ICX厌氧反应器启动及处理高浓度工业废水的研究

樊惠娜

（玖龙环球（中国）投资集团有限公司，广东 东莞，523147）

一、前言

目前高浓度工业废水处理一般采用：预处理+IC厌氧+活性污泥法好氧+芬顿深度处理”的工艺，IC厌氧工艺在工艺流程中占据绝对核心的地位，关乎整个系统的运行稳定和废水处理的成本。IC反应器进水通过倒伞形配水系统，由反应器底部泵入反应器，与反应器内的厌氧颗粒污泥混合，在反应器下部主处理区绝大部分有机物质被转化为甲烷和二氧化碳，沼气由下部的三相分离器收集，这样产生的“气提”作用驱动水流通过上升管进入反应器顶部的气液分离器。沼气从这个分离器中分离，水流经过下降管回到反应器的底部。在第二级，即上部区域，废水进行精处理。这里生成的沼气被上部的三相分离器收集，干净的出水从反应器顶部排出，详见图1。IC厌氧反应器普遍采用的倒伞型布水结构，较高的SS和钙离子浓度易引起布水系统堵塞，较重的泥砂和钙化污泥堆积在底部，进而引起IC底部板结、短流，最终引起污泥钙化，处理效率下降，整个废水系统出现问题[1]。

图1 IC结构示意图

为此，IC反应器的升级产品得到研发和应用，ICX反应器是基于 IC反应器技术的更灵活地厌氧处理系统，在保留了BIOPAQ®IC反应器各项优异性能的前提下，整合了高度灵活的罐体设计，详见图2[2]。它设计紧凑，取消了IC反应器原有的二级三相分离器，改为类似与斜板沉淀的泥水分离系统，能够提高污泥量，从而获得更高的容积负荷，底部布水采用管道循环供水和强制（泵送）内循环系统，能够解决重质污泥沉积的问题。沼气收集系统取消了脱气罐，采用锥形顶密封结构，气密性更好，也避免了上升管和下降管堵塞的问题。因为可以保有高浓度的颗粒污泥，ICX系统可以获得更高的VLR。ICX两段式的污泥保留单元可以防止污泥流失[3]。

图2 ICX结构示意图

二、实验研究内容与方法

ICX的启动较IC更加复杂，气密性要求更高，单机测试和联动调试需要更加全面。本次启动直径13.66m，高20m的ICX厌氧反应器，主要分为单机测试、联动调试、系统检查与启动、数据检测与分析四部分，将实验期间ICX的启动数据与传统的IC做分析对比，验证ICX在高浓度工业中的应用情况。

1. 单机测试

单机试车范围包括：1）厌氧处理单元：所有电气设备，自控仪表/阀门；2）沼气处理单元：所有电气设备，自控仪表/阀门；通过试车确认接线、保护参数、电机转动方向正确无误，在不损害电机与转动轴的情况下，对设备工作电流进行确认、电机发热测温，超载保护测试。现场指定一人发启闭指令，MCC室指定一人操作，OCC室指定一人操作，调试人员记录试车过程与结果。

2. 联动调试

单机调试完成后，所有相关管道安装、试压、吹扫完毕、场地干净，电气接线和仪表接线完成并完成检查和模拟测试，用清水联动调试。 联动调试范围包括：1）厌氧处理单元：所有电气设备，自控仪表/阀门的相应联锁控制。2）沼气处理单元：所有电气设备，自控仪表/阀门的相应联锁控制。联动调试主要核定设施能否协调稳定连续运行，试验设施过水能力能否达到设计要求。对所有相关的设备进行送电、送水运行，实现远程及自动控制。对设备性能状态进行测试。现场指定一人发启闭指令，MCC室指定一人操作，OCC室指定一人操作。调试人员记录试车过程与结果。

