IC厌氧反应器处理制革废水的启动运行研究

IC厌氧反应器处理制革废水的启动运行研究

陈长松

上海同济建设有限公司

摘要：在高质量发展的总体要求之下，制革企业在进行生产活动时，不仅要考虑到经济效益，还应自觉承担社会责任，不应盲目追求产量，而是要在提高生产效率的同时，做好对生产废料的处理，避免对周边环境产生污染和恶劣影响。而制革废水就是制革生产活动中体量最大的生产肥料，制革废水中存在大量有毒有害物质，如果缺乏有效处理，将会造成严重的环境污染问题。基于此，本文选择IC厌氧反应器作为主要研究对象，针对其应用与制革废水处理活动中的可行性展开探讨，并围绕实验数据进行深入研究，以进一步探寻高效低价处理制革废水的有效路径。

关键词：制革废水；IC 厌氧反应器；硫化物；

引言：IC厌氧反应器作为处理污水的重要工具，在以往的生产活动中，长期被应用于大型淀粉厂、酒精废水、生物制药厂、农药废水处理系统，却鲜有人关注过其在制革生产活动中的应用。基于此，本文针对IC厌氧反应器处理制革废水的可行性与必要性展开试验研究，具有一定的创新意义和研究价值，可以为相关研究提供一条新的研究思路。

一、IC厌氧反应器概述

IC厌氧反应器基于UASB工艺，两者的工作原理是一样的，都是利用具有高生物活性的厌氧颗粒污泥对污水进行处理。其在解决跑泥、 确保沉淀后出水水质都发挥着极为重要的作用。

除此之外，IC厌氧反应器还有诸多优点：

第一，IC厌氧生物反应器具有较高的生物活性。内循环增加了一级反应段的液相上升速度，有效地促进了皮革废水中有机物和颗粒污泥的传质，从而使其具有比 UASB更高的有机负载。

第二，IC厌氧工艺具有较好的操作稳定性。IC厌氧反应器的内循环，使其在一反应段的实际水量要比进水多出20倍，而且大量的循环水会对入水进行有效的稀释，从而使其具有更强的耐冲击性能和更稳定的体系结构。

第三，IC厌氧反应器的建设投资更少。IC厌氧反应器的容积负荷大，但其占地面积却很小，建设成本也要远低于UASB反应器，这就使得其建设投资要更少，应用面也要更广[1]。除此之外，IC厌氧反应器的运营成本也要更为低廉，IC厌氧反应器的优点在于其内循环，很多人会认为其比UASB反应器增添了内循环功能就会有更大的能耗，但事实上该反应器的内循环功能是通过沼气的提升作用实现的，而无需通入其他资源来为其提供外部推动力，可以有效节省能源投入，进而节省反应器运营资本。

二、IC厌氧反应器处理制革废水的整体工艺概述

（一）处理工艺及运行现状

首先是在处理工艺方面，本次研究采用IC厌氧反应器对了3000m3/d的制革废水进行了处理，处理工艺及流程如下：首先采用格栅筛除了废水内较大的悬浮废物，随后将制革废水倾倒至曝气调节池中，对制革废水的水质水量进行调节。随后还需将曝气调节池内的制革废水运输至初沉池和气浮池，在进行简单的沉淀处理之后，就需要再将制革废水运输至水解酸化池，对制革废水进行初步的水解酸化。在完成水解酸化作业后，才会将制革废水运输至后续的生化系统中。而本次试验所采用的原材料就是从水解酸化池中提取出的经过初步水解酸化处理的制革废水。

其次是在运行现状方面，水解酸化池内的制革废水的性质如下：CODcr2000mg/L，NH3-N400~500mg/L，SO42-1100mg/L，S2-330mg/L，VFA30mmol/L。

（二）IC厌氧反应器启动流程

IC厌氧反应器的启动流程主要有以下三个阶段：

第一，驯化期。驯化期的初始进水CODcr浓度为1000 mg/L左右，并按照试验开始前预先确定的甲烷浓度和出水标准，在达到这一标准之后，再开始逐步增加IC厌氧反应器的进水CODcr浓度。除此之外，还需注意的是要将集水池温度设置在35℃，以避免水温过低或过高而影响反应功效。

第二，负荷提升期。在负荷提升期，技术人员会不断提升IC厌氧反应器内的进水浓度，知道其CODcr浓度提升至1500 mg/L为止，在负荷提升之后，技术人员会调节循环流量控制，控制进水中VFA和硫化物的浓度在理论值之下，以此来稳定CODcr的去除率。

第三，波动期。波动期以水解酸化池出水为进水，这时的进水CODcr浓度会在1800~2500mg/L之间波动，因此将这一阶段称之为波动期。在波动期，技术人员需要调节进水流量和反应器内部上升流速，设定循环比控制进水 VFA 浓度，以达到通过提升传质效率从而降低酸化风险的目的。

（三）制革废水处理效果的评价方法

对制革废水处理效果的评价方法有两种，一是对未进入IC厌氧反应器前的制革废水的测定。本研究选择了一种厌氧活性污泥法，其具体操作步骤如下：将400 ml的实验样本置于装有厌氧剂的500 ml的血清瓶中，然后用N2对其进行清洗，以确保血清瓶中的长期处于厌氧状态，并通过N2的性质来调节 pH值。然后，技术人员将血清瓶放入35℃的水浴盆中，将瓶口插入导气管，将导管的尖端插入到史氏管中，该史氏管中含有 pH值为12-13的 NaOH溶液，之后技术人员就可以利用排开液体的体积来计算制革废水中的CH

