部的混合區(qū)，并與來自回流管的內(nèi)循環(huán)泥水混合液充分混合后進入*反應室進行污染物的生化降解，此處的COD容積負荷很高，大部分進水COD在此處被降解，并產(chǎn)生大量沼氣。沼氣由下層三相分離器收集，并沿著回流管上升。沼氣上升的同時把*反應室的混合液提升至IC厭氧反應器頂部的氣液分離器，沼氣在此處與泥水分離并被導出反應器。泥水混合物則沿著回流管返回反應器底部，并與進水充分混合進入*反應室，形成內(nèi)循環(huán)。經(jīng)過*反應室處理過的污水，會自動進入第二反應室繼續(xù)處理。產(chǎn)生的沼氣由第二反應室的集氣罩收集，通過提升管進入氣液分離器。第二反應室中的混合液在沉淀區(qū)進行固液分離，處理過的上清液由出水管排出，沉淀的污泥可自動返回到第二反應室。

1.2 IC厭氧反應器的工藝特點

IC厭氧反應器*的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，加強了廢水中有機物和顆粒污泥間的傳質，從而大幅提高了反應器的COD容積負荷，IC厭氧反應器的有機負荷是普通UASB反應器的3倍左右，同時反應器在保證去除效果的條件下，能達到較低的水力停留時間。IC厭氧反應器實際上是一種特殊的氣提式反應器，其提升動力源自反應器中的自產(chǎn)沼氣，這樣反應器不必通過外力實現(xiàn)強制循環(huán)，節(jié)省了能耗。反應器中內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的形成使得反應器內(nèi)*反應室的實際水量遠大于進口水量，內(nèi)循環(huán)水稀釋了進水，提高了反應器的抗沖擊能力和酸堿調(diào)節(jié)能力。在處理相同的廢水時，IC厭氧反應器的容積負荷是普通UASB的4倍左右，因此其所需的體積僅為UASB的1/4～1/3，利于節(jié)省基建投資，而且IC厭氧反應器具有很大的高徑比，占地面積非常小。

2 IC厭氧反應器的啟動

由于目前國內(nèi)已建立了許多生產(chǎn)性UASB裝置，所以可以采用UASB反應器的顆粒污泥作為IC厭氧反應器啟動時的接種污泥。當采用UASB反應器的接種污泥作為IC厭氧反應器的接種污泥時，則從UASB反應器的顆粒污泥演變?yōu)镮C厭氧反應器的顆粒污泥，一般需要1～2個月的啟動過程。采用UASB中的顆粒污泥接種IC厭氧反應器處理人工合成廢水，反應器初次啟動在40天內(nèi)完成。采用自行設計的一套IC厭氧反應器裝置，接種啤酒廠生產(chǎn)廢水消化污泥，采用人工配水對其進行啟動運行，歷時60天時間完成了反應器的啟動。IC厭氧反應器的啟動時間雖然比UASB要短，但要達到反應器內(nèi)部的無動力內(nèi)循環(huán)仍然需要較長的時間?，F(xiàn)今，如何快速地啟動反應器成為了學者們研究的熱點。

3 內(nèi)循環(huán)反應器的工業(yè)應用

3.1 處理酒精廢水

酒精是重要的化工原料，廣泛應用于化學工業(yè)、食品工業(yè)、日用化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域。隨著石油、煤炭等自然資源逐年減少，且*，可替代能源的發(fā)展受到越來越多的關注。酒精燃料是一種可再生的清潔能源，已成為替代能源之一。由此在生產(chǎn)酒精過程中產(chǎn)生的廢水也越來越多，傳統(tǒng)的厭氧工藝處理這類高濃度廢水效果不理想。IC反應器處理木薯酒精廢液，每天處理廢水3000m³，進水COD在3萬～3.5萬mg/L，COD去除率達到90%。河南天冠燃料乙醇有限公司是一家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)，引進了IC厭氧反應器，經(jīng)過一段時間的調(diào)試，使容積負荷達到了12kgCOD/m3·d，COD的去除率達到了93%。

