厌氧技术
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——IC反应器在适当的外循环状态下能实现快速启动
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内循环式（IC）厌氧反应器是荷兰PAQUES公司于20世纪80年代中期在UASB反应器基础上开发成功的第三代高效厌氧反应器。反应器具有高容积负荷、低能耗、运行稳定等优点。但IC反应器同其它厌氧装置一样，存在着启动周期较长，启动期运行不够稳定的问题。这主要是由于IC反应器在启动初期产气量和水力上升流速均较小，不能对污泥进行有效地搅动，很难达传质作用的要求。因此，如何实现在短期内快速启动IC反应器成为废水厌氧处理的关键。本实验在IC反应器的末端增加了外循环装置，以提高反应器启动期的水利上升流速，改善传质作用，是反应器能在短期内达到快速启动的目标。
1 材料和方法
1.1 实验装置
实验装置及流程如图1所示。
反应器由有机玻璃制成，圆柱形，总容积50L，总高2.4m。反应室直径15cm，沉淀区直径25cm，反应Ⅰ室容积为15L，反应Ⅱ室容积为10L，沉淀区容积25l,内设气—液—固三相分离装置和回流管，在反应器外壁缠绕电热丝并通过温控仪将反应室内温度控制在（35±1）℃。
1.2 种泥与实验废水
反应器接种污泥10L，该污泥取自成都市双流县彭镇污水处理厂，接种污泥SS为151g/L，VSS为49g/L。污泥接种后，每天向反应器加入COD约为1000mg/L的红糖配水，10d后污泥活化完成，然后进行反应器的启动。实验废水为人工配置的红糖水，同时投加一定量的尿素及磷酸氢二钾以保证m（COD）：m（N）：m（P）在1000：5：1左右，并且加入适量锌、镁、钙、钠、锰、铁等微量元素。
1.3 分析项目
甲烷含量采用碱吸收法进行测定；pH、ORP采用WTWpH/oxi340i型便携式测量仪进行测定；气体总量采用LMF-1型湿式气体流量计进行测定；COD采用5B-3（D）型COD快速测定仪进行测定；碱度采用电位滴定法进行测定。
1.4 反应器启动
反应器开始启动时，每天处理COD为3000mg/L的红糖水30l
,并在回流比为3：1的条件下运行，以使反应器水力上升流速大于0.5m/h。当产气量和COD至4000mg/L，此后按2000mg/l的幅度逐渐提高进水COD，最终COD达到10000mg/L。反应器在整个启动阶段，采用NaCO3调节进水碱度，使出水pH稳定在7.0左右。
2 结果和分析
2.1 进水COD对COD去除率的影响
由实验结果可以看出，在反应器的运行过程中，随着进水COD的升高，COD去除率呈下降趋势，进水COD为3000～6000mg/L时，COD平均去除率维持在70%～80%之间。反应器启动第3天，COD去除率达到88.8%。第29天，当进水COD提高至8000mg/L，此时反应器的容积负荷达到9.6kg/（m3d），COD去除率为67.2%。在第48天，当进水CDO提高至10000mg/L，此时反应器的容积负荷达到12.0 kg/（m3d），COD平均去除率为65.0%。在外循环状态下启动IC反应器，能够在较短的时间内达到较高的COD去除率，随着进水COD的逐渐增加，COD去除率并未出现较大波动，说明IC反应器对进水有机负荷的变化具有较强的缓冲能力。在反应器启动时，较高的上升流速可保证污泥在反应区内处于膨胀状态，提高传质效果；同时出水回流又可避免污泥的大量流失，从而保证了反应器的正常运行。
2.2 进水COD对产气量和产甲烷量的影响
进水COD产气量和产甲烷量的影响由实验结果可以看出，在反应器的整个运行过程中，随着进水COD的升高，产气量和产甲烷量均呈现上升趋势。当COD由3000mg/L逐渐增加到6000mg/L时，产气量和产甲烷量分别由23.6、10.5L/d逐渐增加到53.4、31.0L/d；当COD由600mg/L逐渐增加到800mg/L时，产气量和产甲烷量增加幅度最大，分别迅速增加至102.3、49.7L/d；当COD提高至10000mg/L时，产气量和产甲烷量分别为117.6、57.2L/d。由于想反应器进水中投加了适量的NaCO3，随着反应器负荷的变化，产气量和产甲烷量稳定增加，说明反应器运行正常，未出现酸化导致甲烷菌火星降低的情况。
随着COD的变化，产气效率和产甲烷效率均在COD为4000、8000mg/L时出现峰值，并以COD为8000mg/L时，产气效率和产甲烷效率最佳，分别为0.43、0.21m3/（kg·d）。
2.3 pH及碱度的变化
IC反应器在整个运行过程中pH及碱度的变化由实验结果可以看出，在进水pH用NaCO3控制在9.0～12.0条件下，出水pH稳定在6.0～7.5，基本与进水pH变化一致；出水碱度总体上大于进水碱度，表明反应器在厌氧产甲烷过程中消耗了大量挥发酸，另一方面也由于出水回流增加了反应器内的碱度。
2.4 ORP的变化
IC反应器在整个运行过程中ORP的变化由实验结果可以看出，随着进水CDO的增加，进水ORP稳定在-50～50mV的范围内，出水ORP在-300mV左右波动，表明IC反应器运行稳定，具有较好的厌氧状态，适应产甲烷菌的生长。
反应器运行53d后，SS、VSS分别由接种时的151、49g/L变为54、29g/L，VSS/SS由接种时的0.32增加到0.52，这表明产甲烷菌等厌氧菌得到大量繁殖，污泥活性得已提高。观察反应器发现，反应器下部颗粒污泥形状多为椭圆形，并且大部分颗粒污泥外层包裹着一层灰白色的絮状物，粒径多在1～2mm之间，最大可达3mm。镜检照片显示，颗粒污泥表面凹凸不平，外层被大量互相缠绕的丝状菌所覆盖。
3 结论
（1）在回流比3：1的条件下启动反应器，随进水COD的上升，COD平均去除率逐渐下降，但始终维持在65%以上；产气量和产甲烷量则呈现上升趋势。在COD为8000mg/L时，反应器达到最佳产气状态，产气效率和产甲烷效率均达到最大值，分别为0.43、0.21m3/（kg·d）。。反应器运行过程中出水pH稳定在6.0～7.5之间，出水ORP在-300mV左右波动，出水碱度总体上大于进水碱度。
（2）反应器运行53d后污泥活性增加，形成颗粒污泥，粒径多在1～2mm之间，外形多位椭圆形，并且外层包裹着一层灰白色的絮状物，表明该反应器成功培育出颗粒污泥。
（3）IC反应器在适当的外循环状态下能实现快速启动，克服了厌氧反应器启动周期较长，启动期运行不够稳定的问题，因此具有较高的使用价值。
