UC水解工藝包在工業(yè)園區(qū)集中處置污水中的應(yīng)用
摘 要 總結(jié)水解酸化的基本原理和影響因素，介紹泓濟(jì)環(huán)保開發(fā)的UC水解工藝包的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)例論證了UC水解工藝包在工業(yè)園區(qū)集中處置污水中應(yīng)用的可行性。UC水解工藝包可有效提升污水的可生化性，并去除一定的COD和SS。
關(guān)鍵詞 工業(yè)園區(qū)污水水解酸化 UC水解工藝包
工業(yè)園區(qū)作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體與助推器，已逐漸成為我國工業(yè)發(fā)展的主要模式之一。近年來，我國城市化進(jìn)程加快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國建成的和在建的各類工業(yè)園區(qū)數(shù)量達(dá)到了9000多個(gè)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)廢水排放量占全國污水排放總量的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，由于工業(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工藝處理后往往難以達(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、控制簡單、效果顯著的特點(diǎn)。
1 水解酸化概述
1.1水解酸化的原理及意義
厭氧過程一般分為三個(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)的過程，如圖1的第一階段和第二階段：
圖1 水解酸化原理圖
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)化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程[3]。酸化則即產(chǎn)酸發(fā)酵過程，是有機(jī)底物，即作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在酸化過程中溶解性有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為以揮發(fā)酸為主的末端產(chǎn)物。
水解酸化是一種介于好氧和厭氧處理法之間的方法，和其它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)。
1.2水解酸化的影響因素
1.2.1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，水解的速率呈現(xiàn)增長趨勢;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。
1.2.2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，溶解出COD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。
1.2.3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)水的分配裝置來將進(jìn)水在水解反應(yīng)裝置中均勻分配。
1.2.4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)無法保證充分的效果。
2 UC水解工藝包概述
2.1結(jié)構(gòu)簡述
上海泓濟(jì)環(huán)�？萍脊煞萦邢薰�(以下簡稱“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)合型生長的水解酸化反應(yīng)器開發(fā)了UC水解工藝包(上流式耦合水解反應(yīng)器)。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)見圖2。污水收集后，由配水區(qū)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布水器均勻的分配到池底的布水區(qū)，再經(jīng)反應(yīng)區(qū)處理后排出。配水自上而下也是與傳統(tǒng)的水解反應(yīng)工藝中污水直接排入池底，再向上反應(yīng)不同。通過大量的工程案例驗(yàn)證表明，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題。
圖2UC水解工藝包結(jié)構(gòu)圖
UC水解工藝包結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)主要有：
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;另一方面可以通過底部布水帽上翻水流起到極好的水力攪拌作用，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，可生物降解性較好。故經(jīng)過UC水解工藝包處理后可以提升原污水的可生化性，減少后續(xù)反應(yīng)的時(shí)間和處理能耗。
2) 不需要密閉的池，不需要攪拌器，不需要水、氣、固三相分離器，降低了造價(jià)和便于維護(hù)。整個(gè)工藝包除提升來水外無需其他動(dòng)力，能耗低，效率高。
3) 出水無厭氧發(fā)酵的不良?xì)馕叮筛纳铺幚韽S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)。
2.3UC水解工藝包和傳統(tǒng)推流式水解酸化池的比較
目前在工程設(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)，下表對(duì)兩種方式的水解反應(yīng)器進(jìn)行比較分析：
表1水解工藝比較
根據(jù)對(duì)2個(gè)比選方案的定性及定量比較結(jié)果來看，UC水解工藝占有明顯優(yōu)勢，是適合工程應(yīng)用的水解酸化技術(shù)。
3 工程實(shí)例
泓濟(jì)公司在諸多市政污水、園區(qū)污水處理工程中使用了UC水解工藝包，通過其實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，污水經(jīng)過沉砂池處理后進(jìn)入U(xiǎn)C水解，可以明顯提高污水的可生化性，即提高污水的B/C，同時(shí)UC水解工藝包對(duì)COD及SS有一定的去除能力。
某工業(yè)園區(qū)污水集中處置工程設(shè)計(jì)規(guī)模為5萬m3/d，一期處理規(guī)模為2萬m3/d，二期處理規(guī)模為3萬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GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
3.1UC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：8h
3)水力負(fù)荷：1.01m3/m2.h
3.2UC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)七天對(duì)進(jìn)入水解單元的污水進(jìn)行監(jiān)測，得到如下水質(zhì)數(shù)據(jù)：
表2平均進(jìn)水水質(zhì)表
從進(jìn)水水質(zhì)表可以看出，廢水的B/C比約為0.29，生化性較差。
3.2.1COD、SS去除情況
在UC水解穩(wěn)定運(yùn)行一年后，連續(xù)七天監(jiān)測進(jìn)入U(xiǎn)C水解前和經(jīng)過UC水解處理后的水質(zhì)，對(duì)COD值和SS值進(jìn)行檢測，得出以下結(jié)果：
圖3UC水解對(duì)污染物去除率
從圖3中可知，UC水解單元對(duì)COD及SS有一定的去除率，COD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COD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)七天監(jiān)測進(jìn)入U(xiǎn)C水解前和經(jīng)過UC水解處理后的水質(zhì)，對(duì)COD值和BOD值進(jìn)行檢測，得出以下結(jié)果：
圖4UC水解對(duì)B/C的提升
從圖4中可知，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，導(dǎo)致廢水生化性差。經(jīng)過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。
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，泓濟(jì)公司自主研發(fā)的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水解工藝包還可以去除部分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。
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