王 磊

(上海泓濟(jì)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，上海 200092)

近年來(lái)，我國(guó)城市化進(jìn)程加快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建成的和在建的各類工業(yè)園區(qū)數(shù)量達(dá)到了約9 000個(gè)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，工業(yè)廢水排放量占全國(guó)污水排放總量的45%左右，而隨著市政規(guī)劃日趨完善，新建的工業(yè)企業(yè)多坐落于工業(yè)園區(qū)內(nèi)。隨著污水排放指標(biāo)日益趨嚴(yán)，工業(yè)園區(qū)的污水治理受到了極大關(guān)注。不同于城鎮(zhèn)污水處理廠的污水，工業(yè)園區(qū)污水中除了生活污水，還有各種工業(yè)企業(yè)初步處理后的廢水，加之園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水質(zhì)水量變化大，污染物濃度高，污染物種類多且具有高毒性及可生化性差的特性[1]，因此，園區(qū)廢水若采用常規(guī)的城市污水處理廠的AAO、SBR工藝處理，往往難以達(dá)到一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)。水解酸化作為一種基于生化的預(yù)處理工藝，具有運(yùn)行費(fèi)用低、控制簡(jiǎn)單、效果顯著的特點(diǎn)。

1 水解酸化

厭氧過(guò)程一般分為三個(gè)階段[2]：水解發(fā)酵階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。水解酸化就是將厭氧過(guò)程控制在反應(yīng)速率較快的第一階段和第二階段，即將大分子雜環(huán)的不溶性有機(jī)物水解為小分子的可溶性有機(jī)物，將難以生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子有機(jī)物質(zhì)的過(guò)程。水解反應(yīng)是有機(jī)底物進(jìn)入細(xì)胞之前，胞外進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，是復(fù)雜的非溶解性聚合物被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體的過(guò)程[3]。

水解酸化是一種介于好氧和厭氧處理法之間的方法，與其他工藝組合可以降低處理成本，提高處理效率，改善廢水的可生化性，為后續(xù)生化處理奠定良好基礎(chǔ)。

1.1 水解酸化的影響因素

1.1.1 底物的種類和粒徑大小

不同種類底物的水解難易程度也不同，底物種類對(duì)水解反應(yīng)速率產(chǎn)生重要影響。如脂肪、蛋白質(zhì)、多糖三類物質(zhì)，在相同反應(yīng)條件下，水解的速率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；對(duì)于同類型有機(jī)物，分子量越大越難水解；對(duì)于不同分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，水解由易到難為直鏈結(jié)構(gòu)>支鏈結(jié)構(gòu)>環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

底物粒徑大小對(duì)水解的速率也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，顆粒粒徑越大，比表面積越小，就越難于水解。

1.1.2 容積負(fù)荷

對(duì)于水解反應(yīng)器，容積負(fù)荷設(shè)計(jì)取值較低，提高水力停留時(shí)間，使污染物質(zhì)與水解微生物接觸時(shí)間加長(zhǎng)，溶解出CODCr濃度變高，水解也越完全。對(duì)于含有難生物降解物質(zhì)比例較大的污水，容積負(fù)荷應(yīng)取相對(duì)較低值。

1.1.3 配水系統(tǒng)

廢水和水解污泥的良好接觸是保證水解池高效運(yùn)行的必要條件，因此水解要有均勻的配水系統(tǒng)，保證反應(yīng)器泥水可以充分接觸。為達(dá)到此效果，可采用多點(diǎn)進(jìn)水的分配裝置來(lái)將進(jìn)水在水解反應(yīng)裝置中均勻分配。

1.1.4上升流速

為確保水解反應(yīng)器中泥水的充分接觸及出水水質(zhì)，水解池的上升流速應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。當(dāng)上升流速偏低時(shí)，大量的較密實(shí)的活性污泥沉積在水解池的底部，在污水上升的過(guò)程中，泥水不能充分接觸反應(yīng)，從而導(dǎo)致了去除效果較差。當(dāng)上升流速偏高時(shí)，會(huì)造成水解池的活性污泥大量流失，系統(tǒng)無(wú)法保證效果。

