ICX厭氧反應(yīng)器啟動及處理高濃度工業(yè)廢水的研究

樊惠娜

（玖龍環(huán)球（中國）投資集團有限公司，廣東 東莞，523147）

一、前言

目前高濃度工業(yè)廢水處理一般采用：預(yù)處理+IC厭氧+活性污泥法好氧+芬頓深度處理”的工藝，IC厭氧工藝在工藝流程中占據(jù)絕對核心的地位，關(guān)乎整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定和廢水處理的成本。IC反應(yīng)器進水通過倒傘形配水系統(tǒng)，由反應(yīng)器底部泵入反應(yīng)器，與反應(yīng)器內(nèi)的厭氧顆粒污泥混合，在反應(yīng)器下部主處理區(qū)絕大部分有機物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，沼氣由下部的三相分離器收集，這樣產(chǎn)生的“氣提”作用驅(qū)動水流通過上升管進入反應(yīng)器頂部的氣液分離器。沼氣從這個分離器中分離，水流經(jīng)過下降管回到反應(yīng)器的底部。在第二級，即上部區(qū)域，廢水進行精處理。這里生成的沼氣被上部的三相分離器收集，干凈的出水從反應(yīng)器頂部排出，詳見圖1。IC厭氧反應(yīng)器普遍采用的倒傘型布水結(jié)構(gòu)，較高的SS和鈣離子濃度易引起布水系統(tǒng)堵塞，較重的泥砂和鈣化污泥堆積在底部，進而引起IC底部板結(jié)、短流，最終引起污泥鈣化，處理效率下降，整個廢水系統(tǒng)出現(xiàn)問題[1]。

圖1 IC結(jié)構(gòu)示意圖

為此，IC反應(yīng)器的升級產(chǎn)品得到研發(fā)和應(yīng)用，ICX反應(yīng)器是基于 IC反應(yīng)器技術(shù)的更靈活地厭氧處理系統(tǒng)，在保留了BIOPAQ?IC反應(yīng)器各項優(yōu)異性能的前提下，整合了高度靈活的罐體設(shè)計，詳見圖2[2]。它設(shè)計緊湊，取消了IC反應(yīng)器原有的二級三相分離器，改為類似與斜板沉淀的泥水分離系統(tǒng)，能夠提高污泥量，從而獲得更高的容積負荷，底部布水采用管道循環(huán)供水和強制（泵送）內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，能夠解決重質(zhì)污泥沉積的問題。沼氣收集系統(tǒng)取消了脫氣罐，采用錐形頂密封結(jié)構(gòu)，氣密性更好，也避免了上升管和下降管堵塞的問題。因為可以保有高濃度的顆粒污泥，ICX系統(tǒng)可以獲得更高的VLR。ICX兩段式的污泥保留單元可以防止污泥流失[3]。

圖2 ICX結(jié)構(gòu)示意圖

二、實驗研究內(nèi)容與方法

ICX的啟動較IC更加復(fù)雜，氣密性要求更高，單機測試和聯(lián)動調(diào)試需要更加全面。本次啟動直徑13.66m，高20m的ICX厭氧反應(yīng)器，主要分為單機測試、聯(lián)動調(diào)試、系統(tǒng)檢查與啟動、數(shù)據(jù)檢測與分析四部分，將實驗期間ICX的啟動數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的IC做分析對比，驗證ICX在高濃度工業(yè)中的應(yīng)用情況。

1. 單機測試

單機試車范圍包括：1）厭氧處理單元：所有電氣設(shè)備，自控儀表/閥門；2）沼氣處理單元：所有電氣設(shè)備，自控儀表/閥門；通過試車確認接線、保護參數(shù)、電機轉(zhuǎn)動方向正確無誤，在不損害電機與轉(zhuǎn)動軸的情況下，對設(shè)備工作電流進行確認、電機發(fā)熱測溫，超載保護測試。現(xiàn)場指定一人發(fā)啟閉指令，MCC室指定一人操作，OCC室指定一人操作，調(diào)試人員記錄試車過程與結(jié)果。

2. 聯(lián)動調(diào)試

單機調(diào)試完成后，所有相關(guān)管道安裝、試壓、吹掃完畢、場地干凈，電氣接線和儀表接線完成并完成檢查和模擬測試，用清水聯(lián)動調(diào)試。 聯(lián)動調(diào)試范圍包括：1）厭氧處理單元：所有電氣設(shè)備，自控儀表/閥門的相應(yīng)聯(lián)鎖控制。2）沼氣處理單元：所有電氣設(shè)備，自控儀表/閥門的相應(yīng)聯(lián)鎖控制。聯(lián)動調(diào)試主要核定設(shè)施能否協(xié)調(diào)穩(wěn)定連續(xù)運行，試驗設(shè)施過水能力能否達到設(shè)計要求。對所有相關(guān)的設(shè)備進行送電、送水運行，實現(xiàn)遠程及自動控制。對設(shè)備性能狀態(tài)進行測試。現(xiàn)場指定一人發(fā)啟閉指令，MCC室指定一人操作，OCC室指定一人操作。調(diào)試人員記錄試車過程與結(jié)果。

