摘要：厌氧水解工艺处理城市污水由于无须曝气，可大大节省污水处理厂运行费用，这一特点使厌氧水解工艺可广泛应用于我国经济落后地区的污水处理。根据试验研究提出厌氧水解工艺在处理城市污水时最佳的运行参数及厌氧水解工艺的特点。
关键词：城市污水 处理 厌氧 水解
0 引言
在采用厌氧工艺处理城市时，由于其有机物浓度低，若采用以能源回收为主要目的之一的厌氧消化在经济上未必合算。将厌氧工艺控制在水解酸化阶段的厌氧水解工艺与普通好氧工艺相比尽管处理效果较差，但由于不需而大大降低了生产运行成本。在我国一些经济不发达地区，这种能耗小并能达到一定处理效果的处理工艺具有一定优势。
表1 国内厌氧水解生物处理工艺情况
废水种类 | 水解设备
类型 | 容积(m3) | 停留时间(h) | 填料种类 | 水解处理效果 | 好氧阶段 | 研究单位 |
CODCr | BOD5 |
进水(mg/L) | 出水(mg/L) | 去除率(%) | 进水(mg/L) | 出水(mg/L) | 去除率(%) | 出水BOD5/CODCr |
制药 | UBF | 74 | 4 | 生物填料 | | | | | | | | 射流池 | 冶金部安全环保研究院 |
合成橡胶 | 厌氧复合床 | | 6.7 | 半软性填料 | 656 | 504 | 23.2 | 286 | 281 | 1.7 | 0.56 | 接触氧化池 | 同济大学环境学院 |
啤酒 | UBF | 0.77 | 6 | 半软性填料 | 2000 | 1457 | 27.2 | 800 | 1253 | | 0.86 | 接触氧化池 | 华南师范大学 |
| UASB | 170 | 2.5 | | 493 | 278 | 43.5 | 170 | 115 | 32.3 | 0.414 | 中微孔池 | 北京市环保所 |
生活与工业 | UASB | 170 | 4 | | 457 | 304 | 33.5 | 189 | 145 | 23.2 | 0.477 | 稳定塘 | 北京市环保所 |
肉类加工 | UBF | 371 | 7.5 | 弹性填料 | 803 | 332 | 58.7 | 389 | 74 | 80.9 | 0.223 | 生物吸附再生 | 广东佛山环境装备公司 |
啤酒 | UASB | | 6 | | 1729 | 1052 | 39.2 | 882 | 757 | 14.2 | 0.72 | 接触氧化与气浮 | 厦门大学环境研究中心 |
印染 | UASB | 347 | 10 | D3软填料 | 429 | 269 | 37.3 | | | | | 接触氧化 | 佛山纺织废水处理中心 |
涤纶厂聚酯 | UASB | 0.77 | 6 | 半软性填料 | 1200 | 860 | 28.3 | 400 | 507 | | 0.589 | 接触氧化池 | 华南师范大学 |
造纸 | UASB | 4 | 3 | | 541 | 1933 | 45 | 1374 | 845 | 38.5 | 0.437 | 池 | 同济医科大学研究所 |
含硫 | UBF | 24 | 12 | 组合纤维填料 | 2066 | 1286 | 37.8 | | | | | 接触氧化池 | 污染与资源化研究国家重点实验室 |
注：UASB为上流式厌氧污泥床-滤层反应器；
UBF为升流式厌氧污泥床反应器。
1 国内厌氧水解生物处理近况
厌氧水解处理工艺是考虑到产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，在反应器中利用水流动 的淘洗作用造成甲烷菌在反应器中难于繁殖，将厌氧处理控制在反应时间短的厌氧处理第一 阶段即在大量水解细菌、产酸菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解 的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质。将厌氧水解处理作为各种生化处理的预处理， 可提高生化性能，降低后续生物处理的负荷，因而被广泛运用在难生物降解的化工、造 纸及有机物浓度高的食品废水处理中。如表1中列出了厌氧水解工艺与各种好氧工艺组合起 来用于处理制药、含酚、合成橡胶、啤酒废水等各种工业废水。
2 厌氧水解处理城市的研究
2.1 城市水质
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 厌氧水解生物反应器
目前最广泛采用的厌氧生物处理反应器有UASB(上流式厌氧污泥床反应器)和AF(厌氧滤池反应器)两种。本试验采用厌氧滤池反应器。
试验中厌氧水解池采用A3钢制成，外形尺寸为：外径400mm，总高为5.842m。有效水 深5.7m，内装ＮＡＥ８０50mm球形立体填料，装填高度为2.8m。水解池下部通过十字 进水管进水，上部经出水堰出水，在上部出水处设不锈钢网罩防止滤料流失。装有填料的酸 化池容积为733.8L。
2.3 试验结果分析
