4 IC处理技术应用现状及发展前景

IC处理技术从问世以来已成功应用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、柠檬酸和造纸等废水处理中。1985年荷兰首次应用IC反应器处理土豆加工废水，容积负荷（以COD计）高达35～50kg/(m3·d)，停留时间4～6 h[9]；而处理同类废水的UASB反应器容积负荷仅有10～15 kg/(m3·d)，停留时间长达十几到几十个小时[3]。

在啤酒废水处理工艺中，IC技术应用得较多，目前我国已有3家啤酒厂引进了此工艺。从运行结果看，IC工艺容积负荷（以COD计）可达15～30 kg/(m3·d)，停留时间2～4.2 h，COD去除率ηCOD>75％[9]；而UASB反应器容积负荷仅有4～7 kg/(m3·d)，停留时间近10 h[3]。

对于处理高浓度和高盐度的有机废水，IC反应器也有成功的经验。位于荷兰Roosendaal的一家菊苣加工厂的废水，COD约7900mg/L，SO42－为250mg/L，Cl－为4200mg/L。采用22m高、1100m3容积的IC反应器，容积负荷（以COD计）达31 kg/(m3·d)，ηCOD>80％，平均停留时间仅6.1 h[9]。

我国无锡罗氏中亚柠檬有限公司的IC厌氧处理系统自1998年12月运行以来一直都很稳定，进水COD一般在8000mg/L以上，pH5.0左右，容积负荷（以COD计）可达30 kg/(m3·d)，出水COD基本在2000mg/L以下，且每千克COD产沼气0.42m3[10]。1996年IC反应器首次应用于纸浆造纸行业，并迅速获得客户欢迎，至今全世界造纸行业已建造IC反应器23个[11]。

表1列出了IC反应器和UASB反应器处理典型废水的对照结果，从表中数据可以看出，IC反应器在很大程度上解决了UASB的不足，大大提高了反应器单位容积的处理容量。

表1 IC反应器与UASB反应器处理相同废水的对比结果[1]

对比指标
反应器类型

IC
UASB

啤酒废水
土豆加工废水
啤酒废水
土豆加工废水

反应器体积（m3）
6×162
100
1400
2×1700

反应器高度（m）
20
15
6.4
5.5

水力停留时间（h）
2.1
4.0
6
30

容积负荷kg/(m3·d)
24
48
6.8
10

进水COD（mg/L）
2000
6000～8000
1700
12000

ηCOD（％）
80
85
80
95


随着生产的发展，经济高效、节能省地的厌氧反应器越来越受到水处理工作者的青睐。IC反应器的一系列技术优点及其工程成功实践，是现代厌氧反应器的一个突破，值得进一步研究开发。而且由于反应器容积小，生产、运输、安装和维修都十分方便，产业化前景也很乐观。

5 IC反应器存在的几个问题

COD容积负荷大幅度提高，使IC反应器具备很高的处理容量，同时也带来了不少新的问题：

（1）从构造上看，IC反应器内部结构比普通厌氧反应器复杂，设计施工要求高。反应器高径比大，一方面增加了进水泵的动力消耗，提高了运行费用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中细微颗粒物比UASB多，加重了后续处理的负担[12]。另外内循环中泥水混合液的上升还易产生堵塞现象，使内循环瘫痪，处理效果变差。

（2）发酵细菌通过胞外酶作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸和醇类等，该类细菌水解过程相当缓慢[13]。IC反应器较短的水力停留时间势必影响不溶性有机物的去除效果。

（3）在厌氧反应中，有机负荷、产气量和处理程度三者之间存在着密切的联系和平衡关系。一般较高的有机负荷可获得较大的产气量，但处理程度会降低[13]。因此，IC反应器的总体去除效率相比UASB反应器来讲要低些。

（4）缺乏在IC反应器水力条件下培养活性和沉降性能良好的颗粒污泥关键技术。目前国内引进的IC反应器均采用荷兰进口的颗粒污泥接种[2]，增加了工程造价。

上述问题有待在对IC厌氧处理技术内部规律进行更深入探讨的基础上，结合工程实践加以克服，使这一新技术更加完善。

我从一本废水处理新技术书上摘抄如下IC反应器内容，供大家参考~~

内循环（ IC）厌氧反应器

近 10 年来，已建造了许多处理工业废水的 UASB 反应器生产装置。实践证明：为了防止升流速度太大使悬浮固 体 大 量 流 失，UASB 反 应 器 在 处 理 中 低 浓 度（ 1.5 ～2.0g COD /L）废水时，反应器的进水容积负荷率一般限制在 5 ～ 8kgCOD /（m3·d），在此负荷率下，最小 HRT 为 4 ～ 5h；在处理 COD 浓度为 5 ～ 9g/L 的高浓度有机废水时，反应器的进水容积负荷率一般被限制在 10 ～ 20kgCOD /（m3·d），以免由于产气负荷率太高而增加紊流造成悬浮固体的流失。为了克服这些限制，荷兰 PaquesBV 公司开发了一种内循环（internalcirculation，IC）反应器，IC 反应器在处理中低浓度废水时，反应器的进水容积负荷率可提高至 20 ～ 24kgCOD /（m3·d）；处理高浓度有机废水时，进水容积负荷率可提高到35 ～50kg/（m3·d）。这是对现代高效反应器的一个突破，有着重大的 理 论 意 义 和 实 用

