岳阳纸业集团有限公司与荷兰帕克(PAQUES)公司于2002年1月签约，用荷兰帕克(PAQUES)公司的IC内循环厌氧反应器，处理APMP制浆高浓度废水。
岳纸集团12万吨工程新建一条日产250 tAPMP制浆生产线，加上现有的一条日产75 t APMP生产线，新旧APMP生产线每日排放高浓度废水9400m3。其废水可溶COD cr，浓度非常高(达到7000mg／L以上)，采用常规的活性污泥法处理这种高浓废水不经济，经过多种方案比较，选择采用比‘内循环厌氧反应器处理APMP高浓度废水，经厌氧处理后，排人好氧污水处理厂进行后续处理。
用IC内循环厌氧反应器处理APMP高浓度废水有如下优点：
1)成本低。高负荷厌氧工艺在废水处理的运行成本上远远低于传统的好氧处理。成本低的主要原因有：①厌氧处理不需要曝气，而好氧工艺通常需要向水中曝气而消耗大量的电能。曝气用电量为每除去1 kg COD需耗电约1.0kWh。造纸工业每吨纸的生产通常排放数百千克的COD，因此厌氧工艺将比好氧工艺节省大量的电能；②传统的好氧处理产生大量余污泥，这些污泥需进一步处理，其费用相对较高。而厌氧处理产生的污泥量少(仅占传统好氧法的1/10~1/20)，且污泥的沉淀性能良好，可以收集储存作为接种污泥商品出售；③厌氧处理对氮和磷的需求仅为好氧处理的1/5~1/3，大多情况下，制浆废水缺乏氮磷，采用厌氧处理相对于好氧处理可以大大节省氮/磷营养物的消耗；④厌氧处理产生大量的沼气，每去除1 kg COD可以产生0.35m3沼气，每m3沼气具有约29288kJ热值。如用于发电，每m3可发电约1.37kWh
2)反应器负荷高，体积小，占地少。
3)规模灵活，操作方便。厌氧处理工艺的规模可大可小，较为灵活。特别有利于分散的点源治理。
4)厌氧反应器内的厌氧颗粒污泥可以在停机或者放在自然环境中，不采取任何措施可以存放1年以上，不丧失其活性与沉降性能。因此，停机后再次运转很容易操作。
项目签约后，工程进展顺利，6月底完成施工图设计工作，预计2002年底建成。该项目的建设为中国制浆行业废水处理提供了一条新思路。
关键词 造纸废水 厌氧处理 封闭循环 零排放 IC反应器
废水的厌氧处理技术以其运行成本低、节约能源、污泥易于处置等优点，在废水处理中正发挥着越来越大的作用。国外用于出口的厌氧颗粒污泥设备主要是处理造纸废水的UASB装[1]。目前厌氧处理技术在国外造纸工业中主要应用的领域包括废纸制浆造纸废水、机械浆和化学机械浆（TMP、CTMP和APMP）废水、半化学浆（NSSC）废水以及碱法黑液蒸发冷凝液[2．3]。但是，我国造纸行业废水处理却较少应用厌氧技术，厌氧技术在我国造纸工业废水污染控制领域里存在较大差距和很大发展空间。
目前UASB(upflow anaerobic sludge blandkt，升流厌氧污泥覆盖层）反应器已经成为最重要的和最受欢迎的厌氧反应器，世界各国（不包括中国）UASB反应器占全部造纸废水厌氧处理设备的75％[4]，它在造纸废水处理中还将继续发挥其重要作用。但是废水厌氧处理技术是一个发展较快的领域，90年代由荷兰Paques公司开发的专利技术内循环厌氧反应器（简称IC反应器），成为厌氧新技术的佼佼者。IC反应器的负荷可以相当于UASB的2－3倍，反应器高度约等于UASB的3倍以上，因此占地极少，具有体积小、效率高的突出特点。自1996年用年造纸废水处理以来，发展极快，厌氧技术领域领先世界的荷兰Paques环境公司，在1996年以来的工程项目中，IC反应器工程比例大大超过了UASB反应器，造纸工业也已成为IC反应器应用最多的领域之一[5]。毫无疑问，这一新的技术发展动态值得我国环境和造纸工作者重视。
一、IC反应器原理简介
IC反应器是在UASB反应器的基础上发展起来的技术，两种反应器中都存在厌氧细菌聚集形成的“颗粒污泥”，因此两者都是上流式颗粒污泥处理系统。废水在反应器中都是自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。事实上，IC反应器可以简单化地理解为两个上下组合在一起的UASB反应器，一个是下部的高负荷部分，一个是上部的低负荷部分。IC反应器与UASB的最大不同之处是，废水处理中由COD转化产生的生物气的引出分为两个阶段，下部产生的气体产生一个水和污泥的循环回流，由此引起的强烈的搅拌作用和高的上流速度，极大地改善了污染物从液相到颗粒污泥的传质过程，因此有极高的净化效率，这是内循环（internal circulation）一词的由来。图1是IC反应器的示意图。
