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厌氧内循环反应器(IC反应器)在造纸废水处理中的应用




杭州化工

2012年6月

2叭2.43(2)

厌氧内循环反应器(IC反应器)
在造纸废水处理中的应用
李琛,从善畅,郝磊磊
(陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中723001) 摘要:详细介绍了厌氧内循环反应器(Ic反应器)的启动问题及其在造纸废水处理中的

应用,并 对该技术的应用前景进行了展望。 关键词:厌氧内循环反应器(IC反应器);造纸废水;废水处理
doi:10.3969/j.issn.1007—2217.2012.02.002

厌氧内循环反应器(IIl【emal

Circulation Reac.

382.98

mT/(g?d)。张杰等Ⅲ以某养猪场沉淀池的

tor,简称IC反应器)具有抗负荷能力强、具缓冲 pH能力、容积负荷高、能耗低、运行费用低、处理 容量大、启动速度快、占地面积少、运行稳定等特 点.其主要组成部分有污泥膨胀床区、精处理反应 区、内循环系统和出水区,在造纸废水处理领域中 有着广泛的应用前景。 我国是一个造纸工业大国,在制造过程中产 生的废水量大。污染物浓度高,对水环境造成极其 不利的影响。污水必须通过终端的废水处理设施, 达标后排放,而厌氧技术比较适合处理高浓度的 有机废水。笔者在此详细介绍IC反应器的启动问 题和它在造纸废水中的应用。


深灰褐色絮状污泥对IC反应器进行接种启动。IC 反应器在60 d左右完成启动,启动后污泥区污泥 沉降性能良好.在污泥区.污泥南上部到下部粒径 明显增大,反应器内污泥颗粒粒径分布明显改善, 粒径大于1 mzn的颗粒污泥量约占81.3%左右。

在进水有机负荷率达到20.6酶c0I)。/(m3?d),
HRT不低于12 h时,利用该反应器处理某养猪场

污水时,COD。去除率保持在90%以上,州和
TP去除率约为20.8%和34.6%。 杨世关等”3使用UASB反应器和lC反应器 分别对某养殖场的猪粪废水进行处理。以郑州市 某种猪场废水一级沉淀池污泥为接种污泥,对Ic 反应器进行启动,污泥接种54 d后,IC反应器污 泥区污泥沉降性能良好,污泥颗粒直径在1~4 mm之间,以2~3 mm粒径的污泥为主。有粒径 大于5 mm的颗粒污泥产生:UASB污泥颗粒直径 在1~3 mm之问,以1~2 mm粒径的污泥为主, 未发现大于5 mm的颗粒污泥。实验发现,与 UASB反应器相比,IC反应器的水力条件有利于 污泥的颗粒化。IC反应器内水力条件的复杂性, 使得其内的污泥颗粒分布不均匀性明显大于 UASB反应器。 张杰等H]以某啤酒厂厌氧池污泥为接种污泥 启动IC反应器.模拟废水进水N}14+一N为120 mg/L,NO:一一N为150 mg/L,实验研究了模拟废 水的厌氧氨氧化过程.考察了IC反应器中 ANAMMOX菌的活性和脱氮效率,在30±1℃

IC反应器的启动
在IC反应器整个处理工程中,反应器的快

速启动和反应器中颗粒污泥的形成是整个过程 的关键。 丁丽丽等…以UASB中的颗粒污泥为接种污 泥,用于IC反应器的启动,20 d内IC反应器完成 初次启动,15 d内完成IC反应器的二次启动。该 反应器日处理污水COD。。容积负荷达12~15 K∥(m3?d),COD。去除率>85%;在IC反应器 中的容积负荷增加到ll
Kg

COD。/(m3?d)时,

反应器完成启动。TC反应器启动结束后,使颗粒 污泥的平均沉降速度南35.4 m/h增加到105.17 In/h,平均粒径由0.88 mm增大为1.25 mm,最大 比产甲烷活性增加为启动初期的4倍,达到
收稿日期:2011一09—22

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李琛,等:厌氧内循环反应器(IC反应器)在造纸废水处理中的应用



