水解(酸化)處理方法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。水解酸化工藝根據(jù)產(chǎn)甲烷菌與水解產(chǎn)酸菌生長(zhǎng)速度不同，將厭氧處理控制在反應(yīng)時(shí)間較短的厭氧處理第一和第二階段，即在大量水解細(xì)菌、酸化菌作用下將不溶性有機(jī)物水解為溶解性有機(jī)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)的過(guò)程，從而改善廢水的可生化性，為后續(xù)處理奠定良好基礎(chǔ)[1]。目前，該工藝已在某水務(wù)某污水處理廠得到成功應(yīng)用，并取得了良好的效果。
1、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述
本工程水解酸化池分為兩組，單組設(shè)計(jì)水量為2萬(wàn)m3/d，設(shè)計(jì)平均停留時(shí)間為5h，最大流量下停留時(shí)間為3.54h，平面尺寸為48.85m×12.73m，由于施工設(shè)計(jì)等原因，有效容積為7327m3，實(shí)際平均停留時(shí)間為4.4h，最大流量下停留時(shí)間為3.12h，每池采用31套布水器，每池設(shè)計(jì)14套排泥管。
2、目前運(yùn)行情況
目前運(yùn)行效果良好，COD去除率為57.62%，BOD5去除率為51.64%，SS去除率為85.9%，氨氮去除率為32.13%，總磷去除率為62.01%。
3、控制參數(shù)與影響因素
結(jié)合某水務(wù)某污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行情況與相關(guān)的理論研究，水解酸化池的主要控制參數(shù)和影響因素包括污泥濃度、水力負(fù)荷、泥位控制等。
3.1污泥濃度
污泥濃度是水解酸化池的最重要的控制參數(shù)之一。水解池功能得以完成的重要條件之一是維持反應(yīng)器內(nèi)高濃度的厭氧微生物(污泥)。由于污泥受到兩個(gè)方向的作用，即其本身在重力場(chǎng)下的沉淀作用，及污水從下而上運(yùn)動(dòng)造成的污泥上升運(yùn)動(dòng)，因此污泥與污水可充分接觸，達(dá)到良好的截留和水解酸化效果，目前污泥濃度控制在14g/l，污泥層厚度在3.7m—4.5m之間。一般建議污泥濃度控制在10-20g/l可達(dá)到良好效果。
3.2水力負(fù)荷
水力負(fù)荷主要體現(xiàn)在上升流速和配水方式的設(shè)計(jì)上，上升流速是設(shè)計(jì)水解酸化池的主要參數(shù)，一般建議上升流速設(shè)計(jì)在0.5m/h-1.8m/h，目前運(yùn)行上升流速在1.34m/h；配水方式采用小阻力配水，穿孔布水管每池31套，主管為DN200，長(zhǎng)為11m，在管子兩側(cè)45°方向開(kāi)孔，每管14個(gè)孔口，具體見(jiàn)圖1。在進(jìn)行適當(dāng)改造后，分枝狀形式的配水形式基本上達(dá)到了配水均勻的目的。
3.3泥位控制
目前水解酸化池實(shí)際運(yùn)行中最主要控制參數(shù)是泥位控制。每池距池底0.8m處分別設(shè)計(jì)14根排泥管，管徑為DN200，每根排泥管均勻設(shè)置14個(gè)孔口，孔口形式見(jiàn)圖2，每根排泥管負(fù)擔(dān)44.4m2面積。水解酸化池排泥方式采用高水力負(fù)荷排泥，通過(guò)排泥以控制污泥面高度，高水力負(fù)荷時(shí)排泥的優(yōu)點(diǎn)是易于控制污泥面高度，可采用泥位計(jì)控制排泥，這樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較好；缺點(diǎn)是高負(fù)荷時(shí)污泥層膨脹率較大，污泥濃度低，后續(xù)污泥濃縮負(fù)荷大，而排泥量不夠，則會(huì)造成污泥溢出，對(duì)后續(xù)工藝產(chǎn)生不良影響。而低水力負(fù)荷時(shí)排泥濃度高，污泥排放量少，提高污泥脫水效率。但后者缺點(diǎn)是對(duì)污泥層的控制不易掌握，排泥量過(guò)大會(huì)造成系統(tǒng)中污泥總量減少而影響處理效果。目前控制水解酸化池上清液在1.2m—2.0m，污泥齡在6d左右，可達(dá)到良好的處理效果。