3 系統(tǒng)檢查和啟動

3.1 裝入?yún)捬躅w粒污泥

厭氧污泥接種之前，外部設(shè)備與厭氧反應(yīng)器相連的各管口閥門、人孔、法蘭口必須確保關(guān)閉且無泄漏，厭氧污泥接種之后，由于存在沼氣的產(chǎn)生，不允許動火，厭氧反應(yīng)器頂部也嚴禁動火。在厭氧污泥加入反應(yīng)器之前，檢查存留在ICX反應(yīng)器內(nèi)水質(zhì)的pH值，確保在 6.5～7.5。厭氧顆粒污泥性能要求：1）TSS ： 100±10g/L；2）VSS/TSS：0.7±0.1；3）沉降速率：50～150m/h；4）顆粒直徑：0.5～2mm；5）顆粒度：≥60%；6）污泥產(chǎn)甲烷活性：≥0.30kg CODremoved / kgVSS.d處理的 COD量及出水的水質(zhì)狀況與接種厭氧污泥量及污泥性能密切相關(guān)，滿負荷啟動的接種厭氧污泥量需要約2000m3（TSS=100g/L，VSS/TSS=0.7）性能良好的厭氧污泥。本次實際接種性能良好的厭氧顆粒污泥2000m3，按照污泥濃度為10%，VSS/TSS為0.7計算，有效VSS約為140t，可處理SCOD的最大負荷為56t，按照進水SCOD為3500mg/L計算，可處理的最大水量為16000m3/d，667m3/h。

3.2 人員準備及主要職責(zé)

ICX啟動是涉及到設(shè)備保障、工藝參數(shù)、運行指標及各項資源聯(lián)動協(xié)調(diào)，在啟動前確定好各相關(guān)崗位人員和主要職責(zé)，以保證安全、順利的啟動。詳見表1。

3.3 系統(tǒng)檢查

厭氧污泥加入反應(yīng)器后向反應(yīng)器進水，在進水前進行如下檢查：1）供水，供電，供氣，及所需化學(xué)品；2）ICX 反應(yīng)器頂部水封罐裝入適量清水；3）ICX 反應(yīng)器進出水管道上的手動閥門全部開啟；4）反應(yīng)器除進水支管閥門、循環(huán)泵的進口閥門外，其他所有取樣管閥門及罐體上的其他閥門全部關(guān)閉；5）檢查厭氧系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置（pH值、溫度、流量、營養(yǎng)鹽等）是否恰當。

在以上檢查落實后，在預(yù)酸化池中廢水達到約30%的預(yù)酸化度以后，在合適的pH和溫度下，按得到的兩周內(nèi)的水質(zhì)數(shù)據(jù)情況和污泥量及選定的負荷率向 ICX反應(yīng)器進水。

表1 ICX啟動人員準備及主要職責(zé)

3.4 沼氣管路吹掃

由于啟動初期沼氣管路、沼氣處理系統(tǒng)中存有大量的空氣，空氣與沼氣混合后其爆炸極限為4.4%～16%體積比，故不能輸送至電廠利用。必須在反應(yīng)器進廢水之前先用惰性氣體如N2吹掃沼氣管路系統(tǒng)三次后，在安全地點排放置換后的氣體，在排放口檢查LEL，氧氣含量必須<5%方可向ICX廢水，待沼氣產(chǎn)生，將其導(dǎo)入系統(tǒng)置換出氮氣后（可利用可燃氣體測試儀測定）方可接入現(xiàn)有沼氣系統(tǒng)正常工作。

4. 數(shù)據(jù)檢測與分析

ICX啟動實驗的前15天，對比同一預(yù)酸化池供水的直徑12.5m的IC反應(yīng)器數(shù)據(jù)，ICX反應(yīng)器COD去除效率較IC高5.9%，鈣離子截留較IC低72mg/L，容積負荷較IC高3.48kg COD/m3·d，VSS污泥生長量較IC高5.6t。

對比ICX和IC的構(gòu)造，ICX反應(yīng)器較IC反應(yīng)器少一層三相分離器，即IC反應(yīng)器雖然高度為24m，ICX高度為20m，但IC受限于第一層三相分離器，顆粒污泥裝填高度只能到14m，而ICX反應(yīng)器則沒有此限制，罐體泥位可裝填到17m，空間利用率更高，從而容積負荷更高。

同時，ICX反應(yīng)器采用低剪切力的離心泵對顆粒污泥進行強制循環(huán)，采用底層和中層聯(lián)合進水的方式，可以避免污泥回流管路堵塞及SS沉積堆積，以免產(chǎn)生短流和負荷不均，有利于減少鈣截留，提高內(nèi)循環(huán)效果。

綜上數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)分析，ICX反應(yīng)器在高濃度工業(yè)中的應(yīng)用效果可以達到預(yù)期，穩(wěn)定性及COD去除性能能夠較IC反應(yīng)器有明顯提升。ICX15天啟動期間實驗期間的平均數(shù)據(jù)詳見表2。

三、結(jié)論

對比以上數(shù)據(jù)，ICX較ICSCOD去除效率高5.87%，鈣離子截留低72mg/L，污泥負荷高0.34kg COD/kgVSS·d，容積負荷高3.48kg COD/m3·d，污泥（VSS）生長量高5.6t。ICX反應(yīng)器系統(tǒng)的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)高于IC反應(yīng)器，其容積負荷高，去除效率高，鈣離子截留少等優(yōu)點更加適合負荷越來越高的高濃度工業(yè)廢水的厭氧處理。

表2 ICX與IC運行數(shù)據(jù)對比

但13.66m直徑的ICX運行功率為176kw，12.5m直徑的IC運行功率為132kw。對比期間，ICX的噸水電耗為0.264度，IC的噸水電耗為0.24度，ICX運行電耗較IC高10%。