图1 IC反应器结构示意图
IC反应吕把4个重要的工艺过程集合在同一个反应器内，这4个工艺过程是：（1）进液和混合－布水系统；（2）液化床反应室；（3）内循环系统；（4）深度净化反应室。
以下对各部分作简要介绍。
进液和混合－布水系统
废水通过布水系统泵入反应器内，布水系统使进液与从IC反应器上部返回的循环水、反应器底部的污泥有效地混合，由此产生对进液的稀释和均质作用。为了进水能够均匀地进入IC反应器的流化反应室，布水系统采用了一个特别的结构设计。
流化床反应室
在此部分，废水和颗粒污泥混合物在进水与循环水的共同推动下，迅速进入流化床室。废水和污泥之间产生强烈而有效的接触。这导致很高的污染物向生物物质（即颗粒污泥）的传质速率。在流化床反应室内，废水中的绝大部分可生物降解的污染物被转化为生物气。这些生物气在被称为一级沉降的下部三相分离器处收集并导入气体提升器，通过这个提升装置部分泥水混合物被传送到反应器最上部的气液分离器，气体分离后从反应器导出。
内循环系统
在气体提升器中，气提原理使气、水、污泥混合物快速上升，气体在反应器顶部分离之后，剩余的泥水混合物经过一个同心的管道向下流入反应器底部，由此在反应器内形成循环流。气提动力来自于上升的和返回的泥水混合物中气体含量的巨大差别，因此，这个泥水混合物的内循环不需要任何外加动力。有意思的是，这个循环流的流量随着进液中COD的量的增大而自然增大，因此反应器具有自我调节的作用，原因是在高负荷条件下，产生更多的气体，从而也产生更多的循环水量，导致更大程度的进水的稀释。这对于稳定的运行意义重大。
深度净化室
经过一级沉降之后，上升水流的主体部分继续向上流入深度净化室，废水中残存的生物可降解的COD被进一步降解，因此这个部分等于一个有交的后处理过程。产生的气体在称为二级沉降的上部三相分离器中收集并导出反应器，由于在深度净化室内的污泥负荷较低、相对长的水力保留时间和接近于推流的流动状态，废水在此得到有效处理并避免了污泥的流失。废水中的可生物降解COD几乎得到完全的去除。由于大量的COD已在流化床反应室中去除，深度净化室的产气量很小，不足以产生很大的流体湍动，加之，内循环流动不通过深度净化室，因此流体的上流速度很小。这两个原因使生物污泥能很好地保留在反应器内，即使反应器负荷数倍于UASB时也如此。由于深度净化室的污泥浓度通常较低，有相当大的空间允许流化床部分的污泥膨胀进入其中，这就防止了高峰负荷时污泥的流失。
二、应用实例
IC反应器当前在造纸行业应用较多的是用各类废纸作原料的造纸厂，即二次纤维制浆造纸工厂，其中包括脱墨和不脱墨的各类废纸制浆工艺的废水处理。处理的目的包括实现一般的达标排放，通过治理后的废水回用，即不同程度的封闭循环，或者完全没有废水排放的零排放，达到节水和治污的双重目的。以下选择典型的情况作一介绍。
3家实现废水达标排放的造纸厂
（1）3家造纸厂情况介绍
工厂1（Sical，法国）
年产5万t瓦楞原纸和箱纸板，使用废纸为原料。1996年该厂建立了厌氧－好氧废水处理系统，其中厌氧反应器是100m3的IC反应器，设计废水处理能力为1000m3/d，处理COD2000kg/d。
工厂2（Wepa，德国）
年产7万t卫生纸，使用废纸脱墨制浆和部分商品浆。该厂原废水处理系统采用好氧的生物滴滤池和活性污泥工艺，在废水排放前还要经过一个氧化塘进一步净化。由于滴滤池的效果差、堵塞以及处理能力不足，该厂决定采用385m3的IC反应器取代滴滤池，设计能力为每天处理COD9520kg，废水流量为4000m3/d。
工厂3（Europa Carton III,德国）
年产30万t瓦楞纸和箱纸板，使用二次纤维为原料。直到1998年该厂还使用UASB反应器作为其厌氧－好氧工艺的关键设备，UASB之后是活性污泥工艺。由于生产能力增加，工厂需要新增12500kgCOD/d处理能力。最终工厂在465m3的IC反应器和1000m3的UASB反应器的方案中采用了前者。
