高志永1, 韦道领2, 陈鸿汉1（ 1. 中国地质大学< 北京> 水资源与环境学院, 北京100083; 2. 郑州市郑汴水务有限公司,河南郑州451460）
摘要:为探讨内循环厌氧反应器（ IC ）处理低浓度生活污水的可行性, 通过不同的试验条件考察了HRT、温度、pH、碱度（以HCO-3 计）、VFA 等因素对IC 反应器去除污水中COD的影响。结果表明: 当温度为18~ 29℃时, 系统对低浓度生活污水的处理效果较差, 而当温度> 30℃时, 处理效果明显改善; IC反应器处理低浓度生活污水的最佳HRT为2 h, 在此HRT下, 颗粒污泥的沉降性能明显提高, 大粒径颗粒污泥增多, 处理效率增强。关键词:内循环厌氧反应器; 低浓度生活污水; COD; 影响因素中图分类号: X703 文献标识码: C 文章编号: 1000-4602（ 2010） 17- 0044- 04????内循环厌氧反应器（ IC ）是20世纪80年代中期发展起来的一种新型高效厌氧处理工艺, 属荷兰PAQUE 公司的专利技术[ 1] 。IC 反应器是厌氧废水处理理论与工程实践相结合的产物, 体现了厌氧工艺自身发展的要求[ 2] 。混合液的内部循环和下部反应区产生的沼气的扰动使进水与颗粒污泥充分接触, 因而提高了反应器的负荷和处理效率, 并降低了设备的占地面积[ 3、4] 。但到目前为止, 对IC 反应器的研究还主要集中在中、高浓度及易降解有机废水的处理上, 其处理低浓度废水的研究还仅停留在理论研究阶段。因此, 在今后一段时间研究IC反应器对低浓度废水的处理效果将是一个主要方向。1??试验装置及方法1??1??试验装置IC 反应器（见图1）采用有机玻璃制造, 其直径为15 cm、高为130 cm、有效容积为17. 6 L。整个反应器内被分隔成上、下两个反应区, 每个反应区的高度相同, 每个反应区均有采样口。试验所取污水为华北水利水电学院学生6号宿舍楼生活污水。处理生活污水的试验流程见图2。试验主要研究IC 反应器处理污水阶段, 不讨论后续曝气阶段。试验仅讨论IC 反应器去除污水中COD 的影响因素, 未对所产生的沼气进行收集, 故未对沼气产生的价值进行研究。1.2??厌氧接种污泥接种的厌氧污泥取自河南省奥克啤酒厂厌氧池, 呈黑色、絮状, 接种量为15 L, 其MLSS、MLVSS分别为0. 5、0. 3 g /L, MLVSS /MLSS= 0. 6。1.3??颗粒污泥对生活污水的适应性试验反应器内使用的颗粒污泥是利用葡萄糖废水培养出来的, 为了能使污泥适应新水质, 开始阶段进水流量为2 L /h, HRT约为9 h, 逐步增加进水流量和缩短HRT。在适应阶段水温较低, 为15~ 18℃。运行中, 除HRT为9 h时运行6 d外, 其余HRT（ 8、7、6、5、4 h ）下均运行5 d。在反应器运行的前11 d, 即HRT分别为9 和8 h 时, 出水COD 浓度和进水COD 浓度接近, 去除率不足40% ; 反应器从第12天起, 一直到第31天, HRT逐渐缩短到4 h, 去除率逐渐升高至60% , 系统对COD 的去除率趋于稳定, 由此可知, 颗粒污泥在低温下约30 d基本能适应新的水质。2??结果与讨论2.1??温度对去除COD的影响温度对厌氧微生物的影响比对好氧微生物的影响大得多, 城市污水温度一般达不到中温消化要求,尤其在我国北方。如果要对体积庞大的城市污水进行加温, 无疑会消耗大量能源, 削弱了厌氧生物处理技术在经济上的优越性。因此, 有必要研究温度对IC 工艺处理城市生活污水的影响。