内循环厌氧反应器(Internal Circulation,简称IC)是在UASB反应器基础上开发出的第三代超高效厌氧反应器，其特征是在反应器中装有两级三相分离器，反应器下半部分可在极高的负荷条件下运行。整个反应器的有机负荷和水力负荷也较高，并可实现液体内部的无动力循环，从而克服了UASB反应器在较高的上升流速度下颗粒污泥易流失的不足[1～3]。笔者在实验室对小型IC反应器(25 L)进行了系统研究，主要考察了反应器在中温条件下的运行特性及其影响因素，验证了IC反应器在UASB基础上的结构改进对处理效能的促进作用。
1 试验装置和方法
1.1 试验装置
IC反应器为有机玻璃制成，有效容积为25L，反应器总高度为1500mm，沿柱高设置多个取样孔。将反应器安装在恒温箱内，用WMZK-01温控仪和热源构成自动温控系统，将温度控制在(35±1)℃。工艺流程见图1。
试验配水首先进入Ⅰ室被降解，产生的沼气由Ⅰ室的集气罩收集，大量沼气携带Ⅰ室的泥水混合液沿着提升管上升至反应器顶部的气液分离器，沼气在此处逸出反应器，而泥水混合液则沿下降管返回到Ⅰ室的底部。Ⅰ室出水自动进入Ⅱ室继续处理，随后经Ⅱ室的三相分离器排出反应器外。
1.2 试验用水
采用人工合成的葡萄糖废水，并加入适量微量元素(见表1)。
1.3 接种污泥
接种污泥采用无锡狮王太湖水啤酒有限公司UASB反应器中的颗粒污泥，污泥的TSS为72.2g/L，VSS为56.6g/L。接种前先将污泥颗粒进行筛洗处理，再用COD为500mg/L的人工配水连续(8～10h)进行漂洗和活化。
表1 人工合成葡萄糖废水的组分及含量
组分
含量
组分
含量
葡萄糖(mg/L)
2000
CaCl2(mg/L)
4
(NH4)2CO3(mg/L)
40
MgSO4(mg/L)
8
KH2PO4(mg/L)
40
NaHCO3(mg/L)
660
NH4Cl(mg/L)
40
酵母膏(mg/L)
80
FeCl34H2O(μg/L)
80
CoCl26H2O(μg/L)
80
MnCl24H2O(μg/L)
20
ZnCl2(μg/L)
2
NiCl26H2O(μg/L)
2
CuCl22H2O(μg/L)[
1.2
EDTA(μg/L)
40
H3BO3(μg/L)
2
(NH4)6Mo7O244H2O(μg/L)
3.6
36%HCl(μg/L)
0.04
1.4 分析方法
COD：重铬酸钾法；pH值：玻璃电极法；SS和VSS：称重法。
2 结果与讨论
2.1 运行结果
IC反应器的试验条件和运行结果见表2。
表2 运行结果
试验阶段
第一阶段
第二阶段
第三阶段
时间(d)
1～29
30～59
60～90
温度(℃)
35
进水pH
7.5～8.0
7.8～8.9
8.5～8.9
进水COD(mg/L)
1 865～2 587
3 885～4 877
8 023～11092
v(m/h)
2.65
3.22
4.35
OLR[gCOD/(Ld)]
15.0～24.9
27.3～36.96
33.88～37.52
SLR[gCOD/(gVSSd)]
0.73～1.60
1.47～2.48
1.87～2.50
COD去除率(%)
83.2～91.8
83.9～89.8
89.3～92 .8
出水COD(mg/L)
184.6～386.6
447.1～658.9
575.0～1120.3
出水SS(mg/L)
159～377
342～552
501～780
阶段描述
提高负荷期
提高负荷期
稳定运行期
注：OLR为反应器的COD容积负荷；SLR为反应器的COD污泥负荷；v为上升流速。
①Ⅰ室
IC反应器Ⅰ室在高负荷下运行，其COD去除率为60%～70%。反应器的初始容积负荷为31.25kgCOD/(m3d)，COD去除率为62.3%。第29天容积负荷升至50.8kgCOD/(m3d)，COD去除率为59.8%。在第55天反应器进水COD浓度为4500mg/L，污泥负荷为3.99gCOD/(gVSSd)，COD去除率为61%。第89天容积负荷和污泥负荷分别为76.83kgCOD/(m3d)、3.97gCOD/(gVSSd)，COD去除率为64.3%。
②Ⅱ室
与Ⅰ室相比，Ⅱ室的运行负荷相对较低，以Ⅱ室进水COD浓度计算则Ⅱ室的COD去除率为60%～85%，去除的COD占反应器进水COD的20%～30%。Ⅱ室的初始负荷为10.9kgCOD/(m3d)，COD去除率为61.0%；第57天有机负荷达到最大[28.8kgCOD/(m3d)]，COD去除率为73.15%。