IC 反应器的基本构造与工作原理

如图 17-1 所示。IC 反应器的构造特点是具有很大的高径比，一般可达 4 ～ 8，反应器的高度可达 16 ～ 25m。所以在外形上看，IC 反应器实际上是个厌氧生化反应塔。由图 17-1 可知，进水通过泵由反应器底部进入第一反应室，与该室内的厌氧颗粒污泥均匀混合。废水中所含的大部分有机物在这里被转化成沼气，所产生的沼气被第一反应室的集气罩收集，沼气将沿着提升管上升。沼气上升的同时，把第一反应室的混合液提升至设在反应器顶部的气液分离器，被分离出的沼气由气液分离器顶部的沼气排出管排走。分离出的泥水混合液将沿着回流管回到第一反应室的底部，并与底部的颗粒污泥和进水充分混合，实现第一反应室混合液的内部循环。IC 反应器的命名由此得来。内循环的结果是，第一反应室不仅有很高的生物量、很长的污泥龄，并具有很大的升流速度，使该室内的颗粒污泥完全达到流化状态，有很高的传质速率，使生化反应速率提高，从而大大提高第一反应室的去除有机物能力。经过第一反应室处理过的废水，会自动地进入第二反应室继续处理。废水中的剩余有机物可被第二反应室内的厌氧颗粒污泥进一步降解，使废水得到更好的净化，提高出水水质。产生的沼气由第二反应室的集气罩收集，通过集气管进入气液分离器。第二反应室的泥水混合液进入沉淀区进行固液分离，处理过的上清液由出水管排走，沉淀下来的污泥可自动返回第二反应室。这样，废水就完成了在 IC 反应器内处理的全过程。综上所述可以看出，IC 反应器实际上是由两个上下重叠的 UASB 反应器串联组成的。由下面第一个 UASB 反应器产生的沼气作为提升的内动力，使升流管与回流管的混合液产生密度差，实现下部混合液的内循环，使废水获得强化预处理。上面的第二个UASB 反应器对废水继续进行后处理（或称精处理），使出水达到预期的处理要求。

IC 反应器的运行特性

J.H.F.Pereboom 和 T.L.F.M .Vereijken 详细进行了 IC 反应器与 UASB 反应器生产性装置各项运行参数的测定和比较，如表 17-1 所示。下面从几方面进行分析。

ＩＣ 反应器的处理效能

前已述及，与 UASB 反应器相比，在获得相同处理效率的条件下，IC 反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率，IC 反应器的平均升流速度可达处理同类废水 UASB 反应器的 20 倍左右。在处理低浓度废水时，HRT 可缩短至 2.0 ～ 2.5h，使反应器的容积更加小型化。由表 17-1 可知，在处理同类废水时，IC 反应器的高度为 UASB 反应器的 3 ～4 倍，进水容积负荷率为 UASB 反应器的 4 倍左右，污泥负荷率为 UASB 反应器的 3 ～9 倍。由此可见，IC 反应器是一种非常高效能的厌氧反应器。

污泥性质

１. 颗粒污泥的物理性质由表 17-1 可知，IC 反应器颗粒的平均直径在 0.66 ～ 0.87mm，略大于 UASB 反应器颗粒的平均直径 0.51 ～ 0.83mm；IC 反应器最大颗粒直径为 3.14 ～ 3.57mm，UASB 反应器颗粒的最大直径 3.38 ～ 3.43mm；IC 反应器颗粒密度为 1.041 ～ 1.057g/cm3，与 UASB 反应器颗粒的密度 1.039 ～ 1.065g/cm3较为接近。但是 IC 反应器颗粒相对剪切强度比UASB 颗粒的强度差，如以 UASB 颗粒的相对强度为 100% ，则 IC 颗粒为 32% ～ 53% ，这是由于 IC 反应器的污泥负荷率大大高于 UASB 反应器的污泥负荷率之故。IC 颗粒污泥的灰分占 0.13 ～ 0.15，低于 UASB 颗粒污泥的灰分 0.2 ～ 0.26，这说明 IC颗粒污泥中有机成分含量更高，污泥的活性更高。