2.3.1 厌氧水解停留时间对处理效果的影响
厌氧过程中，微生物将有机物分解的过程分为三个阶段，本研究须将厌氧反应控制在水解 酸化阶段。由于产甲烷菌的增殖速度慢、繁殖世代长，而水解产酸菌的世代期短，往往以分 钟和小时计，因此水解酸化过程十分迅速，可通过控制废水在反应器中的停留时间来将厌氧 反应控制在水解酸化阶段。本研究将水解酸化过程控制在3～6h，结果如表2所示。
表2 水解池水力停留时间对处理效果的影响
水解酸化
停留时间(h) | 水 质 指 标 |
CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) |
进水 | 出水 | 去除率% | 进水 | 出水 | 去除率% | 进水 | 出水 | 去除率% |
6.0 | 314.4 | 150.4 | 52 | 145.8 | 70.8 | 51 | 148 | 34 | 77 |
4.0 | 278.8 | 100.3 | 64 | 144.8 | 49.3 | 66 | 104 | 22 | 79 |
3.5 | 283.0 | 107.3 | 62 | 146.2 | 58.6 | 60 | 105 | 31 | 71 |
3.0 | 282.2 | 131.3 | 53 | 153.1 | 65.2 | 57 | 93 | 23 | 76 |
由表2可见，在水解反应池中停留时间对水解反应的影响较小，尽管水力停留时间为4h 时有机物去除率最高，但当水解时间下降到3h时，CODCr去除率仅从64%下降到53%。 在3.5～4h时，CODCr、BOD5均可去除60%以上，6h时由于一些不可溶性CODCr降解为可溶性CODCr，所以CODCr、BOD5去除率反而下降。由表2还可看到 在厌氧滤池的水解反应中大部分的SS可被除去，使得厌氧水解池出水悬浮固体含量达到国家 一级排放标准(SS≤70mg/L)。一般初沉池BOD5去除率在20%～30%，SS去除率为40%～50%， 所以在经费短缺无力修建二级处理时，厌氧水解可代替初沉池对废水进行一级处理。
尽管水解池以控制停留时间来将厌氧反应控制在水解阶段，但由于水解池内SRT(泥龄 )远远长于HRT(水力停留时间)，进水中SS及胶态物质迅速被水解池内下部厌氧活性污泥截留 和吸附，在产酸菌的作用下水解成溶解性物质，重新释放到液体中，然后又被上部填料上固 着的微生物分解。在水解池内由于SRT很长，加上酸化阶段不可能十分严格的控制，水解池 内仍发生一定的甲烷化过程，在运行中水解池时有气泡冒出。取出填料时大量气泡从填料中 冒出来，说明了甲烷化过程的存在。
2.3.2 温度对水解酸化处理效果的影响
试验中温度从25℃升高到36℃，CODCr、BOD5去除率变化较小，CODCr、BO D5平均去除率分别在60%、64%以上。试验期间在最低水温14℃时(停留时间为6h)CODCr、BOD5、SS去除率分别为53.3%、42.4%、84.7%；而温度在25℃时，CODCr、 BOD5、SS去除率分别为52%、48%、82%。可见水解温度对处理效果影响很小。一些研究表 明，水解池在水温维持在10℃以上时温度对处理效果的影响不大。
水解池处理效果受温度影响小可能与水解过程有机物去除途径有关。一般认为在水解反应 中大量微生物把进水中颗粒物质和粒状物质迅速截留和吸附，这是一个快速反应的物理过程 ，一般只要几秒钟到几十秒钟即可完成。截留下来的物质吸附在水解污泥的表面，慢慢被分 解，这就使系统内污泥停留时间要大于水力停留时间。所以尽管厌氧微生物比好氧微生物对 温度敏感，但温度低带来的不利影响通过延长固体停留时间(SRT)及提高反应器内污泥浓度 弥补了。由于水解池的CODCr、BOD5、SS初期去除是这样一个物理过程，因而温度 在一定范围内对去除率的影响甚微。
2.3.3 水解酸化池对氨氮的处理效果
厌氧水解池的氨氮去除主要是由微生物的生长引起的，在厌氧滤池中微生物量大，因而尽 管厌氧微生物对氮的要求低于好氧微生物，在水解池中还是有约20%的氨氮为微生物生长所 消耗。另一方面由于废水中有机物的分解产生可溶性游离氨氮，使水中氨氮浓度增高。表3 为水解池氨氮去除效果。由表3可知当水解池停留时间较短时，氨氮去除率较大，主要由于 微生物生长耗掉中的氨氮之故。当水解池停留时间增加至6h时，由于有机物的分解产生 的游离氨氮，使水中氨氮增加，因而氨氮去除率反而为负值。
表3 水解池氨氮去除效果
水解酸化停留时间(h) | 氨氮(mg/l) |
进水 | 出水 | 去除率% |
3.0 | 42.0 | 32.0 | 23 |
3.5 | 44.3 | 37.3 | 16 |
4.0 | 35.7 | 29.6 | 17 |
6.0 | 34.3 | 35.8 | -4 |
3 厌氧水解工艺处理特点分析
3.1 容积负荷对CODCr去除的影响
容积负荷是水解过程的重要工艺参数之一，它反映了进水浓度与停留时间对厌氧过程的综 合影响。表4为厌氧水解池在不同容积负荷下去除率的情况。