以上3个造纸厂的IC反应器的主要几何尺寸如表1所示。
表1 3个造纸厂废水处理中的IC反应器特征尺寸[6,7]
| 工厂 | 反应器容积(m3) | 反应器直径(m) | 反应器高度(m) | 设计能力(kgCOD/D) |
| 1 | 100 | 2.85 | 16 | 2000 |
| 2 | 385 | 5 | 20 | 9520 |
| 3 | 465 | 5 | 24 | 12500 |
（2）3家工厂的运行情况
3家造纸厂的IC反应器运行中表现出的共同规律是随着废水COD浓度增高，COD去除率上升，研究发现这是因为废水COD的峰值主要由更容易生物降解的物质例如淀粉引起。3个反应器的运行都证明，COD去除效率是反应器容积负荷的函数，较高的负荷下COD去除率也较高。除了与进液浓度有关的生物可降解性的变化外，这个较高的去除率可以认为是高负荷下，由于产气的增加，流体内循环比例随之增大，使生物污泥和废水之间产生更强烈的接触。运行中COD浓度和反应器容积负荷波动非常大（见表2），但反应器的运行始终非常稳定，出水挥发性脂肪酸（VFA）始终很低。
运行情况表明，IC反应器在浓度和负荷大幅度波动的情况下，具有非常好的自我调节能力，反应器的运行始终稳定。
比利时VPK Oudegem纸厂高度封闭循环的废水处理系统
比利时VPK Oudegem纸厂原有生产能力1000t/d时，决定投资300万美元扩大其循环水处理系统，其目标是把循环水COD浓度从1000mg/L降低到5000mg/L。经过沉淀澄清以后，绝大部分直接回用于生产。全厂进入生化处理系统的循环水为500m3/h，其中350m3/h循环水不经过冷却直接进入IC反应器和曝气池处理，处理后全部回用于浆料的稀释及低压喷淋（图2回用水A）。另一部分（150m3/h）进入原有的厌氧（采用UASB反应器）－好氧系统（活性污泥法），出水可以经过过滤，成为质量更高的回用水B，主要用于真空泵的水封或者洗毛毯及铜网。经过一段时间处理后，生产系统排往水处理系统的循环水COD浓度由10000mg/L减少到5000mg/L，完全满足纸板厂工艺的要求。这个工厂在1999年开始生产。
图2 比利时VPK Oudegem造纸厂废水处理及回和流程[7]
表2 3家造纸厂IC反应器运行情况的平等数据[6,7]
| 工厂 | 设计最大负荷[kgCOD/(m3·d)] | 实际运行负荷[kgCOD/(m3·d)] | 进液COD浓度(mg/L) | COD去除率(%) |
| 1 | 20 | 5-26 | 650-2650 | 60-75 |
| 2 | 24 | 9-20 | 1510-2920 | 58-74 |
| 3 | 27 | 9-24 | 1250-3515 | 61-86 |
在零排放纸厂中的应用
如本文作者在另一篇文章中介绍的，厌氧技术引入纸厂的封闭循环和零排放系统，可以解决包括封闭循环和零排放后有机酸和盐积累引起的腐蚀、腐浆、产品臭味、操作条件恶化，二次胶粘物引起的树脂障碍，阴离子“垃圾”引起的湿部添加剂用量增加，钙积累引起的水硬度上升、设备结垢、纸机断纸次数增加等等问题，其中一些问题是单纯的好氧处理方法不能解决的[8]。
在废水零排放的造纸厂中已经成功运行了厌氧－好氧处理工艺，零排放的工厂，所有废水1-4m3/t纸，这些清水其实仅仅补充了蒸发和浆渣中带走的水分，废水处理系统可以看作是水的闭路循环的一个组成部分。第一个这样的“在线”工艺是1995年在德国的Kappa Zulpich纸板厂投入使用的。
致力于改进这类工艺的研究仍在继续进行，主要的想法除了使反应器更紧凑，效率更高外，还要适应封闭循环后水温升高的特点，使反应器能够直接处理水温高于40℃的循环水，而不必采用降温系统。采用IC反应器成功地实现了以上预期目的。
研究和实践证明，IC反应器除了以上突出优点外，还具有对含悬浮物的废水更好的适应性。通常认为轻质悬浮物易于将微生物从UASB反应器中带走，从而引起污泥流失，但在IC反应器悬浮物不引起污泥的流失。这对于轻质悬浮物含量高的废水较为重要，IC反应器用于含纤维的造纸废水和含大量酵母细胞的酵母生产废水处理的实践证明，轻质的悬浮物不影响反应器的处理效果，也不引起生物物质的流失。