的条件下,IC反应器130 d后启动成功.反应器 内形成1~2 mm的颗粒污泥,NH4{一N和NO:一一N 去除率分别约82.1%和94.5%。许英杰等引以郑 州r}丁污水处理厂的厌氧脱水污泥和河南某酒精厂 厌氧消化池的絮状污泥为接种污泥,处理该酒精 厂的玉米酒糟和薯干渣酒糟废水。IC反应器运行
36

吴根义等㈣研究了附加气IC反应器的启动 性能。采用强制气体循环的试验性附加气IC反应 器处理高浓度有机废水,并与普通IC反应器进行 对比试验。结果表明.附加气IC反应器比普通IC 反应器在启动时间上缩短20%.最大有机负荷 提高25%,COD。去除率提高了,培养出的颗粒 污泥活性更高,运行稳定性也随之加大。 李海松等[9一对内循环厌氧反应器的启动进行 了研究。总结了郑州大学实际工程经验,对不同水 质条件下IC反应器的启动进行了比较。结果表 明:金霉素废水和酒精废水采用的初始COD。污 泥负荷分别为0.050、0.075 Kg/(m3?d),每周分别 将负荷提高到上一周的1.118、1.230倍,分别经过
168、112

d时出现颗粒污泥,180 d后成功启动。实验研

究了反应器内污泥的SS和vSS、产甲烷活性、胞 外多聚物浓度、辅酶F伽含量、目标污水的COD
cr

去除率等指标,发现实验条件下IC反应器自启动
36

d后开始出现颗粒污泥。运行至180 d时反应

器中出现大量粒径为0.5~2.5 mm的大颗粒污 泥,在lC反应器的第一反应区和第二反应区,以 葡萄糖为基质测得的产甲烷活性为327
mL/g

d完成启动。启动完成后CODo容积负

VSS?d和129 mL/g VSS?d,活性良好。在进水

荷分别达到5.02、11.48 K∥(m3?d),COD。去除率 分别达到80%、95%。 唐源等‘101进行了中低温下TC反应器的启动 及污泥颗粒化的研究。结果表明:在运行温度为 9~28℃的条件下,反应器经67 d完成启动,在
22

COD。。浓度为20000—30000 m∥L时,该IC反应 器的COD。去除率不低于95%,出水COD cr不 高于1000 mg/L。污泥的比COD cr去除率为0.78


COD凸/g VSS?d。

梁允等。6 o使用IC反应器处理某酒精生产企 业的综合废水,使用生活污水厂厌氧消化污泥接 种IC反应器,105 d完成反应器的启动。进水
COD cr=11500 mg/L,BOD5=6000

d反应器内出现了颗粒污泥.随着运行时间和

容积负荷的增加,颗粒污泥的粒径不断增大。为确 保稳定运行,应控制出水pH值为6.1~6.8、HRT 为6~8 h、容积负荷为3.58~7.95
Kg COD。/

mg/L,pH值为

3.5~4.5。出水VFA的浓度在300 mg乙酸几以 下,COD Cr去除率95%以上,pH值保持在6.5~ 7.8。启动完成后。反应器内部形成一定机械强度、 沉淀性能良好、粒径为1~4 mm的颗粒污泥。 曾国敏等…研究了常温下Ic反应器启动过 程中的颗粒污泥性能。IC反应器进水浓度为
3000 mg

(m3?d)、出水VFA<200 mg/L,最终的产气量稳 定在约35 I/d,在进水COD。为2000 mg/L时, 对COD的去除率能一直保持在80%以上。启动 完成后,反应器内粒径大于0.3 mm的颗粒污泥所 占比例为41.2%,粒径大于O.9?nm的中型颗粒 污泥也从零增加到11.44%,颗粒粒径趋向于均 匀化。 戴松林等口1]通过采用强制外循环IC反应器 完成了造纸废水的启动研究。结果表明:COD。 去除率维持在73%~75%之间。水力停留时间 可缩短为3 (m3?d)。 李志建[12]研究了IC反应器的启动问题。结果 表明:IC厌氧反应器直接以8
Kg h,COD

