IC 反应器颗粒污泥培养试验研究
李阳，李红艺*
，曹莹
（南京工程学院环境工程系，江苏南京211000）
摘要［目的］探讨IC 反应器中污泥颗粒化的最佳条件。［方法］以处理人工配制葡萄糖废水为例，研究IC 反应器中颗粒污泥的快速培养及其影响因素，探讨污泥颗粒化的最佳条件。［结果］污泥经过反应器外静态培养、反应器内动态培养，在一个培养周期内出现颗粒
污泥，颗粒污泥粒径为1．0 1．5mm 。IC 反应器的进水COD 浓度为5000mg /L ，上升流速为0．9m /h ，pH 稳定在7左右，培养过程中加
入辅助物质（絮凝剂和活性炭），并以成熟的颗粒污泥进行接种，均可以加快污泥颗粒化进程。［结论］该研究为IC 反应器的快速启动提供参考。
关键词IC 反应器；颗粒污泥；颗粒化最佳条件中图分类号X703．3文献标识码A 文章编号0517－6611（2012）04－02151－03Experimental Study on Granular Sludge Cultivation Based on IC Reactor
LI Yang et al （Department of Environmental Engineering ，Nanjing Institute of Technology ，Nanjing ，Jiangsu 211000）Abstract ［Objective ］We aimed to discuss the optimum conditions of sludge granulation on the basis of IC reactor．［Method ］By using the formulated glucose wastewater ，we studied the rapid cultivation of granular sludge as well as its influencing factors ，so as to discuss the opti-mum conditions of sludge granulation．［Result ］Through the static culture outside of IC reactor and dynamic culture in the IC reactor ，we found granular sludge during a training cycle ，with particle size of 1．0－1．5mm．In the influent water of IC reactor ，when the concentration of COD was 5000mg /L ，the rising velocity was 0．9m /h ，pH was around 7，and auxiliary materials （like flocculant and active carbon ）and mature granular sludge were added to the actor during the training process ，the sludge granulation process can be improved．［Conclusion ］The research could provide references for the rapid start-up of IC reactor．
Key words IC reactor ；Granular sludge ；Optimal conditions of sludge granulation
基金项目
江苏省大学生创新项目（166201100022）；南京工程学院科
研基金项目（QKJC2010011）；江苏省科技支撑（工业）项目（BE2010203）。
作者简介李阳（1990－），男，山东枣庄人，本科生，专业：环境工程，
E-mail ：lysn6381@126．com 。*通讯作者，副教授，硕士，从事
环境监测和水污染控制工程专业研究，
E-mail ：hjlihongyi@snjit．edu．cn 。
收稿日期2011-11-07IC 厌氧反应器是荷兰PAQUES 公司于1985年在UASB 反应器的基础上开发出来的一种新型反应器。由于具有容积负荷率高、处理容量大、投资少、占地面积小、启动快、运行稳定等特点，而备受人们的广泛关注，已成功地应用于啤酒、造纸、柠檬酸等废水的处理中。IC 反应器中颗粒污泥的培养占有重要地位，是IC 反应器成功启动的关键。目前，关于UASB 、EGSB 反应器内颗粒污泥的特性及形成过程已有不少研究报道，
而对IC 反应器内颗粒污泥形成特性的研究却相对较少。因此，笔者以处理人工配制葡萄糖废水为例，探讨IC 反应器颗粒污泥的快速培养及其影响因素，从而为IC 反应器的快速启动提供参考。1材料与方法1．1
IC 反应器
自行设计IC 反应器，材料为有机玻璃，总