本阶段试验从2007年4月底到6月下旬, 水温跨度较大, 不同温度下系统的处理效果如表1所示。????由表1可知, 温度对系统的去除效果有一定影响。当温度> 30℃时, 对COD 的去除率基本可达到65%以上。但温度< 30℃时, 对COD的去除率有所下降, 但基本能在50% 以上。另外, 污水中的有机物被IC 反应器内的污泥床层迅速吸附、截留（通常只要几秒钟到几十秒钟即可完成）, 截留下来的有机物吸附在污泥表面再慢慢被分解, 这就使得系统内污泥停留时间（ SRT ）大于HRT, 所以尽管厌氧微生物对温度变化较为敏感, 但温度下降带来的不利影响可通过延长SRT 及提高反应器内的污泥浓度加以弥补[ 5~ 7] 。使用IC工艺处理生活污水时,提高反应器内的污泥浓度可削弱温度的不利影响。2.2??HRT对去除COD 的影响首先进行HRT为8 h的试验, 随后逐渐将进水流量调大即将HRT逐渐缩短, 使HRT 分别为6、4、2、1 h, 每阶段试验进行6~ 7 d, 从而得到系统对有机物的去除效果, 见图3。从图3可以看出, 当HRT 为1 h时, 对COD 的去除率大幅降低, 这可能是因为HRT 太短, 系统中的污泥不能充分对污水中的有机物进行降解, 致使系统对有机物的处理能力急剧下降。而当HRT 分别为2、4、6、8 h时, IC 反应器对有机物的处理效果相差不大, 这是由于生活污水中的有机物浓度低, 在较短的时间内系统也能进行有效去除。在实际工程中, 若能在较短的HRT 下获得理想的处理效果, 就能提高反应器的处理能力。为了获得较好的处理效果, 并尽可能多地处理污水, 宜将系统的HRT 保持在2 h。此外, 从图3还可以看出, 系统对有机物的去除率随进水有机物浓度的增大而提高。由于系统内生物量大, 而处理的生活污水浓度低, 没有足够的营养物质供微生物生长增殖, 因此有部分微生物不得不进行内源呼吸或死亡, 使得系统内的生物活性下降, 对有机物的去除率降低。而增大进水浓度有助于抑制这一现象, 提高对有机物的去除率。因此,在工程应用中可根据当地的情况, 考虑将其他诸如食品、养殖等有机物浓度较高的工业废水与生活污水联合处理, 以削减生活污水浓度过低而造成的影响。2.3??pH 的变化当反应器进水的pH 过低时, 会影响微生物尤其是产甲烷菌的生长, 进而造成污水中的有机物降解不完全、整个系统对有机物的去除率下降。因此,在处理生活污水的过程中, 了解pH 的变化, 尤其是出水pH, 对于更好地了解处理过程中反应器内污泥的适应情况有很大帮助。试验对进、出水pH 进行了检测, 结果表明, 进水pH 出现一定的变化, 其最低值约为6. 5, 而最高值为8. 2 左右。出水pH 值基本能稳定在7. 0 ~8. 0, 而且大部分出水的pH 值接近7. 5 左右, 与进水pH 相比, 其变化幅度较小, 基本趋于平稳。这表明反应器污泥经启动过程的培养驯化后性能良好,有较强的自我调节能力; 同时也表明在处理低浓度生活污水且进水pH 值为6. 5~ 8. 2时, 对反应系统的冲击较小, 微生物完全能适应其变化, 不会造成处理系统的!酸化或其他不利现象。2.4??出水VFA与碱度（以HCO3-计）的变化一般认为, 碱度/VFA > 2且VFA< 3 mmo l/L是厌氧反应器系统运行的最佳状态。若VFA > 12mmo l/L则反应器面临酸化危险, 应立即降低负荷或暂停进液, 并检查环境因素有无变化[ 8] 。