3 系统检查和启动

3.1 装入厌氧颗粒污泥

厌氧污泥接种之前，外部设备与厌氧反应器相连的各管口阀门、人孔、法兰口必须确保关闭且无泄漏，厌氧污泥接种之后，由于存在沼气的产生，不允许动火，厌氧反应器顶部也严禁动火。在厌氧污泥加入反应器之前，检查存留在ICX反应器内水质的pH值，确保在 6.5～7.5。厌氧颗粒污泥性能要求：1）TSS ： 100±10g/L；2）VSS/TSS：0.7±0.1；3）沉降速率：50～150m/h；4）颗粒直径：0.5～2mm；5）颗粒度：≥60%；6）污泥产甲烷活性：≥0.30kg CODremoved / kgVSS.d处理的 COD量及出水的水质状况与接种厌氧污泥量及污泥性能密切相关，满负荷启动的接种厌氧污泥量需要约2000m3（TSS=100g/L，VSS/TSS=0.7）性能良好的厌氧污泥。本次实际接种性能良好的厌氧颗粒污泥2000m3，按照污泥浓度为10%，VSS/TSS为0.7计算，有效VSS约为140t，可处理SCOD的最大负荷为56t，按照进水SCOD为3500mg/L计算，可处理的最大水量为16000m3/d，667m3/h。

3.2 人员准备及主要职责

ICX启动是涉及到设备保障、工艺参数、运行指标及各项资源联动协调，在启动前确定好各相关岗位人员和主要职责，以保证安全、顺利的启动。详见表1。

3.3 系统检查

厌氧污泥加入反应器后向反应器进水，在进水前进行如下检查：1）供水，供电，供气，及所需化学品；2）ICX 反应器顶部水封罐装入适量清水；3）ICX 反应器进出水管道上的手动阀门全部开启；4）反应器除进水支管阀门、循环泵的进口阀门外，其他所有取样管阀门及罐体上的其他阀门全部关闭；5）检查厌氧系统的参数设置（pH值、温度、流量、营养盐等）是否恰当。

在以上检查落实后，在预酸化池中废水达到约30%的预酸化度以后，在合适的pH和温度下，按得到的两周内的水质数据情况和污泥量及选定的负荷率向 ICX反应器进水。

表1 ICX启动人员准备及主要职责

3.4 沼气管路吹扫

由于启动初期沼气管路、沼气处理系统中存有大量的空气，空气与沼气混合后其爆炸极限为4.4%～16%体积比，故不能输送至电厂利用。必须在反应器进废水之前先用惰性气体如N2吹扫沼气管路系统三次后，在安全地点排放置换后的气体，在排放口检查LEL，氧气含量必须<5%方可向ICX废水，待沼气产生，将其导入系统置换出氮气后（可利用可燃气体测试仪测定）方可接入现有沼气系统正常工作。

4. 数据检测与分析

ICX启动实验的前15天，对比同一预酸化池供水的直径12.5m的IC反应器数据，ICX反应器COD去除效率较IC高5.9%，钙离子截留较IC低72mg/L，容积负荷较IC高3.48kg COD/m³·d，VSS污泥生长量较IC高5.6t。

对比ICX和IC的构造，ICX反应器较IC反应器少一层三相分离器，即IC反应器虽然高度为24m，ICX高度为20m，但IC受限于第一层三相分离器，颗粒污泥装填高度只能到14m，而ICX反应器则没有此限制，罐体泥位可装填到17m，空间利用率更高，从而容积负荷更高。

同时，ICX反应器采用低剪切力的离心泵对颗粒污泥进行强制循环，采用底层和中层联合进水的方式，可以避免污泥回流管路堵塞及SS沉积堆积，以免产生短流和负荷不均，有利于减少钙截留，提高内循环效果。

综上数据及结构分析，ICX反应器在高浓度工业中的应用效果可以达到预期，稳定性及COD去除性能能够较IC反应器有明显提升。ICX15天启动期间实验期间的平均数据详见表2。

三、结论

对比以上数据，ICX较ICSCOD去除效率高5.87%，钙离子截留低72mg/L，污泥负荷高0.34kg COD/kgVSS·d，容积负荷高3.48kg COD/m³·d，污泥（VSS）生长量高5.6t。ICX反应器系统的各项关键数据高于IC反应器，其容积负荷高，去除效率高，钙离子截留少等优点更加适合负荷越来越高的高浓度工业废水的厌氧处理。

表2 ICX与IC运行数据对比

但13.66m直径的ICX运行功率为176kw，12.5m直径的IC运行功率为132kw。对比期间，ICX的吨水电耗为0.264度，IC的吨水电耗为0.24度，ICX运行电耗较IC高10%。