（西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 611756）
摘要：以东莞某废纸造纸废水处理工程为研究对象，通过接种颗粒污泥，对IC反应器快速启动过程进行研究。历时25天，反应器达到设计负荷且能够稳定运行，COD去除率稳定在60%以上，实现了IC反应器的快速启动。
关键词：IC反应器；造纸废水；快速启动
1前言
内循环（IC）反应器是荷兰PAQUES公司开发的第三代新型高效厌氧反应器，具有抗冲击负荷强、占地小等优势，其特有的沼气内循环系统[1]，能够高效促进有机物与甲烷菌的接触，实现了泥水间的良好接触。本文以东莞某废纸造纸废水处理工程为研究对象，采用逐步提高水力负荷的方式，对IC反应器快速启动过程进行研究，以期对同类造纸废水的启动提供参考。
2材料与方法
2.1 IC反应器结构
IC反应器为圆柱形钢结构，直径9.0m，高19.0m，有效体积1026.0m3，设计负荷为12.0kgCOD/(m3·d)。IC反应器结构图见图1,运行过程中保持阀门全开，两层不同高度的布水管，分别保持不同的阀门开度。为方便在启动和运行过程中观察反应器内不同高度污泥生长情况，将反应器分为8个区域，对应取样口高度为4.0m、4.5m、6.3m、8.0 m、9.8m、11.6m、14.2m、16.0m。
图1 IC反应器结构图
2.2 废水性质
生产废水从纸机排入废水车间调节池，经预酸化池酸化作用后进入到内循环厌氧塔，废水车间调节池同时也接受厂区内地表污水及生活废水。IC反应器的进水水质如下表:
表1 IC反应器进水水质
从上表可以看出，反应器进水COD波动较大，最大值接近4200mg/L，最小值仅有1440mg/L, 这是由于在启动过程中，纸机仍在调试，导致此期间废水COD等指标波动较大。COD的大幅度波动对反应器的启动带来很大困难， 但总的来看进水COD基本维持在2500～3500mg/L之间。由于纸机来水温度较高，比较适宜厌氧微生物的生长，因此无需考虑反应器的加热问题，仅在来水温度超过38℃时开启冷却塔对来水进行降温。
2.3 接种污泥
厌氧颗粒污泥比表面积大，孔隙度高，内部传质效果好，各种类型的微生物共生，因而对不同废水的适应性更强，作为接种污泥启动厌氧反应器所需的时间也会更短[2]。有研究表明，采用颗粒污泥接种IC反应器，不仅能实现快速启动反应器的目的，也使反应器具有更强的耐冲击负荷[2～4]。为满足生产需要，本次启动接种厌氧颗粒污泥来源于同类型废水厌氧罐，接种污泥TSS 39.4t。
2.4 主要分析项目及方法
COD采用重铬酸钾法测量；挥发性脂肪酸（VFA）采用滴定法测量；污泥VSS、TSS采用重量法测量，产气量通过沼气流量计读取数据。
预酸化度采用式（1）计算：
式中：VFA——预酸化池出水VFA，mmol/L
COD——IC反应器进水COD，mg/L
3结果与讨论
3.1 启动运行结果
造纸厂生产废水缺乏N、P等微生物生长所需要的营养盐，根据COD:N:P=350：5：1选取尿素和磷酸来补充N、P。同时启动过程中设定应急措施，当来水pH低于5.5或者污泥床pH低于6.5时，通过投加碱液来提升pH，以防止罐体酸化。
在保证COD去除效果条件下，采取逐渐提高进水流量的方式不断提高反应器内容积负荷，历时25天，反应器内容积负荷达到设计值并能保持稳定运行，说明反应器启动成功。
3.2 COD去除效率分析
启动第1天，以30m3/h的流量连续进水，并进行外循环。启动第二天提高进水流量至60m3/h，反应器内开始产沼气，说明污泥已由休眠状态进入活化状态。如图2和图3所示，反应器内进出水COD变化情况和容积负荷与COD去除效率之间的关系。启动第8天因生产车间出现事故，导致进水水质出现波动，COD值突然升高，超过了此时系统所能承受负荷，从而COD去除效率急剧下降，立即采取降低进水流量的措施来降低反应器内COD负荷，待车间事故解决，水质稳定后再逐渐提高进水流量。启动至16天，反应器容积负荷达到12.2kgCOD/(m3·d) ,达到设计负荷，且能随厂区污水排放情况稳定运行，COD去除率达60%以上，最高可达72%。
图2进出水COD变化情况
图3容积负荷与COD去除率的关系
3.3 预酸化度与COD去除效果分析
VFA是厌氧产酸菌降解有机物时产生的中间产物，产甲烷菌利用VFA产生甲烷。本次启动过程中，在预酸化池中将污水中的有机污染物通过产酸菌的作用部分地转化为有机脂肪酸（VFA），可使污水中的有机物更容易被后续的产甲烷菌所接受利用。图4显示了本次启动过程中预酸化度与COD去除效果的关系。由图4可知，过高或过低的预酸化度都会导致COD去除效率的降低。从处理效果考虑，建议合适的预酸化度为35%～45%。
图4 预酸化度对COD去除效果影响
3.4 出水VFA与COD去除效果分析
甲烷菌对环境相对敏感，温度的突然降低或升高、毒性物质浓度的增加、pH的波动、负荷的突然加大等都会降低或抑制甲烷菌的活性，从而造成反应器中VFA的积累，积累到一定程度，可能会出现酸化现象。图5为本次启动过程中出水VFA与COD去除效果的关系。由图5可知，在启动期间的第8天出水VFA较高，COD去除效果明显下降。这是由于启动第8天，生产车间出现事故，导致进水COD值猛增。针对第8天的情况，将进水流量由150m3/h降低至100m3/h,降低反应器容积负荷，待车间事故解决后，再逐步提升进水流量。根据实际启动经验，控制出水VFA在5mmol/L（345mg/ L）以下时，反应器的COD去除率以及产气率等参数均会达到一个较好的范围，此时污泥的生长情况较好。
图5 出水VFA与COD去除率的关系
4结论
1、采用接种颗粒污泥，逐步提升进水流量来提升IC反应器内容积负荷的方式可以实现IC反应器处理废纸造纸废水的快速启动，且能保持稳定运行，能够满足工程需要。
2、适当的预酸化可使污水中的有机物更容易被产甲烷菌所接受利用，但过高或过低的预酸化都会降低COD的去除效率，建议预酸化度在35%～45%为宜。
3、出水VFA在一定程度上反映出反应器内部运行状态。根据实际启动经验，建议启动过程中控制出水VFA在5mmol/L以下。
参考文献
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[2]罗干,李燕,李俊,王铸等. IC反应器的启动研究进展[J].环境保护科学,2016,42(02):65-69.
[3]侯玉洁,曾科,蔡发起.不同种泥对IC反应器处理大豆蛋白废水启动的影响[J].工业用水与废水,2007(06):41-45.
[4]侯玉洁,曾科.生产性内循环(IC)厌氧反应器的启动过程试验[J].净水技术,2013,32(04):56-60.
作者简介：唐静（1992年—），女，西南交通大学地球科学与环境工程学院环境科学与工程专业在读硕士研究生。
论文作者:唐静,付永胜
论文发表刊物:《知识-力量》2018年3月上
论文发表时间:2018/5/15
标签：反应器论文; 废水论文; 污泥论文; 负荷论文; 甲烷论文; 容积论文; 过程中论文; 《知识-力量》2018年3月上论文;