COD。/L,水温为14.5~26℃,25 d内

形成了颗粒污泥。结果表明,随着运行时间和容 积负荷的增加,颗粒污泥粒径逐渐增大。反应器 启动完成后,反应器中大于2 mm的颗粒污泥增 加到6.6%,小于0’3 mm的颗粒从57.7%减少到 39.4%;VSS浓度从24.7 g/L上升到48-2 g/L; VSS/SS从34.4%增加到72.8%。颗粒污泥的沉 降速度与颗粒粒径成正比.03~3 mm的颗粒污 泥的沉降速度介于34.05~109.75 m/h之间,具 有良好的沉降性能。初始接种污泥几乎没有产甲 烷活性,与第30 d的初期颗粒污泥相比.成熟的 颗粒污泥的产甲烷活性提高了46.7%。

Cr容积负荷达25 Kg COD√

COD&/(m3?d),

可在20 d内短期完成启动,IC厌氧反应器最小水 力停留时问可缩短至5.3 h,最大容积负荷可达
32 Kg

CODl=r/(m3?d),COD。去除率稳定在79%

~86%范围内,表明该装置对有机物有较高的处

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理能力。待反应器运行结束后.VSS胚S由80%
增加到91.7%。颗粒污泥的活性也得到了显著提 高。 南此可以认为,IC反应器启动后形成的颗粒 粒径多在1 mm以上,最大可达5 mm。接种污泥 的性质对IC反应器的启动具有巨大的影响作用。 在实际工程应用中,通常使用UASB厌氧颗粒污

m的IC反应器对该厂碱性过氧化氢机械浆

(APMP)和碱回收车间的高浓废水进行处理,在 处理负荷为65.8 Kg COD。/(m3?d)时,IC反应器 出水CODo去除率不低于72%,再经好氧污水 处理厂处理后,可实现达标(《造纸工业水污染物 排放标准(GB3544—2001)》)排放。李志建等陋1在 35±1℃的条件下用IC反应器对某纸业公司碱 法麦草浆综合废水(制浆工段黑液与中段水体积 比为1:1.2)进行处理,实验初期通过逐步增加综 合废水比例的方法对IC反应器进行启动,38 d实 现反应器的启动。在COD。浓度为6000 m∥L、 HRT(水力停留时间)为8 h、COD。容积负荷为
18 g

泥进行接种,能有效缩短启动时间,另外,也可以
使用絮状污泥进行接种,与UASB厌氧颗粒污泥 相比,速度较慢,且稳定性也有待研究。


IC反应器在造纸废水处理中的应用
比利时的VPK

Ondegem造纸厂[13刷用IC反

CODo/(L?d)的条件下,CODo去除率、BOD,
L CH。

应器作为二次纤维制浆废水封闭循环废水处理系 统的关键设备,废水经IC反应器和曝气池处理 后。CODo去除率可达到50%,满足了造纸厂回 用水水质指标,实现了造纸废水零排放的突破。此 后.IC反应器在造纸厂废水零排放中得以推广应 用。荷兰一家纸板厂采用IC反应器+气提反应器 处理该厂生产废水,废水的BOD,和COD。的去 除率分别达到90%以上和99%;废水在厂内循

去除率、产气率分别为63%、78%和0.23
/g

COD。。无锡荣成纸业㈣采用初次沉淀+水解预

酸化+IC+好氧+混凝沉淀工艺处理废水。在预酸 化过程中投加氢氧化钠调节DH值在7~7.5之 间.停留时间约为4 h,IC停留时间约为5 h,IC在 进水COD。浓度为2200 m∥L左右时,出水控制 在COD。浓度为500—600 mg/L,整个系统经过 一年多的运转,效果很好,同时系统抗冲击负荷能 力很强。 福建省南纸股份有限公司㈣首先使用预酸化 池和IC反应器对高浓度的TMP(热磨机械浆)和 DIP(脱墨浆)废水进行处理,然后与低浓度的 BKP(化浆)、GP(磨石磨木浆)废水混合后进行好 氧处理。该系统对废水的处理效果良好,运行稳 定,COD。和SS的去除率均可达到95%以上,出 水可实现达标(《造纸工业水污染物排放标准 (GB3544—2001)》)排放。李志建㈣通过逐步提高 造纸综合废水比例的方法对IC反应器进行快速 启动,在启动的过程中,废水COD☆去除率由 63.4%逐步下降到41.7%(此时综合废水比例为 40%)后又逐渐回升到63%,BOD5去除率为78 %左右。未降解的COD。多以木质素等不可生物 降解物组成,在进水负荷波动较大的情况下,IC 反应器的出水COD。浓度因反应器内的内循环 结构的调节作用而相对平稳。