了解上述两个指标能更好地掌握反应器的运行状态以及反应器内微生物特别是产甲烷菌的生长情况, 因此在反应器的HRT为2 h的运行状态下, 对进、出水VFA 和碱度进行了检测。结果表明, 在该水力条件下运行时, 出水碱度和VFA 分别为（ 2. 92~ 5. 13）、（ 0. 95 ~ 1. 85 ） mmo l /L, 波动很小。这主要是因为经过一段时间的运行后, 反应器已经适应了生活污水的水质; 另外, 生活污水的性质比较稳定, 不容易引起波动。由此可见, 在这一阶段出水VFA< 3 mmo l/L, 碱度与VFA 的比值也基本大于2,表明此时系统达到了最佳运行状态。2.5??颗粒污泥性能变化试验结束后污泥的外部形态依然以颗粒化为主, 与启动完成时相比, 颗粒显得更为密实、不易破碎, 其MLSS为14 544 mg /L、MLVSS /MLSS= 0. 85,污泥浓度降低, 但污泥活性有较大提高。对IC 反应器内不同粒径的颗粒污泥进行沉降速度测定。结果表明, 粒径分别为5、4、3、2、1、0. 5mm时, 对应的沉降速度分别为76. 5、71. 4、58. 31、45. 03、40. 32、30 m /h。可知, 颗粒污泥的沉降速度随粒径的增大而增大, 与启动完成阶段相比, 沉降速度明显提高, 特别是大粒径颗粒污泥的沉降性能显著增强。在启动过程中最短HRT为4 h, 而在处理生活污水过程中, 为使反应器达到较高的处理效能,HRT一般维持在2 h, 从而使得反应器内上升流速加快, 大量碎小的或沉降性能差的污泥被冲出; 而流量加大也势必使反应器内部的剪切力增大, 这在一定程度上也使得污泥更密实、沉降性能更好。因此,虽然污泥的浓度降低, 但反应器内污泥的整体处理效能却没有下降。3??结论（1）当温度为18~ 29℃时, 系统对生活污水的处理效果略差; 当温度> 30℃时, 处理效率明显升高, 对COD的去除率基本可达到65%以上。（2）采用IC 反应器处理低浓度生活污水, 当HRT = 1 h时, 对COD的去除率大幅降低, 而当HRT分别为2、4、6、8 h时, IC 反应器对有机物的处理效果相差不大, 故在实际工程中以2 h为最佳HRT。（3）由于生活污水的pH 相对稳定, 故pH 对系统的处理效果没有明显影响。&??厌氧颗粒污泥性能与HRT 密切相关, 在HRT为2 h下, 颗粒污泥的沉降性能明显提高, 大粒径颗粒污泥增多, 处理效率增强。参考文献:[ 1] ??胡纪萃. 试论内循环厌氧反应器[ J]. 中国沼气,1999, 17（ 3）: 1- 5.[ 2] ??沈耀良, 王宝贞. 废水生物处理新技术: 理论与应用（ 第2版） [M ] . 北京: 中国环境科学出版社, 1999.[ 3] ??邵希豪, 喻俊, 范国东, 等. 内循环厌氧反应器（ IC） 探讨[ J] . 中国沼气, 2001, 19（ 1）: 27- 28, 33.[ 4] ??王凯军. UASB 工艺的理论与工程实践[M ]. 北京: 中国环境科学出版社, 2000.[ 5] ??刘军, 郭茜, 瞿永彬. 厌氧水解生物法处理城市污水的研究[ J] . 给水排水, 2000, 26（ 7）: 10- 11.[ 6] ??王凯军, 刘玫, 郑元景. 低能耗城市污水处理工艺研究[ J] . 中国给水排水, 1988, 4（ 5）: 23- 29.[ 7] ??钱易, 王凤芹. 常温下厌氧生物滤池处理生活污水的试验研究[ J]. 给水排水, 1994, 20（ 1）: 24- 27.[ 8] ??贺延龄. 废水的厌氧生物处理[M ]. 北京: 中国轻工业出版社, 1998.
