研究城市污水的厭氧水解生物法處理工藝
厭氧水解處理工藝是考慮到產(chǎn)甲烷菌與水解產(chǎn)酸菌生長速度不同，在反應(yīng)器中利用水流動的淘洗作用造成甲烷菌在反應(yīng)器中難于繁殖，將厭氧處理控制在反應(yīng)時間短的厭氧處理第一階段即在大量水解細菌、產(chǎn)酸菌作用下將不溶性有機物水解為溶解性有機物，將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)。將厭氧水解處理作為各種生化處理的預(yù)處理，可提高污水生化性能，降低后續(xù)生物處理的負荷，因而被廣泛運用在難生物降解的化工、造紙及有機物濃度高的食品廢水處理中。
引言
在采用厭氧工藝處理城市污水時，由于其有機物濃度低，若采用以能源回收為主要目的之一的厭氧消化在經(jīng)濟上未必合算。將厭氧工藝控制在水解酸化階段的厭氧水解工藝與普通好氧工藝相比盡管處理效果較差，但由于不需曝氣而大大降低了生產(chǎn)運行成本。在我國一些經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)，這種能耗小并能達到一定處理效果的處理工藝具有一定優(yōu)勢。
表1國內(nèi)厭氧水解生物處理工藝情況
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1國內(nèi)厭氧水解生物處理近況
厭氧水解處理工藝是考慮到產(chǎn)甲烷菌與水解產(chǎn)酸菌生長速度不同，在反應(yīng)器中利用水流動的淘洗作用造成甲烷菌在反應(yīng)器中難于繁殖，將厭氧處理控制在反應(yīng)時間短的厭氧處理第一階段即在大量水解細菌、產(chǎn)酸菌作用下將不溶性有機物水解為溶解性有機物，將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)。將厭氧水解處理作為各種生化處理的預(yù)處理，可提高污水生化性能，降低后續(xù)生物處理的負荷，因而被廣泛運用在難生物降解的化工、造紙及有機物濃度高的食品廢水處理中。如表1中列出了厭氧水解工藝與各種好氧工藝組合起來用于處理制藥、含酚、合成橡膠、啤酒廢水等各種工業(yè)廢水。
2厭氧水解處理城市污水的研究
2.1城市污水水質(zhì)
CODCr一般在300～500mg/L，BOD5一般在200～300mg/L，SS一般在300mg/L左右，NH3-N一般在30～40mg/L。
2.2厭氧水解生物反應(yīng)器
目前最廣泛采用的厭氧生物處理反應(yīng)器有UASB(上流式厭氧污泥床反應(yīng)器)和AF(厭氧濾池反應(yīng)器)兩種。本試驗采用厭氧濾池反應(yīng)器。
試驗中厭氧水解池采用A3鋼制成，外形尺寸為：外徑400mm，總高為5.842m。有效水深5.7m，內(nèi)裝。危粒牛福蔼50mm球形立體填料，裝填高度為2.8m。水解池下部通過十字進水管進水，上部經(jīng)出水堰出水，在上部出水處設(shè)不銹鋼網(wǎng)罩防止濾料流失。裝有填料的酸化池容積為733.8L。
2.3試驗結(jié)果分析
2.3.1厭氧水解停留時間對處理效果的影響
厭氧過程中，微生物將有機物分解的過程分為三個階段，本研究須將厭氧反應(yīng)控制在水解酸化階段。由于產(chǎn)甲烷菌的增殖速度慢、繁殖世代長，而水解產(chǎn)酸菌的世代期短，往往以分鐘和小時計，因此水解酸化過程十分迅速，可通過控制廢水在反應(yīng)器中的停留時間來將厭氧反應(yīng)控制在水解酸化階段。本研究將水解酸化過程控制在3～6h，結(jié)果如表2所示。
表2水解池水力停留時間對處理效果的影響