高度为2500mm ，直径为200mm ，高径比为12．5ʒ1，有效高度为2000mm ，有效容积63L （图1）。在结构上，IC 反应器由污泥床反应区、
精细处理区、布水器、三相分离器、气体提升管、
污泥回流管和气液分离器等组成［1］
。该装置由进水系
统、计量泵、IC 反应器、出水系统、气体测量装置组成。首先，人工配水经过计量泵打入IC 反应器内进行降解；废水在第一反应区与污泥充分混合，经过降解后的废水进入第二反应区做进一步处理；同时，由另一计量泵将内循环口的水抽出打入底部的内循环口进行内循环，以加大进水流量；最后，废水经出水口排出反应器。第一、
第二反应区产生的沼气经过两级三相分离器在集气室得以收集，最终经过气体测量装置测量产气量后排出系统
。
注：a．进水口；b．出水口；c．采样口；d．内循环口；e．通气口；f．沼气出口。
图1
IC 反应器试验流程
1．2试验用水试验用水为人工配制葡萄糖水，同时投加
尿素、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾等调节CODʒNʒP 约为200ʒ5ʒ1，并补加少量微量元素，以氢氧化钠调节进水pH 。1．3
接种污泥
试验用接种污泥为南京江宁污水处理厂匀
质池好氧活性污泥，经过厌氧转化而得。接种污泥的混合液悬浮固体（MLSS ）为21407mg /L ，混合液挥发性悬浮固体（MLVSS ）为15081mg /L ，污泥体积指数（SVI ）为38．31。1．4
分析方法COD 采用重铬酸钾滴定法测定；pH 采用玻璃电极法测定；产气量根据排出液体确定；MLVSS 采用燃烧称重法测定。2结果与分析2．1
颗粒污泥培养
该试验共分两个阶段运行：第一阶段
为污泥的静态培养阶段。采用COD 浓度为500mg /L 的配制废水培养污泥，使之在进入IC 反应器后可以快速适应外界条件。在静态培养期间，
培养污泥由好氧状态变为厌氧状态，厌氧微生物大量繁殖，为进入IC 反应器动态培养奠定了
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri．Sci．2012，40（4）：2151－2153责任编辑杨莹莹责任校对李岩
基础。第二阶段为IC 反应器动态培养阶段。将静态培养好的污泥加入到IC 反应器中，
reactor4
通过逐渐加大进水COD 浓度、改变进水流速、调节进水pH 、加入辅助培养物质、接种少量成熟颗粒污泥等措施使污泥颗粒化，
并探究培养颗粒污泥的最佳试验条件。试验前期污泥生长缓慢，为絮状污泥，COD 去除率不高，产气率也很低，而且还有很严重的跑泥现象，使得污泥大量流失，
不利于颗粒污泥培养。加入絮凝剂和活性炭等辅助培养物质后，
跑泥现象减缓。随着进水COD 浓度和进水流速的增加，污泥颗粒化程度随之增加，COD 降解率和产气率也相应增加。加入少量成熟的颗粒污泥接种后，污泥颗粒化速度明显加快。污泥进入IC 反应器22d 就出现少量颗粒状污泥，
之后颗粒状污泥不断增多、变大，试验结束时颗粒污泥粒径已达1．0 1．5mm （图2和3）
。
图2
培养的颗粒污泥
图3
污泥镜检照片
2．2颗粒化过程中进水COD 浓度的变化
研究表明，
IC 反应器进水COD 浓度很大，进水COD 浓度可从2000升至10000mg /L ［2］。该试验将进水COD 浓度由2000mg /L 逐渐加大到6000mg /L ，
分析进出水COD 及COD 去除率随时间的变化规律（图4）。试验初期进水COD 浓度为2000mg /L ，污泥增长缓慢，出水COD 浓度较高，COD 去除率不太理想。而且由于跑泥现象产生，
COD 去除率明显降低。后来逐渐加大进水COD 浓度，虽然出水COD 浓度为1000mg /L 左右，但COD 去除率显著增加。当进水COD 浓度为4000mg /L 时，11 16d COD 去除率快速增加，达70%左右。因为在第22天时出现污泥颗粒化现象，与之前絮状污泥相比，COD 去除率会有所增加。当进水COD 浓度为5000mg /L 时，COD 去除率平稳上升，这说明此时反应器中的颗粒污泥已具有良好的稳定性，各项性能都趋于稳定，微生物的繁殖代谢在适宜条件下进行，此时期是颗粒污泥培养的黄金时期。当进水COD 浓度为6000mg /L 时，COD 去除率有所降低，这可能由于外界浓度过高，
微生物的代谢受到了抑制
。图4
进出水COD 及COD 去除率随时间变化
由图5可知，试验初期由于反应器刚启动，导致了产气率的不稳定。随着COD 浓度的增加，产气率也逐渐增加。第22天出现污泥颗粒化之后，产气率明显增加。当进水COD 浓度为5000mg /L 时，产气率稳定增加；而进水COD 浓度为6000mg /L 时，
产气率反而会下降，这与COD 去除率变化一致。可见，要想使污泥颗粒化进程处于稳定状态，进水COD 浓度为5000mg /L 是一个关键点
。
图5进水COD 浓度和产气率随时间变化
2．3颗粒化过程中上升流速的变化资料表明，上升流速
为0．5 1．0m /h 时，