２. 颗粒大小的分布Pareboom 和 Vereijken 比较了 IC 反应器与 UASB 反应器污泥样品颗粒大小尺寸的分布，见图 17-2。图 17-2（ a）和（b）分别给出了 UASB 和 IC 反应器处理啤酒废水和土豆加工废水的颗粒大小分布情况。比较的结果表明，IC 反应器颗粒尺寸较粗和分布较宽，这是由于 IC 反应器升流速度较大，使细小颗粒更易于被冲刷从而反应器内小颗粒比例减小，而留在反应器内的颗粒获得更充分的营养，在长期滞留情况下颗粒长得更大，因此 IC 反应器内颗粒大小的分布范围比 UASB 反应器更宽，且 IC 反应器的平均粒径 Da和 Sauter平均直径 D32均大于 UASB 反应器。

３. 颗粒沉降速度UASB 和 IC 反 应 器 内 颗 粒 的 沉 降 速 度 一 般 都 高 于 液 体 升 流 速 度。IC 颗 粒（ 粒径 <0.5mm）的沉降速度仅略高于液体的升流速度（2.6mm /s）。在 IC 反应器的第二反应室，由于气体负荷率较低，创造了一个较为平稳的沉淀条件，有利于细小颗粒的滞留。


４. 污泥的活性IC 反应器污泥的活性远高于 UASB 反应器的污泥活性。这是由于 IC 反应器的污泥颗粒完全趋于流化状态，传质的限制因素小，UASB 反应器污泥床局部地方的污泥浓度很高，甚至存在死区，传质受到一定限制。因此，IC 反应器的平均污泥去除负荷率远高于UASB 反应器的污泥去除负荷率（见表 17-1）。

沿反应器不同高度污泥浓度的变化

Pereboom 和 Vereijken 分别测定了处理啤酒废水和土豆废水的 IC 反应器不同高度处污泥浓度及颗粒 大 小 分 布 变 化 的 情 况。得 出 了 不 同 高 度 的 颗 粒 尺 寸 的 分 布 图（ 见图 17-3），并画出了颗粒尺寸大小、生物量浓度和灰分沿 IC 反应器高度的变化图，见图17-4。由图 17-3 和图 17-4 可知，IC 反应器的第一段污泥床混合良好，污泥床以上和出水中固体的灰分大大高于污泥床。由此可得出结论，IC 反应器具有很高的紊流和上升流速，有助于无机物的有效去除。

ＩＣ 反应器的启动及颗粒污泥的培养

由于目前已经建了许多生产性 UASB 装置，所以可采用 UASB 反应器的颗粒污泥作为 IC 反应器启动时的接种污泥。当采用 UASB 反应器的颗粒污泥作为 IC 反应器的种泥时，UASB 反应器颗粒污泥演变为 IC 反应器的颗粒污泥，一般要经过一至两个月才能完成启动过程。Peredoom 和 Vereijken 将代码为 IND 的处理造纸废水 UASB 反应器的颗粒接种到代码为 ICP 的处理啤酒废水的 IC 反应器中，并测定了不同运行期 IC 反应器污泥颗粒的分布，测定的结果见图 17-5。由图 17-5 可知，IC 反应器用 UASB 反应器颗粒污泥接种后，由于 IC 反应器的剪切力较大，接种的大颗粒被剪切成小颗粒，所以小颗粒数量增加，反应器生物量并没有随时间减少，在第 2 周进行泥样分析，开始显示出颗粒大小分布较宽的 IC 颗粒分布特征。由于IC 反应器的污泥负荷率和容积负荷率高，污泥的生长速率很快，颗粒的培养在接种后 2个月即可完成。如果没有颗粒污泥接种而采用絮体污泥接种，则启动初期只能采用低负荷运行，待自行培养出颗粒污泥后，再逐步提高负荷，这样启动时间会大大延长。目前荷兰 PaquesBV 公司的 IC 反应器均采用 UASB 反应器的颗粒污泥接种。作者认为，如果采用处理相同废水的 IC 反应器污泥接种则更为理想，可缩短启动时间。

IC反应器流体循环流量的计算

IC 反应器流体是沼气、悬浮固体和水液体三种流体的混合物，悬浮固体和水溶液组成的混合液的提升和循环的能量是以沼气升流为动力的，流态十分复杂，目前尚未见到有关 IC 反应器流体循环水力计算的试验报道。目前计算 IC 反应器的循环流量是依据空气提升器原理，借用对空气提升器计算升流管液体升流速度的计算公式，进行一定修正后得到IC 反应器升流管的液体升流速度的计算公式。IC 反应器的工作原理与空气提升液体循环反应器（Chisti等，1988）十分相似，沼气提升混合液体内循环的原理可简化为如图 17-6 所示。这与空气提升反应器的液体循环情况基本相似。沼气提升内循环回路的能量平衡可用下式表达：

沼气气泡绝热膨胀产生的能量 = 循环系统的能量消耗