以上两个优点使IC反应器在零排放造纸厂有取代UASB反应器的趋势[9]。
零排入实例1(Kappa Graphic Board)
荷兰某纸厂[9]使用废纸板为原料，每日生产400t箱纸板。生产过程的废水经过厌氧－好氧处理后全部回用，实现了废水零排放。厌氧工艺采用了IC反应器。图3是该厂废水处理系统的示意图。
图3 荷兰某造纸厂废水零排放工厂和循环水处理流程示意图[7]
这个工艺实际上是在原先采用中温的UASB反应器的零排放工厂的基础上改进的，以高温的IC代替了中温的UASB，循环水可以不经过降温直接处理，实际的运行温度是55℃。曝气塔是一个高10m的气提反应器（air lift reactor)，以压缩机和射流曝气器曝气。这个工厂设计处理量是90m3/h。整个设计效率高、占地少，并且非常好地适应高温条件。这个系统处理的效率为COD去除率90％以上，BOD去除率99％。由于有循环水的处理系统，工艺循环水的浓度维持在3000-4000mgCOD/L的水平。该厂于1999年10月启动运行，投资250万美元。
零排放实例2
西班牙的Papelera de la Alqueria造纸厂日产100t瓦楞原纸。该厂在技术上可以实现废水零排放，但是由于溶解性COD的积累，不得不排放废水，以便保持循环水浓度在18000mg/L以下。工厂最终决定建立厌氧－好氧处理系统。图4是仅仅包括调节、IC反应器、好氧处理三个步骤的工艺流程。预计在实现封闭循环后水温将上升，因此设计处理水温在55℃（温度范围40－60℃），为此必须培养嗜热的厌氧细菌，在这个厂的IC反应器和在上述的比利时工厂里，采用了逐步升温的办法实现晴热菌增长。这个工厂于2000年3月启动运行，工厂实现了零排放，并使工艺循环水浓度维持在5000mg/L以下，完全实现了设计目标。
图4 西班牙Papelera de la Alqueria造纸厂的零排放废水处理系统
参考文献
1 北京市环保科学研究院．难降解有机工业废水高效生物技术及其关键设备研究．国家“九五”科技攻关项目技术报告，2000．12
2 贺延龄、皇甫浩．造纸工业废水的厌氧处理技术（连载）－造纸工业废水与厌氧技术原理．西南造纸，1999（2）；16－18,1999(3);7-9,1999(4);9-11
3 贺延龄．废水的厌氧生物处理．北京：中国轻工业出版社，1998
4 Habets,L.H.A.The Applecation of Anaerobie Waste Water and Process Water Treatment in the Paper Industry.Technical Report,Pqques BV,The Nether lands.1999
5 戚恺．IC反应器在造纸行业的应用．国际造纸，2001，20（3）：59－60
6 Driessen,W.J.B.M.et al.Anaerobie treatment of recycled paper mill effluent with the internal circulation reactor,6th IAWQ Symposium on Forest Industry Wastewaters,Tampere,Finland,6-10 June 1999
7 Habets,L.H.A.et al.Zero Effluent by Application of biological Treatment at High Temperature,Research Report,Sponsored by the Dutch Program EET(Ecology,Economy and Technology).1999
8 贺延龄．废纸纸浆造纸的封闭循环和零排放．中华纸业，2001，22（2）：13－16
9 Habets,L.H.A.Introduction of the IC Reactor in the Paper Industry.Technica Report,Pqques BV,The Nethe lands.1999