3.2 處理生物制藥廢水

隨著生物制藥行業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，生物制藥工業(yè)給環(huán)境帶來的壓力越來越突出，目前生物制藥工業(yè)是國家環(huán)境保護規(guī)劃重點治理的12個行業(yè)之一。生物制藥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量廢水，且成分復雜，有機污染物種類多、濃度高、色度深，處理難度大，尤其是有的制藥廢水還含有生物毒性物質，增加了生物制藥廢水的處理難度。皖北某公司將IC反應器用于抗生素廢水的處理中，取得了良好的效果，IC反應器對COD的平均去除率達到了78%，出水COD在2000mg/L以下，能滿足后續(xù)好氧和氣浮處理負荷的要求，從而確保了整個廢水處理系統(tǒng)出水的達標排放。

3.3 處理造紙廢水

隨著社會的進步與發(fā)展，人們對紙張的需求日益增大，使得*造紙工業(yè)得到迅猛發(fā)展。但隨著紙張的產(chǎn)量和消費的增加，造紙工業(yè)用水量和廢水排放量也隨之增加。造紙工業(yè)廢水排放量大，污染嚴重。造紙生產(chǎn)過程中，采用不同的原料或加工工藝生產(chǎn)的紙漿，其污染物發(fā)生量懸殊，各種制漿廢水中會有多種對生物有害物質。在世界范圍內(nèi)，造紙工業(yè)水污染治理已經(jīng)成為造紙行業(yè)乃至整個社會關注的熱點，也是造紙工業(yè)生存發(fā)展的關鍵。河南新密一家以廢舊紙板為原料生產(chǎn)瓦楞紙的造紙企業(yè)利用改進型IC厭氧反應器在常溫下處理造紙廢水，經(jīng)過2個月的調(diào)試，反應器達到設計負荷12kgCOD/m³·d。進水COD在10,000mg/L左右，出水COD穩(wěn)定在1400mg/L左右。

3.4 處理啤酒廢水

啤酒廢水的高濃度部分來自糖化和發(fā)酵車間，其高濃度部分COD濃度為2000～4000mg/L。其低濃度部分的廢水量大，COD濃度僅為300～800mg/L。啤酒廢水的BOD/COD值在0.7左右，且不含明顯抑制厭氧微生物生長的物質，具有可生化性強等特點。

已建成的IC厭氧反應器大部分用于處理啤酒廢水。目前我國已有多家啤酒廠應用了此工藝。IC厭氧反應器和UASB反應器處理啤酒廢水的對比情況見下表所示。由表可見，IC厭氧反應器處理啤酒廢水的COD容積負荷可達15～30kg/m³·d，水力停留時間為2～4.2h，去除率在75%以上，而處理啤酒廢水的UASB反應器的COD容積負荷一般僅為4～7kg/m³·d。

3.5 其他廢水的處理

IC厭氧反應器逐漸被應用于各種廢水的處理，日照博源生化有限公司和山東檸檬生化有限公司都是采用荷蘭帕克的IC反應器處理檸檬酸廢水，進水COD在1萬mg/L左右，COD去除率達到85%以上。某化工廠采用IC厭氧反應器處理PTA廢水，廢水經(jīng)過調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后泵入2臺體積為1680m3的IC厭氧反應器，PTA廢水TOC去除率達85%～95%。某印染廠應用IC厭氧反應器處理印染廢水，COD去除率可達到80%以上，色度去除率達到70%以上。

4 結語

綜上所述，IC厭氧反應器具有容積負荷率高、處理容量大、投資少、占地面積小、啟動速度快、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，并在酒精、制藥、啤酒、造紙、印染等工業(yè)廢水的處理中發(fā)揮了較高的去除效果，在工程技術上已經(jīng)趨于成熟。但對于我國來說，目前對于IC厭氧反應器在廢水領域中應用的研究還不夠深入，仍有不少值得研究的地方。今后，應更加注重擴大IC厭氧反應器在廢水領域中的應用范圍，深入研究反應器動力模型的合理性和實用性，以及反應器的快速啟動及顆粒污泥的培養(yǎng)技術等內(nèi)容。厭氧反應器高濃度污水處理