有利于污泥颗粒化培养［3］
。该试验中，进水上升流速分别为0．5、
0．7、0．9和1．1m /h 。IC 反应器启动初期，污泥为絮状，性能不稳定，上升流速过大过小都不利于颗粒化，
于是试验一开始取经验数据0．5m /h 。由图6可知，上升流速为0．5m /h 时，产气率变化不定。第16天将上
升流速增至0．7m /h ，第22天反应器内就出现颗粒污泥，而且产气率快速增加。当上升流速为0．9m /h 时，
产气率的变化趋于稳定，达最高值（19ml /h ）。说明此时的污泥活性最高，
微生物繁殖代谢最快，上升流速有利于污泥的颗粒化进程。当上升流速进一步增加到1．1m /h 时，产气率反而有所下降，
说明上升流速过大会使已经颗粒化的污泥被进水冲散，
使其性能降低。因此上升流速为1．1m /h 时不利于颗粒化进程。可见，该试验中0．9m /h 的上升流速是加快污泥颗粒化的最佳流速。2．4
颗粒化过程中进出水pH 的变化
厌氧微生物对酸碱
环境的适应范围较窄，对pH 的波动较敏感，尤其是产甲烷菌，其最适pH 为6．6 7．5。厌氧酸化阶段形成的大量挥发性脂肪酸（VFA ）和生物降解产生的CO 2会降低体系的pH ，如果H 2CO 3和VFA 的浓度超过碱度的缓冲作用，反应器就会酸化而严重抑制甲烷菌的生长。pH =6．6作为厌氧消化体系运行的最低限
［4］
。由图7可见，试验初期进水pH 为
7，但由于反应器运行不稳定，致使出水pH 变得很低，曾降至
2
512安徽农业科学2012年
图6进水上升流速与产气率随时间变化
5．8，严重抑制了厌氧微生物的活动，污泥增长缓慢。于是向水中加入NaOH ，
并加入磷酸二氢钾、磷酸氢二钾酸碱缓冲对，
将进水pH 调至8。运行一段时间后，出水pH 为7左右，此时污泥颗粒化进程加快。试验后期，颗粒污泥趋于稳定，再将pH 调至7．5，仍然加入磷酸二氢钾、磷酸氢二钾酸碱缓冲对，
此时出水pH 能保持在7左右，微生物的活性就不会受到抑制，
更有利于颗粒污泥的形成
。图7进出水pH 随时间变化
2．5颗粒化过程中加入辅助物质对COD 去除率和产气率
的影响
试验初期，污泥增长十分缓慢，并有严重的跑泥现
象，使反应器内污泥的量减少，不利于颗粒化的形成。其主要原因是刚加入的絮状污泥虽经过静态培养但还是不够稳定，
不能够适应突然增加的负荷，污泥松散，固着能力差，会被出水带走。但向泥中加入絮凝剂FeCl 3和活性炭后，由于絮凝原理和活性炭的吸附作用，
会固着污泥使污泥不随出水流出，
不仅会消除跑泥现象，还会加快污泥颗粒化的进程。该试验中，每升污泥中加入150mg FeCl 3和150mg 活性炭
［5］
，设置3组对比试验。试验1中，进水COD 浓度为4000
mg /L ，不加入任何辅助物质，污泥颗粒化进程十分缓慢，COD 去除率、产气率非常低；试验2中，进水COD 浓度为4000mg /L ，加入FeCl 3和活性炭，污泥变得紧密，颗粒化进程加快，COD 去除率、产气率有所提高；试验3中，进水COD 浓度为4000mg /L ，
加入FeCl 3和活性炭，同时加入已经成熟的颗粒污泥进行接种，会发现污泥颗粒化进程最快，
COD 去除率、产气率最大（图8、9）。污泥会以成熟的颗粒污泥为载体，
附着在颗粒污泥上不断进行增殖，代谢速度也加快，
颗粒化进程大大提高
。图8对比试验中COD
去除率随时间变化
图9对比试验中产气率随时间变化
3结论
（1）IC 反应器启动初期，进水COD 浓度不要太高，随
着进水COD 浓度增加，
颗粒化进程加快。当进水COD 浓度为5000mg /L 时，污泥颗粒化进程最快，有利于颗粒污泥的培养。
（2）IC 反应器的进水上升流速为0．5 1．0m /h ，进水上升流速为0．9m /h 时，最有利于污泥颗粒化。
（3）pH 稳定在7左右时，可保证污泥颗粒化正常进行。当反应器启动时，进水pH 可调至8，使出水pH 为7左右。随着颗粒化过程的进行，进水pH 可降至7．5。
（4）向培养污泥中加入絮凝剂和活性炭，并以成熟的颗粒污泥进行接种，对厌氧污泥颗粒化有着明显的加快作用。参考文献
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22－24．（上接第2141页）
态平衡的重建入手，将农业生态系统的能量的高效利用、营养物质和水资源的高效循环作为目标，通过三大目标的实现，
使农业资源得到充分利用，生态环境得到改善，间接效果则表现为降低农业成本，增加农民收入，使农业和农村实现可持续发展
［5］
。而循环农业目标的实现与作物遗传育种有
着不可分割的关系。作物遗传育种在循环农业中具有举足轻重的作用，对粮食安全、生态安全、经济发展和社会稳定产
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3
51240卷4期李阳等IC 反应器颗粒污泥培养试验研究

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