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水解-好氧生物處理工藝指南

 

水解是指有機物進入微生物細胞前、在胞外進行的生物化學反應。微生物通過釋放胞外自由酶或連接在細胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應。 酸化是一類典型的發酵過程，微生物的代謝產物主要是各種有機酸。

從機理上講，水解和酸化是厭氧消化過程的兩個階段，但不同的工藝水解酸化的處理目的不同。

水解酸化-好氧生物處理工藝中的水解目的主要是將原有廢水中的非溶解性有機物轉變為溶解性有機物，特別是工業廢水，主要將其中難生物降解的有機物轉變為易生物降解的有機物，提高廢水的可生化性，以利于后續的好氧處理。考慮到后續好氧處理的能耗問題，水解主要用于低濃度難降解廢水的預處理。

混合厭氧消化工藝中的水解酸化的目的是為混合厭氧消化過程的甲烷發酵提供底物。

而兩相厭氧消化工藝中的產酸相是將混合厭氧消化中的產酸相和產甲烷相分開，以創造各自的最佳環境。

 

水解-好氧生物處理工藝設計指南

 

一、預處理設施

預處理的目的之一是去除粗大固體物以及無機可沉固體，這對配水有特殊要求的水解池尤為重要。另外，不可生物降解的固體在水解反應器內的積累會占據大量的池容，反應器池容的減少最終將導致系統完全失效。一般預處理系統包括去除大的固體、較小顆粒的格柵和水力篩及去除砂和礫石的沉砂池。

（1）格柵

格柵是污水預處理的通用設施。為保證水解池布水系統不被堵塞，建議采用固定式格柵或回轉篩、水力篩作補充處理。

（2）除砂池

對小型污水處理廠，由于污水流量變化較大，沉砂池設計的難點需要在變化的水量條件下保持系統中液體流速有相對不變的數值。因為較高的流速會降低無機固體在渠道中的去除效果，而較低的流速導致有機物與砂一起沉積。對于有一定規模的污水處理廠，可以考慮采用平流式沉砂池。在存在較多的砂和有機物共同沉淀的情況下，可采用體外洗砂裝置，如螺旋洗砂器或水力固體螺旋洗砂器。考慮到后續水解處理工藝，一般不用曝氣沉砂池作為預處理裝置。

 

二、水解池的詳細設計要求

 

1.   反應器池體

水解池一般可采用矩形或圓形結構。對于圓形反應器，在同樣的面積下其周長比正方形的少12%，但是圓形反應器的這一優點僅僅在采用單個池子時才成立。當建立兩個或兩個以上反應器時，矩形反應器可以采用公用壁。對于采用公共壁的矩形反映器，池型的長寬比對造價也有較大的影響，因此如果不考慮地形和其他因素，這是一個在設計中需要優化的參數。水解池依據水力停留時間進行設計時，反應器體積可根據停留時間計算。

 

2.   反應器的幾何尺寸

（1）反應器的高度

選擇適當高度的原則應從運行上的要求和經濟方面綜合考慮。從運行上選擇反應器的高度要考慮如下影響因素：

1）  高流速增加系統擾動，因此增加污泥與進水有機物之間的接觸；

2）  過高的流速會引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過一定的限值，從而反應器的高度也就會受到限制；

3）  土方工程隨池深（或深度）增加而增加，但占地面積則相反；

4）  高程選擇應該使得污水（或出水）可以不用提升或降低提升高度；

5）  考慮氣候和地形條件，池子建造在半地下可減少建筑費用和保溫費用；

6）  反應器的經濟高度（深度）一般是在4-6m之間，在大多數情況下這也是系統最優的運行范圍。

（2）反應器的面積和反應器的長、寬度

高度確定后，可以計算出反應器的截面積。在確定反應器的容積和高度后，對矩形池必須確定反應器的長和寬。

在反應器面積一定的條件下，正方形池周長比矩形池小，從而矩形反應器需更多的建筑材料；從布水均勻性和經濟性考慮，單個矩形池的長/寬比在2：1以下較為合適。長/寬比在4：1時費用增加十分顯著；采用公用壁的（或多組）矩形池，池的長寬比對造價有較大的影響，但是影響因素相應增加，這是一個在設計中需要優化的參數。從目前的實踐看，反應器的寬度<10m（單池）是成功的。反應器長度在采用渠道或管道布水時不受限制。

（3）反應器的升流速度

1）  反應器的高度與上升流速（v）之間的關系表示如下：

v=Q/A=V/（HRT·A）=H/HRT

式中V、A表示反應器的容積和截面積。

2）  水解反應器的上升流速v=0.5-1.8m/h

3）  最大上升流速在持續時間超過3h的情況下vmax≤1.8m/h

（4）反應器的分格

采用分格的反應器對運行操作和管理是有益的。首先分格的反應器的單元尺寸減小，可避免單體過大帶來的布水均勻性問題；同時多池有利于維護和檢修，可放空一池進行檢修而不影響整個廠的運行。

三、反應器的配水系統

 

1.   配水孔口負荷

水解池良好運行的重要條件之一是保障污泥和廢水之間的充分接觸，因此系統底部的布水系統應該盡可能地均勻。水解反應器進水管的數量是一個關鍵的設計參數，為了使反應器底部進水均勻，有必要采用將進水均勻分配到多個進水點的分配裝置。一個進水點服務的最大面積是應該進行深入研究的問題。

 

采用UASB處理主要含溶解性COD廢水時進水管口負荷

污泥狀態	每個進水口負荷面積/m2	COD負荷/【kg/（m3/d）】
凝絮狀污泥干固體（DS）含量 >40kg/m3	0.5～1 1～2 2～3	<1.0 1～2 >2
中等濃度絮狀污泥 120～40kg/m3	1～2 2～5	<2 >2