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由表2可見，在水解反應(yīng)池中停留時間對水解反應(yīng)的影響較小，盡管水力停留時間為4h時有機物去除率最高，但當水解時間下降到3h時，CODCr去除率僅從64%下降到53%。在3.5～4h時，CODCr、BOD5均可去除60%以上，6h時由于一些不可溶性CODCr降解為可溶性CODCr，所以CODCr、BOD5去除率反而下降。由表2還可看到在厭氧濾池的水解反應(yīng)中大部分的SS可被除去，使得厭氧水解池出水懸浮固體含量達到國家一級排放標準(SS≤70mg/L)。一般初沉池BOD5去除率在20%～30%，SS去除率為40%～50%，所以在經(jīng)費短缺無力修建二級處理時，厭氧水解可代替初沉池對廢水進行一級處理。
盡管水解池以控制污水停留時間來將厭氧反應(yīng)控制在水解階段，但由于水解池內(nèi)SRT(泥齡)遠遠長于HRT(水力停留時間)，進水中SS及膠態(tài)物質(zhì)迅速被水解池內(nèi)下部厭氧活性污泥截留和吸附，在產(chǎn)酸菌的作用下水解成溶解性物質(zhì)，重新釋放到液體中，然后又被上部填料上固著的微生物分解。在水解池內(nèi)由于SRT很長，加上酸化階段不可能十分嚴格的控制，水解池內(nèi)仍發(fā)生一定的甲烷化過程，在運行中水解池時有氣泡冒出。取出填料時大量氣泡從填料中冒出來，說明了甲烷化過程的存在。
2.3.2溫度對水解酸化處理效果的影響
試驗中溫度從25℃升高到36℃，CODCr、BOD5去除率變化較小，CODCr、BOD5平均去除率分別在60%、64%以上。試驗期間在最低水溫14℃時(停留時間為6h)CODCr、BOD5、SS去除率分別為53.3%、42.4%、84.7%；而溫度在25℃時，CODCr、BOD5、SS去除率分別為52%、48%、82%？梢娝鉁囟葘μ幚硇Ч绊懞苄。一些研究表明，水解池在水溫維持在10℃以上時溫度對處理效果的影響不大。
水解池處理效果受溫度影響小可能與水解過程有機物去除途徑有關(guān)。一般認為在水解反應(yīng)中大量微生物把進水中顆粒物質(zhì)和粒狀物質(zhì)迅速截留和吸附，這是一個快速反應(yīng)的物理過程，一般只要幾秒鐘到幾十秒鐘即可完成。截留下來的物質(zhì)吸附在水解污泥的表面，慢慢被分解，這就使系統(tǒng)內(nèi)污泥停留時間要大于水力停留時間。所以盡管厭氧微生物比好氧微生物對溫度敏感，但溫度低帶來的不利影響通過延長固體停留時間(SRT)及提高反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度彌補了。由于水解池的CODCr、BOD5、SS初期去除是這樣一個物理過程，因而溫度在一定范圍內(nèi)對去除率的影響甚微。
2.3.3水解酸化池對氨氮的處理效果
厭氧水解池的氨氮去除主要是由微生物的生長引起的，在厭氧濾池中微生物量大，因而盡管厭氧微生物對氮的要求低于好氧微生物，在水解池中還是有約20%的氨氮為微生物生長所消耗。另一方面由于廢水中有機物的分解產(chǎn)生可溶性游離氨氮，使水中氨氮濃度增高。表3為水解池氨氮去除效果。由表3可知當水解池停留時間較短時，氨氮去除率較大，主要由于微生物生長耗掉污水中的氨氮之故。當水解池停留時間增加至6h時，由于有機物的分解產(chǎn)生的游離氨氮，使水中氨氮增加，因而氨氮去除率反而為負值。
表3水解池氨氮去除效果
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3厭氧水解工藝處理特點分析
3.1容積負荷對CODCr去除的影響
容積負荷是水解過程的重要工藝參數(shù)之一，它反映了進水濃度與停留時間對厭氧過程的綜合影響。表4為厭氧水解池在不同容積負荷下去除率的情況。