4、運(yùn)行結(jié)果分析與討論
4.1設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
4.1.1布水方式
配水是否均勻是影響水解酸化效果的重要因素，設(shè)計(jì)采用上部管渠配水的分枝狀配水方式，由于水解池較長(zhǎng)，前端水量大，上升流速可達(dá)2-3m/h，而末端水流較小，流速低，很難達(dá)到布水均勻效果。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)前端閥門(mén)進(jìn)行改造，減少其進(jìn)水，增大中部末端的水量，改造后布水均勻，處理效果有明顯提高。水解酸化池的配水均勻性問(wèn)題在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎重考慮。
4.1.2排泥位置
設(shè)計(jì)排泥管設(shè)置在距池底0.8m處，由于池底部污泥濃度較高，可達(dá)20g/l左右，幾乎以顆粒形態(tài)存在，活性高，吸附水解酸化能力強(qiáng)；污泥層中上部污泥濃度低，主要以懸浮狀態(tài)存在，活性差，吸附能力弱。而實(shí)際排泥時(shí)排走的主要是活性強(qiáng)的污泥，而殘留系統(tǒng)的卻是活性較差的污泥，這樣排泥時(shí)處理效果會(huì)降低。因此設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量以污泥區(qū)的中上部為排泥點(diǎn)。
4.1.3排泥方式
目前排泥方式以開(kāi)啟排泥閥門(mén)為主，每池14個(gè)，共28個(gè)閥門(mén)，排泥工作量大，不易操作，建議設(shè)計(jì)考慮采用幾組閥門(mén)合并設(shè)置電動(dòng)閥門(mén)控制為宜。
4.2 處理效果分析
4.2.1水力停留時(shí)間對(duì)B/C的影響
結(jié)合表2水解酸化池出水后B/C有一定的提高，在水解酸化池液位為提升前B/C由0.333提高到0.404，當(dāng)水解池液位提升后(停留時(shí)間增加0.2h)B/C由0.376降到0.375左右，說(shuō)明停留時(shí)間增長(zhǎng)，水解酸化池中消耗BOD5的微生物數(shù)量增多，反應(yīng)器向厭氧反應(yīng)的第三個(gè)階段進(jìn)行，對(duì)于后續(xù)的生化處理產(chǎn)生不良影響。
4.2.2 NH3-N去除效果分析
(1) 水解酸化池去除氨氮機(jī)理分析
一般認(rèn)為，污水進(jìn)入水解酸化池后進(jìn)行充分的氨化作用，水解池出水氨氮比進(jìn)水有所增加。而根據(jù)某水務(wù)某污水處理廠實(shí)際運(yùn)行情況，水解酸化池水力停留時(shí)間在4.4h，污泥齡在6d左右，水解酸化池氨氮平均去除率達(dá)到42.34%，凱氏氮去除率為40.1%，總氮去除率為37.92%；具體分析原因：去除氨氮一般以同化作用、硝化反硝化作用實(shí)現(xiàn)，同化作用去除一般較少，通過(guò)計(jì)算去除率僅在10%左右，而一般硝化反硝化的條件也不具備，如溶解氧、水力停留時(shí)間等因素；因此必然存在另一種形式的去除氨氮的反應(yīng)存在，初步分析可能存在厭氧氨氧化的現(xiàn)象，但需進(jìn)一步的分析與研究。
(2) 水力停留時(shí)間對(duì)NH3-N去除效果的影響
延長(zhǎng)水解酸化池水力停留時(shí)間后，其N(xiāo)H3-N去除效果略有降低，分析原因可能是水力停留時(shí)間增加，異養(yǎng)厭氧微生物數(shù)量增多，對(duì)可能存在的厭氧氨氧化菌形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，導(dǎo)致厭氧氨氧化菌活性降低，去除氨氮效果下降。
4.2.3 水解酸化工藝對(duì)后續(xù)處理的影響