【一、概述】 IC（internal circulation）反应器是新一代高效厌氧反应器，废水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。 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35～50kgCOD/(m3.d)；与UASB反应器相比，在获得相同处理效果的条件下，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，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，因此更加具有优势， 【二、IC与UASB区别】 随着国家对环保的日益重视，公司在废水末端处理方面也进行了大量的资金投入，如在造纸二部和板纸公司废水厌氧处理技术的应用足以证明。废水的厌氧处理技术以其运行成本低、节约能源、污泥易于处理等优点在废水处理中正发挥着越来越大的作用。 UASB与IC在运行上较大的差别表现在抗冲击负荷方面，IC可以通过内循环自动稀释进水，有效保证了第一反应室的进水浓度的稳定性。其次是它仅需要较短的停留时间，对可生化性好的废水的确是优点。大家同意因为IC运行稳定，抗冲击负荷效果好，容积负荷高，投资省等许多优于UASB的优点，是否就应该因此而放弃再选用UASB了呢？ IC缺点尤其在污水可生化性不是太好的情况下，由于水力停留时间比较短去除率远没有UASB高，增加了好氧的负担。另外，IC由于气体内循环，特别是对进水水质不太稳定的厂，导致IC出水水量极不稳定，出水水质也相对不稳定，有时可能还会出现短暂不出水现象，对后序处理工艺是有影响的。UASB比IC突出优点就是去除率高，出水水质相对稳定。但IC优点还是很多的，特别是对于高SS进水，比UASB有明显优势，由于IC上升流速很大，SS不会在反应器内大量积累，污泥可以保持较高活性。对于有毒废水也是如此！ IC运行温度的设计完全和UASB一样，在调试运行上和UASB区别不大，只是在刚进水调试时尽可能采用水力负荷高些，然后逐步交互提升水力、有机负荷，尽可能在负荷提升过程中保证第一反应室上升流速大于10m/小时，但较大水力负荷较好控制在20m/小时以下，这样即保证第一反应室污泥床的传质效果，也避免污泥流失．冬季进水管道及反应器较好保保温，因为厌氧菌对温度波动特敏感，对负荷波动适应要相对好的多．其实IC的调试比UASB要好调的多，能调试好UASB的，应该调试好IC没有太大问题．不是应为上升流速大，会不好控制而延长调试周期．IC它对进水水质的要求仅是相对稳定就行，它要求高的上升流速仅是满足第一反应室污泥床处于膨化状态，加大传质效果，IC的高度较高，你不必太担心会有污泥流失，因为内部它有两层三相分离，更何况第一反应室产气量较大，绝大部分沼气被第一反应室分离收集提升到顶部的气水分离气包进行气与泥水的分离．第二反应室气量少泥水更易分离沉降．若接种颗粒污泥基本一个月便可达到设计负荷是没有问题的，絮状污泥可能需三到五个月． 【三、结构组成】 它相似由2层UASB反应器串联而成。按功能划分，反应器由下而上共分为5个区：混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀区和气液分离区。 1）混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效地在此区混合。 2）第1厌氧区：混合区形成的泥水混合物进入该区，在高浓度污泥作用下，大部分有机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和流化状态，加强了泥水表面接触，污泥由此而保持着高的活性。随着沼气产量的增多，一部分泥水混合物被沼气提升至顶部的气液分离区。 3）第2厌氧区：经第1厌氧区处理后的废水，除一部分被沼气提升外，其余的都通过三相分离器进入第2厌氧区。该区污泥浓度较低，且废水中大部分有机物已在第1厌氧区被降解，因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区，对第2厌氧区的扰动很小，这为污泥的停留提供了有利条件。 