IC反应器处理造纸废水的工程应用

任朝斌 孙润超

（1南阳理工学院 河南南阳 473000 2河南省绿之丰环保科技有限公司 河南郑州 450000）

“十一五”期间，我国对造纸工业加大了环境治理力度，扎实推进节能减排，重点对草浆企业和较大污染源点和重点流域造纸企业进行了综合整治。关停了纸浆造纸企业2000多家，淘汰落后产能1000多万吨。造纸工业与国民经济发展和社会文明息息相关，其具有较大市场容量和发展潜力；因此还需看到我国的造纸工业还大量地依靠国外资源[1]；其所面临的资源、能源和环境的约束也日益凸显。据有关资料统计造纸行业的污水排放量约占全国污水排放量的12%左右，污水中的化学耗氧量（CODcr）约占全国排放总量的40%-45%。我国的制浆造纸废水主要来源于蒸煮废液、中段废水和造纸白水三部分；且废水成分复杂，有机污染物种类多，浓度高，色度深，处理难度大，是目前国内外废水处理的难点和热点。如果直接排放到环境中，将对生态环境人体健康造成即时或潜在累积性的影响，传统的处理方法已不能满足现在的环境标准要求。因此，开发研究高效、廉价有效的造纸废水处理技术已成为当今环保行业关注的热点。

自制的IC反应器是在第三代厌氧反应器UASB的基础上，多级处理技术、流化床技术、污泥颗粒化技术、内外循环等技术集合在同一个厌氧反应器内，在反应器中，厌氧颗粒污泥（微生物）将废水中的COD厌氧降解转化为沼气。该技术基于气体提升原理，而由上升管和下降管中所含气体量的不同而产生的，受反应器气流的驱动，循环流比率取决于进水COD浓度，因此可实现自行调节。具有较高的容积负荷率、节省基建投资和占地面积、沼气提升实现内循环节能、较强的自我调节能力等诸多优势，其特有的内循环和外循环系统将大大提高反应器的容积负荷，更好的实现固液之间的良好分离。相关研究表明：IC反应器的结构可使进入反应器的基质在反应器的污泥床区处于完全混合状态，在精处理区可以视为推流状态[2,3]，这种特性在处理具有强抑制性的废水时能够更好地降低对微生物的毒性[4,5]。本研究通过IC反应器处理制浆造纸废水为例，探讨IC反应器的启动过程的各影响因素，从而为IC反应器在工程上应用推广提供必要的数据。

1 材料与方法

1.1 废水水质

该造纸厂废水主要为实际运行中产生的实际混合废水，混合废水水质组成见表1。

1.2 IC装置

工程应用的IC反应器是自制的，采用碳钢焊接而成，有效容积为1500m3，反应器主体高20m，直径10m，沿柱高设置3个取样口，分别在1m、2m、3m处，以便在启动和运行过程中考察反应器不同高度的污泥状况。在主体上部建有一个4m高的气液分离器。该反应器由5部分组成：布水区、第一反应室、第二反应室、内循环系统和出水区，其中内循环系统是IC工艺的核心部分，由下层三相分离器、升流管、气液分离器和泥水回流管等组成。反应器内壁用环氧树脂防腐，外壁作保温层。在反应器底部安装进水配水系统和内循环反应液配水系统，采用环状管网布水器布水，使得布水性能进一步改善。其构造如图1所示。

图1 IC反应器的基本构造

1.3 接种污泥

在生物处理中，接种污泥的数量和活性是影响反应器的重要因素。综合考虑运输费用、工作强度、操作环境等因素，接种污泥采用某维生素生产企业环保分公司厌氧处理装置的厌氧颗粒污泥。其中接种的厌氧颗粒污泥的TSS为87.72g/L,VSS为66.15 g/L,平均颗粒直降约为2.83mm。

1.4 测定方法

调试过程中的主要分析项目包括化学需氧量（COD）、pH、悬浮物（SS）、混合液悬浮固体（MLSS）、挥发酸（VFA）等，分析方法参照《水和废水监测分析方法（第四版）》[6]，具体测定项目和分析方法见表3。