(1) 水解酸化池出水B/C值的提高，使得出水中溶解性的COD比例提高，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)高的污泥濃度起到了良好的截留水解作用，在有機(jī)物通過(guò)時(shí)將其吸附截留，增加了有機(jī)物的停留時(shí)間，提高了難降解物質(zhì)和不易降解物質(zhì)的可降解性，消除了難降解物質(zhì)對(duì)后續(xù)生化處理的抑制性。
(2) 水解酸化池NH3-N去除率能穩(wěn)定達(dá)到32.13%，水解酸化池出水氨氮基本保證在20mg/l，降低了后續(xù)工藝的氨氮負(fù)荷，提高了出水的穩(wěn)定性。
(3) 水解酸化池水解后的溶解性COD和BOD5數(shù)量增多，可生化性強(qiáng)，利于后續(xù)好氧處理，后續(xù)需氧量也大大降低，氣水比保持在3.96:1，即可保證碳化和硝化的需氧量，降低了后續(xù)的運(yùn)行費(fèi)用。
(4) 水解酸化池在截留大量懸浮物和去除部分BOD5的同時(shí)，對(duì)污泥還有一定的水解率[5]，通過(guò)某水務(wù)某污水處理廠長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，水解酸化池理論產(chǎn)泥量在19044kg/d，而實(shí)際處理泥量在13974kg/d，根據(jù)計(jì)算污泥水解率約在26.6%；以體積計(jì)算，污泥水解率在28.4%，減輕了脫水機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷，同時(shí)降低了運(yùn)行費(fèi)用，由此可以看出水解酸化池57.62%的COD去除率，其中一部分通過(guò)剩余污泥進(jìn)行排放，其他可能通過(guò)硫酸鹽還原、氫氣的產(chǎn)生等途徑降解。
4.2.4 水解酸化工藝的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性
從目前運(yùn)行來(lái)看，水解酸化池抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，在進(jìn)水COD為1110mg/l時(shí)，仍能保證出水在233mg/l，能起到非常好的緩沖作用；水解酸化池水力停留時(shí)間短，土建費(fèi)用較低，而且運(yùn)行費(fèi)用低，無(wú)任何電耗，污泥水解率高，減少脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)間，降低能耗，因此水解酸化池的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他預(yù)處理工藝。
5、結(jié)語(yǔ)
(1) 水解酸化池COD平均去除率為57.62%，BOD5去除率為51.64%，SS去除率為85.9%，氨氮去除率為32.13%，總磷去除率為62.01%，B/C有一定程度的提高，降低后續(xù)工藝的能耗，同時(shí)對(duì)污泥還有一定的水解作用，因此能達(dá)到良好的強(qiáng)化預(yù)處理作用。
(2) 水解酸化池有較高的穩(wěn)定性，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，保證后續(xù)工藝的穩(wěn)定性。而且運(yùn)行成本低，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
(3) 水解酸化池對(duì)氨氮有一定的去除效果，去除率平均在32.13%，可能存在厭氧氨氧化的現(xiàn)象，但需要進(jìn)一步的研究分析。
(4) 在工程放大問(wèn)題上，水解酸化池如何提供良好的布水方式以及排泥方式，還需要進(jìn)一步的工程驗(yàn)證和模擬試驗(yàn)研究。水力停留時(shí)間對(duì)水解酸化池的影響明顯，需進(jìn)一步的對(duì)水解酸化池的水力停留時(shí)間進(jìn)行深入細(xì)致的研究，以期確定最佳的水力停留時(shí)間。