4）沉淀区：第2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进行固液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒污泥返回第2厌氧区污泥床。 5）气液分离区：被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统，泥水混合物则沿着回流管返回到较下端的混合区，与反应器底部的污泥和进水充分混合，实现了混合液的内部循环。 从IC反应器工作原理中可见，反应器通过2层三相分离器来实现，获得高污泥浓度；通过大量沼气和内循环的剧烈扰动，使泥水充分接触，获得良好的传质效果。 【四、工作过程】 IC反应器外形是立式罐体，高度从16米到28米,，直径从1.5米到15米。需要处理的废水使用高效的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。 1）在反应器下部主处理区 2），绝大部分有机物质被转化为甲烷和二氧化碳。这些混合气体（或者叫做沼气）由下部的三相分离器 3）收集。产生的“气提”带动水流通过上升管 4）进入反应器顶部的气液分离器 5）沼气从这个分离器中溢出反应器，水流经过下降管 6）回到反应器的底部。基于这个原理：反应器被命名为内循环反应器。在上部的精处理区，废水被进一步处理 7）沼气在精处理阶段的液相中脱离出来，接着被上部的三相分离器收集，处理过的水从反应器顶部排出。 【五、优点】 IC 反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧处理影响因素方面比其它反应器更具有优势。 1）容积负荷高：IC反应器内污泥浓度高，微生物量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。 2）节省投资和占地面积：IC 反应器容积负荷率高出普通UASB 反应器3倍左右，其体积相当于普通反应器的1/4—1/3 左右，大大降低了反应器的基建投资；而且IC反应器高径比很大（一般为4—8），所以占地面积少。 3）抗冲击负荷能力强：处理低浓度废水（COD=2000—3000mg/L）时，反应器内循环流量可达进水量的2—3 倍；处理高浓度废水（COD=10000—15000mg/L）时，内循环流量可达进水量的10—20倍。大量的循环水和进水充分混合，使原水中的有害物质得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。 4）抗低温能力强：温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物，温度对厌氧消化的影响变得不再显着和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件（20—25 ℃）下进行，这样减少了消化保温的困难，节省了能量。 5）具有缓冲pH值的能力：内循环流量相当于第1 厌氧区的出水回流，可利用COD转化的碱度，对pH值起缓冲作用，使反应器内pH值保持较佳状态，同时还可减少进水的投碱量。 6）内部自动循环，不必外加动力：普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而IC 反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。 7）出水稳定性好：利用二级UASB串联分级厌氧处理，可以补偿厌氧过程中K s高产生的不利影响。Van Lier[6]在1994年证明，反应器分级会降低出水VFA浓度，延长生物停留时间，使反应进行稳定。 8）启动周期短：IC反应器内污泥活性高，生物增殖快，为反应器快速启动提供有利条件。IC反应器启动周期一般为1～2个月，而普通UASB启动周期长达4～6个月[7]。 9）沼气利用价值高：反应器产生的生物气纯度高，CH4为70%～80%，CO2为20%～30%，其它有机物为1%～5%，可作为燃料加以利用 IC 反应器当前在造纸行业应用较多的是用各类废纸作原料的造纸企业，处理的目的包括实现一般的达标排放，通过治理后的废水回用，从而达到节水和治污的双重目的。 