2 UC水解工藝包概述

2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

上海泓濟(jì)環(huán)保科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“泓濟(jì)公司”)從水解酸化運(yùn)行效果和維護(hù)便利性等出發(fā)，基于上流式復(fù)合型水解酸化反應(yīng)器開(kāi)發(fā)了上流式耦合水解反應(yīng)器(up-flow coupling hydrolysis-acidogenosis reactor)，即UC水解工藝包。UC水解反應(yīng)器自上而下依次為出水區(qū)、配水區(qū)、沉淀耦合反應(yīng)區(qū)、污泥反應(yīng)區(qū)、布水區(qū)，具體工藝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

污水收集后，由配水區(qū)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布水器均勻分配到池底的布水區(qū)，再經(jīng)反應(yīng)區(qū)處理后排出。配水自上而下，與傳統(tǒng)的水解反應(yīng)工藝中污水自下而上的水力流程不同。大量的工程案例表明，這一設(shè)計(jì)能徹底解決傳統(tǒng)水解酸化工藝中出現(xiàn)的布水不均、布水管易堵塞及污泥流失等問(wèn)題。

圖1 UC水解工藝包結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure Diagram of UC Technology

UC水解工藝包結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下。

(1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布水器一方面能夠保證水解反應(yīng)器均勻布水，泥水充分接觸，達(dá)到良好水解效果；另一方面可以通過(guò)底部布水帽上翻水流起到較好的水力攪拌作用，有助于提升生化反應(yīng)的傳質(zhì)效率。底部布水帽的布置可以有效解決出水口因污泥沉降而易堵塞的問(wèn)題。

(2)設(shè)置在沉淀耦合反應(yīng)區(qū)的固定床平板填料能有效攔截輕質(zhì)的水解污泥，并作為微生物的載體使厭氧污泥吸附固定在填料上，一方面增加了微生物的量，另一方面豐富了微生物的種類，保證水解反應(yīng)器里的污泥濃度和微生物多樣性。

(3)傾斜安裝的固定床平板填料可發(fā)揮斜板沉淀作用，有效改善沉淀區(qū)的分離效果，降低分離區(qū)水力負(fù)荷，提高固液分離效率。

2.2 工藝包特點(diǎn)

(1)水解酸化的產(chǎn)物主要為小分子有機(jī)物，可生化性較好。經(jīng)過(guò)UC水解工藝包處理后，可提升原污水的可生化性，減少后續(xù)反應(yīng)的時(shí)間，并降低處理能耗。

(2)不需要密閉池，不需要攪拌器，不需要水、氣、固三相分離器，降低了造價(jià)，便于維護(hù)。整個(gè)工藝包除了提升來(lái)水外無(wú)需其他動(dòng)力，能耗低，效率高。

(3)出水無(wú)厭氧發(fā)酵的不良?xì)馕?，可改善處理廠的環(huán)境，啟動(dòng)時(shí)間短，對(duì)進(jìn)水pH、溫度要求小，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。

2.3 UC水解工藝包與傳統(tǒng)推流式水解酸化池的比較

目前，工程設(shè)計(jì)中使用較為普遍的厭氧水解有升流式厭氧污泥床和厭氧接觸法(推流式水解酸化池)，分別對(duì)兩種方式的水解反應(yīng)器進(jìn)行比較分析，如表1所示。根據(jù)2個(gè)方案的定性及定量比較結(jié)果，UC水解工藝占有明顯優(yōu)勢(shì)，是適合工程應(yīng)用的水解酸化技術(shù)。

表1 水解工藝比較

(續(xù)表)