本试验中容积负荷在1～2kgBOD5/(m3·d)之 间，进水CODCr浓度在243.2～400 mg/L之间，CODCr、BOD5去除率均在50%以上，因而在此容积负荷范围内，一般COD Cr浓度在200～400mg/L的城市经过水解池处理后能将其CODCr、BOD5去除约50%左右。
表4 不同容积负荷下厌氧水解池处理效果
停留时间(h) | 容积负荷
(kgCODCr/(m3·d) | CODCr(mg/l) | BOD5(mg/l) |
进水 | 出水 | 去除率% | 进水 | 出水 | 去除率% |
6.0 | 1.145 | 314.4 | 150.4 | 52 | 145.8 | 70.8 | 51 |
4.0 | 1.332 | 281.9 | 118.7 | 59 | 129.9 | 52.2 | 60 |
4.0 | 1.544 | 281.9 | 118.7 | 58 | 146.1 | 54.6 | 63 |
4.0 | 1.617 | 295.2 | 101.5 | 66 | 153.9 | 50.2 | 67 |
4.0 | 1.586 | 289.5 | 94.0 | 68 | 144.3 | 41.9 | 71 |
4.0 | 1.557 | 284.2 | 88.7 | 69 | 150.0 | 47.4 | 68 |
3.5 | 1.780 | 283.0 | 107.3 | 62 | 146.2 | 58.6 | 60 |
3.0 | 2.055 | 282.2 | 131.3 | 53 | 153.1 | 65.2 | 57 |
3.2 厌氧水解处理对废水可生化性的影响
在厌氧水解池内，中悬浮固体水解成可溶性物质而提高了的可生化性。表5为 水解池进出水水质对比。从表5中可见，进水溶解性CODCr、BOD5比例分别为51.4%、 42.2%。经过水解处理后出水溶解性CODCr比例为55.9%，增加了4.5%，出水溶解性 BOD5比例为41%。BOD5与CODCr的比值从进水的0.46下降到出水的0.40。分析后 认为是由于本试验采用上流式厌氧滤池来处理城市，其CODCr、BOD5去除率高 达50%以上，水解过程中微生物对有机物的分解作用进行得较彻底，使水解池出水BOD5与CODCr比值与进水相比不明显，但出水溶解性CODCr比例有所增加。
表5 水解池进出水水质对比
| 进水 | 进水 | 出水 |
| CODCr(mg/L) | 277.5 | 104.5 |
| BOD5(mg/L) | 128.1 | 41.5 |
| 溶解性CODCr(mg/L) | 142.7 | 58.4 |
| 溶解性BOD5(mg/L) | 54.0 | 17.0 |
| BOD5/CODCr | 0.46 | 0.40 |
| 溶解性CODCr比例 | 51.4% | 55.9% |
| 溶解性BOD5比例 | 42.2% | 41.0% |
3.3 厌氧水解池的生物膜及污泥
在厌氧水解池中上部装有球形填料，填料上附着由厌氧菌组成的厌氧生物膜，下层是厌氧 污泥层。由于水解池内污泥停留时间远远大于的水力停留时间，污泥有足够长的时间重 新分解，变成可溶性COD随水流入后续处理系统，有一部分变成气体溢出，所以厌氧水解池 中厌氧菌除了对产生厌氧水解作用外，同时对污泥产生了厌氧消化作用，因此厌氧水解 池基本可对污泥的产生及消化达成平衡，故从水解池底部排出的厌氧污泥除部分有机物外， 有很大一部分为无机物，如砂石、煤灰等，这些物质是由进水带入的。
由于厌氧水解池中对污泥产生了厌氧消化作用，故厌氧水解池污泥产量小，佛山市纺织废 水处理东站的厌氧水解池运行五六年才排泥一次。有资料介绍污泥中有机物降解高于消化污 泥，脱水性能、卫生指标不亚于消化污泥。
试验中取出水解池上层填料测得单个球上生物膜干重平均为0.199 02g。生物膜外观呈黑 色，其VSS与SS的比值为0.705。以每m3球形立体漂浮填料实测有11 000只，则每m3填 料的生物膜干重为2 189g，相当于2.2g/L。水解池滤料高度为2.8m，填充率50%。在水解 池下部2.8m高度内仍保持大量厌氧活性污泥。因受条件的限制未能测试出下部污泥层内的 污泥浓度。但测得水解池底部排泥浓度为259g/L，污泥内有较多泥砂等无机物。
4 结论
城市的厌氧水解处理工艺经过一年连续运行，得出如下结论：
(1)常温下采用厌氧水解工艺处理城市其处理效果优于初沉池。在水解停留时间为3.5～4.0h时，水解池CODCr、BOD5、SS去除率分别在60%、60%、70%以上。出水CODCr、BOD5浓度分别在106.5mg/L、55.6mg/L左右，这为后续好氧生物处理创造了良好的条件。同时由于水解池出水明显优于初沉池，在经费短缺，无力修建二级处理时厌氧水解可代替初沉池对废水进行一级处理。
(2)厌氧水解工艺对温度适应能力较强。水温在14℃时仍能正常运行，且当水温从14℃升 高到36℃时，处理效果变化很小。
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