环使用,实现了造纸废水零排放。西班牙的
Papeleradelad dequeria造纸厂同样采用IC反应

器十气提反应器对该厂生产废水进行处理。IC反 应器设计最大容积负荷为27 Kg 在9~24
Kg COD

o/(m3?d),

COD/(m3?d)的容积负荷下运行时,

COD。。去除率在61%一86%之间,实现了生产 废水的回用肛15]。

福建南纸股份公司[-㈣31999年投资建设的日
处理30000
m3

DIP和TMP高浓度混合废水的IC

反应器于2000年顺利建成。在36±1℃的条件 下.用高24 m、直径11 m的IC反应器对该厂苇 浆稀黑液和制浆废水进行混合处理,其中硫酸盐 法(KP)苇浆稀黑液的COD。浓度为5800 mg/L, 碱性过氧化氢机械浆(APMP)产生的制浆废水的 COD&浓度为11000 mg/L,在IC反应器容积负 荷为12~15
Kg

COD。/(m3?d)时,该混合废水的

COD叭BOD5的去除率分别达到65%和85%, 产气率在040~0.42 m3/№COD。,出水水质实 现达标(《造纸工业水污染物排放标准(GB3544— 2001)》)排放。岳阳纸业公司酬用高22 m、直径

3展望
IC反应器作为一种新型的高效厌氧反应器

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第2期

李琛,等:厌氧内循环反应器(IC反应器)在造纸废水处理中的应用



具有占地面积小、投资少、容积负荷高、处理容量 大、运行稳定、过程自动化易于实现、工业放大应 用广泛等特点.在有机废水处理和资源化利用方 面越来越广泛地应用,具有广阔的应用前景,值得 进一步研究开发和推广。今后的研究重点有如下 几点:(1)颗粒污泥的培养和IC反应器的快速启 动;(2)反应器的结构优化与自动控制的研究。

『9]李海松,买文宁,代吉华.内循环厌氧反应器的启动研 究[J].工业水处理,2008,28(10):88—90, 『10]唐源,马邕文.中低温下IC反应器的启动及污泥颗粒 化研究[J].中国给水排水,2010,26(21):30一33 『11]戴松林,邓耀明.附加外循环IC反应器在造纸废水中 的启动研究『J].东莞理工学院学报,2009,16(5):85—87. 『12]李志建.内循环(IC)厌氧反应器及处理造纸综合废水 研究fDl.西安:两安建筑科技大学,2004:40一57.
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(土接第3页)建晋江召开以“帮助客户解决节能 减排、降低成本困难”为主题的客户恳谈会。2011 年11月.在江苏常州又召开了以传化股份冠名的 201l全国印染行业节能环保年会,共商节能减排 生态环保和纺织印染助剂的安全性等重大问题。

从1996年到2012年.17年的坚持,30多场 交流活动.数万人与会,作为国内最大的纺织印染 助剂企业。传化股份时刻关注着整个纺织、印染、 印染助剂等组成的产业链的创新,并为此一直不 遗余力。

雅保推出全系列聚合物添加剂
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产品外壳、电子器件、纺织品、软体家具、建筑保
温材料以及电线电缆中。同时,雅保也.展示了多 款塑料添加剂配合抗氧剂复合造粒的一站式解 决方案。在为客户降本增效的同时。也降低了粉 尘和爆炸风险。此外,其推出的ETHACURE
300

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固化剂是安全无毒的芳香族液体固化剂,使用 便利,气味低,适用于高温或室温聚氨酯浇铸弹 性体和密封剂中。

万方数据

厌氧内循环反应器(IC反应器)在造纸废水处理中的应用
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 李琛, 从善畅, 郝磊磊 陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中,723001 杭州化工 Hangzhou Chemical Industry 2012,43(2)

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