3 工程實(shí)例

UC水解工藝包在諸多市政污水、園區(qū)污水處理工程中得到應(yīng)用，根據(jù)其實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，污水經(jīng)過(guò)沉砂池處理后進(jìn)入U(xiǎn)C水解，可顯著提高污水可生化性，同時(shí)UC水解工藝包對(duì)COD及SS也有一定的去除能力。某工業(yè)園區(qū)污水集中處理工程設(shè)計(jì)規(guī)模為5萬(wàn)m3/d，一期處理規(guī)模為2萬(wàn)m3/d，二期處理規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，其中生活污水約占15%，工業(yè)廢水約占85%。該污水處理廠出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 UC水解單元設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)變化系數(shù)：1.35；

(2)停留時(shí)間：8 h；

(3)水力負(fù)荷：1.01 m3/(m2·h)。

3.2 UC水解單元運(yùn)行結(jié)果

在UC水解穩(wěn)定運(yùn)行一年后，連續(xù)7 d對(duì)進(jìn)入水解單元的污水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，水質(zhì)如表2所示。由表2可知，廢水的B/C約為0.29，生化性較差。

表2 平均進(jìn)水水質(zhì)表

3.2.1 CODCr、SS去除情況

在UC水解穩(wěn)定運(yùn)行一年后，連續(xù)7 d監(jiān)測(cè)進(jìn)入U(xiǎn)C水解前和經(jīng)過(guò)UC水解處理后的水質(zhì)，CODCr和SS去除率情況如圖2所示。由圖2可知，UC水解單元對(duì)CODCr及SS有一定的去除率，CODCr去除率約14%，SS去除率約37%。基于水解酸化的工作原理，UC水解工藝重點(diǎn)在于污染物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的改變，改善廢水的生物降解性能，而不在于CODCr總量的去除[4]。由于傾斜安裝的固定床平板填料發(fā)揮了斜板沉淀作用，故SS得到了較好的去除。

3.2.2 污水B/C提高情況

在UC水解穩(wěn)定運(yùn)行一年后，連續(xù)7 d監(jiān)測(cè)進(jìn)入U(xiǎn)C水解前和經(jīng)過(guò)UC水解處理后的水質(zhì)，對(duì)CODCr和BOD進(jìn)行檢測(cè)，B/C的變化如圖3所示。由圖3可知，進(jìn)水B/C平均在0.29，低B/C是由于廢水中含有大量的工業(yè)廢水，大分子難降解有機(jī)物含量較高，廢水生化性差。經(jīng)過(guò)UC水解單元處理后，B/C可提升至平均為0.35，生化性提高顯著。

圖2 UC水解對(duì)污染物去除率Fig.2 Removal Rate of Pollutants by UC

圖3 UC水解對(duì)B/C比的提升Fig.3 Promotion of B/C Ratio by UC

4 結(jié)論

綜上所述，水解酸化工藝作為一種工業(yè)園區(qū)污水的預(yù)處理工藝，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，UC水解工藝包作為一種改良型的上流式水解酸化工藝包，可以大幅度提高廢水的可生化性，為后續(xù)主生化單元提供良好的條件。同時(shí)，UC水解工藝包還可去除部分COD和SS，起到了初沉池和水解酸化的雙重功效，是一種有效且運(yùn)行費(fèi)用低的處理工藝，適合投入使用于工業(yè)園區(qū)污水處理工程。

[1]張寶偉.關(guān)于城市環(huán)境工程污水治理探析[J].科研,2015(10):221-222.

[2]趙大傳,倪壽濤,崔清潔.生活污水水解酸化的研究[J].山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2006,21(2):154-158.

[3]吳為.改良水解/微孔曝氣一體化氧化溝處理低碳氮比城市污水中試研究[D].武漢：華中科技大學(xué),2011.

[4]毛衛(wèi)兵,陸少鳴,朱爭(zhēng)亮.厭氧折流板反應(yīng)器在制藥廢水處理中的研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2004,30(11):3-5.