表2 测定项目及分析方法

2 启动过程及结果分析

根据IC反应器运行期间的污泥形态的变化情况和运行控制条件的差异，IC反应器的启动过程可分为三个阶段：污泥驯化期、提高负荷期和满负荷运行期。

2.1 IC反应器对COD的去除情况

该造纸厂生产废水是实际生产过程中的混合废水，水质相对稳定。运行过程中主要考虑有机负荷和水力停留时间对IC反应器去除率的影响。实际调试运行第1-16天，HRT约为6.9h，COD容积负荷约为7.6kg/（m3d）；第17-32天，HRT约为5.0h，COD容积负荷约为9.6 kg/（m3d）；第33-58天，HRT约为4.0h，COD容积负荷约为13.2 kg/（m3d）；第59-95天，HRT约为2.4h，COD容积负荷约为18.2 kg/（m3d）；截至启动完成反应器出水COD浓度为580mg/L左右，COD去除为85%以上，保持了较高的COD去除率。IC反应器的进水COD、出水COD及COD的去除率见图2，反应器水力停留时间与COD去除率见表3。

表3 反应器进出水COD及COD去除率

2.2 IC反应器内pH值和VFA的变化

pH值是影响IC反应器试验启动的一个重要因素[7]。由于纸浆造纸废水是一种偏酸性的有机废水，在运行中必须控制进水的pH，主要采用投加一定量的碱液调整pH的方法控制进水的pH。在试验的过程中主要是通过监测出水的pH值和污泥及出水的VFA来判断反应器中酸碱度是否处于平衡状态的。调试过程中发现pH值控制在7.0左右对IC反应器最为适宜。

2.3 循环水量对IC反应器的影响

增加IC反应器的外循环是为了增大产气量，而循环量的大小对COD的去除率影响较大；调试结果可见表4：

表4 外循环对IC反应器的影响

2.4 硫酸盐和钙离子对IC反应器的影响

除了上述影响因素外，造纸废水中的某些物质或离子会对IC反应器的正常运行产生一定的影响。由于混合废水水质稳定，直接进入IC反应器，调试运行中会受到硫酸盐的影响；一旦硫酸盐浓度过高将会影响反应器内微生物的生存。其次钙离子在反应器内会生成沉淀，使颗粒污泥钙化，会影响COD的去除率和反应器的稳定运行。

3 结论

（1）采用自制的IC反应器能够有效的处理纸浆造纸废水，运行稳定，结构适宜，在水质稳定，运行条件变化不大的情况下，其对COD去除率达到85%以上。

（2）采用某维生素制药废水厌氧颗粒污泥混合作为接种污泥，接种后IC反应器的污泥浓度为23g/L，调试成功，启动周期为95天，且运行稳定。

（3）调试运行中将pH对IC反应器的影响因素最大，进水pH维持在6.76-7.18之间运行效果最佳。

（4）IC反应器的COD去除率与废水水质、反应器类型、容积负荷等很多因素有关，另外进水中的硫酸盐和钙离子的浓度对IC反应器运行也有很大影响。

[1]靳福明,中国造纸工业水污染问题与对策[J].中华纸业，2010-13:53-56

[2]杨世关，张杰，张百良等.IC反应器基质降解动力学特性研究[J].中国沼气，2004,22（2）：18-21

[3]胡纪萃，废水厌氧生物处理理论与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003

[4]胡纪萃.试论IC反应器水工业也可持续发展[M].北京：清华大学出版社，1998.

[5]郭方峥，刘伟京，涂勇等.IC反应器处理废纸造纸废水的运行参数[J].环境科学研究.2011,24（3）：325-331

[6]国家环境保护局.水和废水检测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社(4版).,2002,12

[7]王慧芳，买文宁，梁允等.IC反应器处理维生素制药废水的启动试验研究[J].水处理技术，2009，35（6）：79-81