本試驗中容積負荷在1～2kgBOD5/(m3·d)之間，進水CODCr濃度在243.2～400mg/L之間，CODCr、BOD5去除率均在50%以上，因而在此容積負荷范圍內(nèi)，一般CODCr濃度在200～400mg/L的城市污水經(jīng)過水解池處理后能將其CODCr、BOD5去除約50%左右。
表4不同容積負荷下厭氧水解池處理效果
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3.2厭氧水解處理對廢水可生化性的影響
在厭氧水解池內(nèi)，污水中懸浮固體水解成可溶性物質(zhì)而提高了污水的可生化性。表5為水解池進出水水質(zhì)對比。從表5中可見，進水溶解性CODCr、BOD5比例分別為51.4%、42.2%。經(jīng)過水解處理后出水溶解性CODCr比例為55.9%，增加了4.5%，出水溶解性BOD5比例為41%。BOD5與CODCr的比值從進水的0.46下降到出水的0.40。分析后認為是由于本試驗采用上流式厭氧濾池來處理城市污水，其CODCr、BOD5去除率高達50%以上，水解過程中微生物對有機物的分解作用進行得較徹底，使水解池出水BOD5與CODCr比值與進水相比不明顯，但出水溶解性CODCr比例有所增加。
表5水解池進出水水質(zhì)對比
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3.3厭氧水解池的生物膜及污泥
在厭氧水解池中上部裝有球形填料，填料上附著由厭氧菌組成的厭氧生物膜，下層是厭氧污泥層。由于水解池內(nèi)污泥停留時間遠遠大于污水的水力停留時間，污泥有足夠長的時間重新分解，變成可溶性COD隨水流入后續(xù)處理系統(tǒng)，有一部分變成氣體溢出，所以厭氧水解池中厭氧菌除了對污水產(chǎn)生厭氧水解作用外，同時對污泥產(chǎn)生了厭氧消化作用，因此厭氧水解池基本可對污泥的產(chǎn)生及消化達成平衡，故從水解池底部排出的厭氧污泥除部分有機物外，有很大一部分為無機物，如砂石、煤灰等，這些物質(zhì)是由進水帶入的。
由于厭氧水解池中對污泥產(chǎn)生了厭氧消化作用，故厭氧水解池污泥產(chǎn)量小，佛山市紡織廢水處理東站的厭氧水解池運行五六年才排泥一次。有資料介紹污泥中有機物降解高于消化污泥，脫水性能、衛(wèi)生指標不亞于消化污泥。
試驗中取出水解池上層填料測得單個球上生物膜干重平均為0.19902g。生物膜外觀呈黑色，其VSS與SS的比值為0.705。以每m3球形立體漂浮填料實測有11000只，則每m3填料的生物膜干重為2189g，相當于2.2g/L。水解池濾料高度為2.8m，填充率50%。在水解池下部2.8m高度內(nèi)仍保持大量厭氧活性污泥。因受條件的限制未能測試出下部污泥層內(nèi)的污泥濃度。但測得水解池底部排泥濃度為259g/L，污泥內(nèi)有較多泥砂等無機物。
4結(jié)論
城市污水的厭氧水解處理工藝經(jīng)過一年連續(xù)運行，得出如下結(jié)論：
(1)常溫下采用厭氧水解工藝處理城市污水其處理效果優(yōu)于初沉池。在水解停留時間為3.5～4.0h時，水解池CODCr、BOD5、SS去除率分別在60%、60%、70%以上。出水CODCr、BOD5濃度分別在106.5mg/L、55.6mg/L左右，這為后續(xù)好氧生物處理創(chuàng)造了良好的條件。同時由于水解池出水明顯優(yōu)于初沉池，在經(jīng)費短缺，無力修建二級污水處理時厭氧水解可代替初沉池對廢水進行一級處理。
(2)厭氧水解工藝對溫度適應(yīng)能力較強。水溫在14℃時仍能正常運行，且當水溫從14℃升高到36℃時，處理效果變化很小。
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