4产气量了[2]。在明确CH4产气量之后，技术人员就可以根据CH4产生所消耗的CODcr来判断制革废水内的CODcr浓度。在35 ℃的环境下，每产生 395 mLCH4气体，就会消耗1g CODcr，技术人员可以以此推到制革废水的实际状况，并获得精准的CODcr浓度。同时这也解释了为什么要保证IC厌氧反应器内的环境温度应保持在35℃。

另一种评价方法就是对经过IC厌氧反应器处理过后的制革废水的评价，而针对经过处理后的制革废水的测定与评价就不仅仅要对CODcr浓度进行测算了，其需要对COD、NH3-N、VFA等等进行精准测算，而不同的物质的测算方法是完全不同的。具体而言，本文采用了以下测算方法：

1.COD的测定采用快速消解法，参考《HJ/T 339-2007》；

2.NH3-N的测定采用纳氏试剂分光光度法，参考《HJ 535-2009》；

3.S2－的测定方法亚甲基蓝分光光度法，参考国标《GB/T16489-1996》；

4.SO42－的测定方法为铬酸钡分光光度法，参考标准《HJ342-2007》；

5.VFA的测定采用滴定法；

6.ALK的测定为滴定法；

7.pH的测定为仪器快速测定；

8.厌氧生物甲烷势测定采用BMP测定方法。

三、IC厌氧反应器处理制革废水的启动运行研究

（一）IC厌氧反应器处理制革废水的可行性分析

对IC厌氧反应器处理制革废水的可行性分析是基于实验数据进行的，因此本文对实验数据进行了详细总结与阐述：

首先，在实验开始前，IC厌氧反应器内并没有产生甲烷气体，而当试验进行至15天时，IC厌氧反应器内的甲烷气体累积到了峰值。而通过与空白对照组的对比发现，空白对照组在试验刚开始时就已经出现了甲烷气体，由此可见，接种的厌氧颗粒污泥在在反应初期并未适应受试水样，且微生物的活性受到废水的抑制。

其次，制革废水中含有大量的硫酸盐和硫化物，这些硫化物会影响到 IC厌氧工艺的处理。结果表明，在制革废水中，含100 mg/L以上的硫化物对醋酸营养产甲菌的活力有明显的抑制作用。硫化物浓度大于190 mg/L时，对硫酸盐还原细菌的活力有明显的抑制作用。而在制革废水中，硫化物含量大于300 mg/L时，IC厌氧反应器内的厌氧环境和厌氧系统就会崩溃，由此可见硫化物对IC厌氧反应器制革废水处理功效的影响。但在后续的实验中又发现，经过水解酸化处理的制革废水，即使其硫化物浓度超过了330mg/L，IC厌氧反应器内的厌氧反应系统仍未崩溃，且依然再正常工作。由此得出结论，在高于理论浓度硫化物胁迫下，厌氧微生物经驯化能适应硫化物毒性。

最后，分析了厌氧菌对硫化物的适应性，并对其产生的影响进行了初步的探讨，认为该菌的中毒主要是由游离状态的硫化物引起的，而硫化物则会侵入到微生物体内，使其失去活性，从而导致其中毒。但是，必须承认，在不同的温度条件下，所含的游离化硫化物的含量和比例也不尽相同，所以仅从游离化硫化物的观点来讨论其对硫化物的适应性问题，也是比较片面的。所以，这一现象在本次调查中没有得到很好的解释。

综上所述，本文认为，使用IC厌氧反应器对制革废水进行处理是可行的，硫化物毒性问题是可以解决和规避的。

（二）IC厌氧反应器处理制革废水的启动运行结果分析

IC厌氧反应器处理制革废水的启动运行结果主要有两点：

第一，厌氧系统启动用时短，反应器运行稳定，在进水COD为2000 mg/L，CODcr削减率可达50%~60%，沼气产量可达1.1 m 3/d，控制pH在7.5~8范围内，反应器容积负荷低于1.5 kg CODcr/（m 3·d），上升流速小于2m/h。

第二，在高浓度硫化物（220 mg/L）胁迫下，可通过调整消化液VFA/ALK小于0.3、C/S大于2.5，实现制革废水在IC厌氧反应器中的厌氧消化，运行过程中硫酸盐去除率逐步升高，满负荷后去除率达到92%~98%。
结论：综上所述，本文针对IC厌氧反应器的基本原理和其特点以及优势展开研究和分析，明确了IC厌氧反应器的突出优势以及应用其处理制革废水的必要性。随后，本文有针对IC厌氧反应器处理制革废水的整个工艺进行详细阐述，并根据实验结果对IC厌氧反应器处理制革废水的可行性进行了探讨。随后本文得出结论，使用IC厌氧反应器处理制革废水是可行的且必要的，其相较于传统的处理方式而言更具优势，是一条可行的创新路径。但需要注意的是，IC厌氧反应器用以处理制革废水，是需要在一定的条件边界之下进行的，针对条件边界的扩大与精确，仍需进行深入研究。
参考文献：

[1]诸杰,金英强,郭少辉,刘土发.高效厌氧反应器在高浓度植物纤维填充料废水处理中的应用研究[J].浙江化工,2022,53(05):35-38.

[2]Ming Li,Shuai Wang,De Chen Shan,Li Wei,Wen Jia Yin. Study on Treatment of Wastewater with High-Concentration Sulfate by IC Anaerobic Reactor[J]. Applied Mechanics and Materials,2015,3817(737-737).