【六、适用范围】 IC厌氧反应器是一种高效的多级内循环反应器，为第三代厌氧反应器的代表类型(UASB为第二代厌氧反应器的代表类型)，与第二代厌氧反应器相比，它具有占地少、有机负荷高、抗冲击能力更强，性能更稳定、操作管理更简单。当COD为10000-15000mg/1时的高浓度有机废水;第二代UASB反应器一般容积负荷为5-8kgCOD/m3;第三代AIC厌氧反应器容积负荷率可达15-30kgCOD/m3。 IC厌氧反应器适用于有机高浓度废水，如，玉米淀粉废水、柠檬酸废水、啤酒废水、土豆加工废水、酒精废水。 IC反应器广泛应用于：啤酒、发酵、造纸、食品、饮料及化工等行业，
内循环（IC）厌氧反应器在废水处理中的应用
内循环提高了反应区的液相上升流速，加强了废水中有机物和颗粒污泥间的传质，使得处理同类废水时，该反应器的有机负荷达到UASB反应器的2～4倍。IC厌氧反应器具有高径比大、上流速度快、有机负荷高、传质效果好等优点，其去除有机物能力远超过UASB等二代厌氧反应器[3]，代表着当今废水处理领域厌氧生物反应器的最高水平。当前，IC厌氧反应器被广泛应用于各类工业废水的处理，已经成为当今环保行业的研究热点。
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IC厌氧反应器的基本原理及特点
1.1 IC厌氧反应器的基本原理
IC厌氧反应器由两个UASB反应器上下叠加串联而成，其高度可达16～25m，高径比一般为4～8，主要由5个部分组成：布水区、第一反应室、第二反应室、内循环系统和出水区，其中内循环系统是IC工艺的核心结构。IC厌氧反应器的结构示意图如下。
废水首先进入反应器底部的混合区，并与来自回流管的内循环泥水混合液充分混合后进入第一反应室进行污染物的生化降解，此处的COD容积负荷很高，大部分进水COD在此处被降解，并产生大量沼气。沼气由下层三相分离器收集，并沿着回流管上升。沼气上升的同时把第一反应室的混合液提升至IC厌氧反应器顶部的气液分离器，沼气在此处与泥水分离并被导出反应器。泥水混合物则沿着回流管返回反应器底部，并与进水充分混合进入第一反应室，形成内循环。经过第一反应室处理过的污水，会自动进入第二反应室继续处理。产生的沼气由第二反应室的集气罩收集，通过提升管进入气液分离器。第二反应室中的混合液在沉淀区进行固液分离，处理过的上清液由出水管排出，沉淀的污泥可自动返回到第二反应室。
1.2 IC厌氧反应器的工艺特点
IC厌氧反应器独特的内循环系统，加强了废水中有机物和颗粒污泥间的传质，从而大幅提高了反应器的COD容积负荷，IC厌氧反应器的有机负荷是普通UASB反应器的3倍左右，同时反应器在保证去除效果的条件下，能达到较低的水力停留时间。IC厌氧反应器实际上是一种特殊的气提式反应器，其提升动力源自反应器中的自产沼气，这样反应器不必通过外力实现强制循环，节省了能耗。反应器中内循环系统的形成使得反应器内第一反应室的实际水量远大于进口水量，内循环水稀释了进水，提高了反应器的抗冲击能力和酸碱调节能力。在处理相同的废水时，IC厌氧反应器的容积负荷是普通UASB的4倍左右，因此其所需的体积仅为UASB的1/4～1/3，利于节省基建投资，而且IC厌氧反应器具有很大的高径比，占地面积非常小。
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IC厌氧反应器的启动
由于目前国内已建立了许多生产性UASB装置，所以可以采用UASB反应器的颗粒污泥作为IC厌氧反应器启动时的接种污泥。当采用UASB反应器的接种污泥作为IC厌氧反应器的接种污泥时，则从UASB反应器的颗粒污泥演变为IC厌氧反应器的颗粒污泥，一般需要1～2个月的启动过程。丁丽丽等[4]采用UASB中的颗粒污泥接种IC厌氧反应器处理人工合成废水，反应器初次启动在40天内完成。王克浩等采用自行设计的一套IC厌氧反应器装置，接种啤酒厂生产废水消化污泥，采用人工配水对其进行启动运行，历时60天时间完成了反应器的启动。IC厌氧反应器的启动时间虽然比UASB要短，但要达到反应器内部的无动力内循环仍然需要较长的时间。现今，如何快速地启动反应器成为了学者们研究的热点。
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内循环反应器的工业应用
3.1 处理酒精废水
酒精是重要的化工原料，广泛应用于化学工业、食品工业、日用化工、医药卫生等领域。随着石油、煤炭等自然资源逐年减少，且不可再生，可替代能源的发展受到越来越多的关注。酒精燃料是一种可再生的清洁能源，已成为最佳替代能源之一。由此在生产酒精过程中产生的废水也越来越多，传统的厌氧工艺处理这类高浓度废水效果不理想。中粮生化（北海）能源有限公司采用荷兰帕克IC反应器处理木薯酒精废液，每天处理废水3000m3，进水COD在3万～3.5万mg/L，COD去除率达到90%。河南天冠燃料乙醇有限公司是一家燃料乙醇生产企业，引进了IC厌氧反应器，经过一段时间的调试，使容积负荷达到了12kgCOD/m3·d，COD的去除率达到了93%。
3.2 处理生物制药废水
随着生物制药行业的不断发展和壮大，生物制药工业给环境带来的压力越来越突出，目前生物制药工业是国家环境保护规划重点治理的12个行业之一。生物制药生产过程中产生大量废水，且成分复杂，有机污染物种类多、浓度高、色度深，处理难度大，尤其是有的制药废水还含有生物毒性物质，增加了生物制药废水的处理难度。皖北某公司将IC反应器用于抗生素废水的处理中，取得了良好的效果，IC反应器对COD的平均去除率达到了78%，出水COD在2000mg/L以下，能满足后续好氧和气浮处理负荷的要求，从而确保了整个废水处理系统出水的达标排放。
3.3 处理造纸废水
随着社会的进步与发展，人们对纸张的需求日益增大，使得全世界造纸工业得到迅猛发展。但随着纸张的产量和消费的增加，造纸工业用水量和废水排放量也随之增加。造纸工业废水排放量大，污染严重。造纸生产过程中，采用不同的原料或加工工艺生产的纸浆，其污染物发生量悬殊，各种制浆废水中会有多种对生物有害物质。在世界范围内，造纸工业水污染治理已经成为造纸行业乃至整个社会关注的热点，也是造纸工业生存发展的关键。河南新密一家以废旧纸板为原料生产瓦楞纸的造纸企业利用改进型IC厌氧反应器在常温下处理造纸废水，经过2个月的调试，反应器达到设计负荷12kgCOD/m3·d。进水COD在10,000mg/L左右，出水COD稳定在1400mg/L左右。
3.4 处理啤酒废水
啤酒废水的高浓度部分来自糖化和发酵车间，其高浓度部分COD浓度为2000～4000mg/L。其低浓度部分的废水量大，COD浓度仅为300～800mg/L。啤酒废水的BOD/COD值在0.7左右，且不含明显抑制厌氧微生物生长的物质，具有可生化性强等特点。
全球已建成的IC厌氧反应器大部分用于处理啤酒废水。目前我国已有多家啤酒厂应用了此工艺。IC厌氧反应器和UASB反应器处理啤酒废水的对比情况见下表所示。由表可见，IC厌氧反应器处理啤酒废水的COD容积负荷可达15～30kg/m3·d，水力停留时间为2～4.2h，去除率在75%以上，而处理啤酒废水的UASB反应器的COD容积负荷一般仅为4～7kg/（m3·d）。
3.5 其他废水的处理
IC厌氧反应器逐渐被应用于各种废水的处理，日照博源生化有限公司和山东柠檬生化有限公司都是采用荷兰帕克的IC反应器处理柠檬酸废水，进水COD在1万mg/L左右，COD去除率达到85%以上。某化工厂采用IC厌氧反应器处理PTA废水，废水经过调节池调节后泵入2台体积为1680m3的IC厌氧反应器，PTA废水TOC去除率达85%～95%。某印染厂应用IC厌氧反应器处理印染废水，COD去除率可达到80%以上，色度去除率达到70%以上。
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结 语
综上所述，IC厌氧反应器具有容积负荷率高、处理容量大、投资少、占地面积小、启动速度快、运行稳定等优点，并在酒精、制药、啤酒、造纸、印染等工业废水的处理中发挥了较高的去除效果，在工程技术上已经趋于成熟。但对于我国来说，目前对于IC厌氧反应器在废水领域中应用的研究还不够深入，仍有不少值得研究的地方。今后，应更加注重扩大IC厌氧反应器在废水领域中的应用范围，深入研究反应器动力模型的合理性和实用性，以及反应器的快速启动及颗粒污泥的培养技术等内容。
（转自：环境工程，来源：《中国环保产业》）