 

2.   配水方式

適當設計的進水分配系統對于一個運轉良好的水解系統是至關重要的。水解池進水系統有多種形式，進水系統兼有配水和水力攪拌的功能，為了保證這兩個功能的實現，需要滿足如下原則：

1）確保各單位面積的進水量基本相同，以防止短路等現象發生；

2）盡可能滿足水力攪拌的需要，保證進水有機物與污泥迅速混合；

3）很容易觀察到進水管的堵塞狀況；

4）  當發現的色后，很容易被清除。

（1）一管一孔配水方式

這種配水系統的特點是一根配水管只服務于一個配水點，只要保證每根配水管流量相等，即可取得等流量的配水要求，為了保證每一個進水點達到其應得的進水流量，建議采用高于反應器的水箱式（或渠道式）進水分配系統。這種情況下的一個好處是可以容易用肉眼觀察堵塞狀況。這類配水方式很容易通過在進水管或渠道與分配箱之間的三角堰來保證等量的進水，在恰當地調整每箱中三角咽水位后獲得均勻的流量分配。

配水系統的形式確定后，就可進行管道布置、計算管徑和水頭損失，根據水頭損失和反應器（或配水渠）水面至調節池（或集水池）水面高程差計算進水水泵所需的揚程，可以選擇合適的水泵。在由較長的進水布水渠道分配到很多堰的情況時，沿池長由于水位差問題可能出現分配不均勻，這時可以通過適當地配置進水分布渠道的尺寸來避免。

（2）一管多孔配水方式

 

一管多孔配水方式

采用在反應器池底配水橫管上開孔的方式布水，其中幾個進水孔由一個進水管負擔。為了配水均勻，要求出水流速不小于2.0m/s，使出水孔阻力損失大于空孔管的沿程阻力損失。為了增大污水在出水孔的流速，可采用脈沖間歇進水。配水管的直徑最好不小于100mm，配水管中心距池底一般位20-25cm。

在一根管上均勻布水雖然在理論上是可行的，但在實際中往往是不可實現的，因為這種系統隨著時間有些孔口將不可避免發生堵塞。而進水將從沒有堵塞的其他孔口重新分配，從而導致在反應器池底的進水分布不均勻，因此應該盡可能避免在一個管上有過多的孔口。目前這種布水方式已較少采用。

（3）分枝式配水方式

在分枝式配水系統中配水均勻性與水頭損失是一對矛盾。在中試實驗中對此進行了考察，一組采用大阻力配水系統，即孔口直徑較小，孔口流速較大，這時配水均勻程度很好，但水頭損失較大；第二組將孔口適當擴大，這時配水均勻性沒有很大改變，水頭損失較小，處理效率不受影響。因此，采用小阻力配水系統，可減少水頭損失和系統的復雜程度。

為了配水均勻一般采用對稱布置，各支管出水口向下距池底約20cm，位于所服務面積的中心。如下圖所示為15 000m3/d污水處理廠厭氧反應器的分枝式布水形式。管口對準池底所設的反射錐體，使射流向四周散開，均布于池底。這種形式的配水系統的特點是采用較長的配水支管增加沿程阻力，以達到布水均勻的目的。只要施工安裝正確，配水基本能夠達到均勻分布的要求。

四、管道設計

采用穿孔管布水器（一管多孔或分枝狀）時，不宜采用大阻力配水系統，需考慮設反沖洗裝置，采用停水分池分段反沖。用液體反沖時，壓力為100-200kPa，流量為正常進水量的3-5倍；用氣反沖時，反沖壓力大于100kPa，氣水比（5-10）：1。

 

管道設計時需注意以下問題：

1）進水采用重力流（管道及渠道）或壓力流，后者需設逆止裝置；

2）水力篩縫隙>3mm，出水孔>15mm，一般在15-25mm之間；

3）單孔布水負荷0.5-1.5m2，出水孔處需設置45°導流板；

4）采用布水器時，從布水器到布水口應盡可能少地采用彎頭等非直管；

5）污水通過布水器進入池內時會吸入空氣，大于2.0mm的氣泡以0.2-0.3m/s的速度上升，在管道垂直段的流速（或頂部）應低于這一數值；

6）管徑的上部應大于下部，可適當地避免大的空氣泡進入反應器；

7）反應器底部采用較小直徑的管道以產生較高的流速，從而產生較強的擾動，使進水與污泥之間密切接觸；

8）為了增強污泥和廢水之間的接觸和減少在底部進水管的堵塞，建議進水點距反應器池底100-200mm。

 

五、出水收集設備

1）水解池出水堰與沉淀池出水裝置相同，即匯水槽上加設三角堰；

2）出水裝置應設在水解池頂部，盡可能均勻地收集處理過的廢水；

3）采用矩形反應器時，出水采用放射狀的多槽出水方式；

4）采用圓形反應器時，可采用機組平行出水堰的多槽出水方式；

5）要避免出水堰過多，導致堰上水頭低，形成三角堰配漂浮固體堵塞；

6）出水負荷參考二沉池負荷，堰上水頭>25mm，水面位于齒1/2處。

 

六、排泥設備

一般來講隨著反應器內污泥濃度的增加，出水水質會得到改善，但污泥超過一定高度，污泥將隨出水一起沖出反應器。因此，當反應器內的污泥達到某一預定最大高度之后建議排泥。污泥排泥的高度應考慮排出低活性的污泥，并將最好的高活性的污泥保留在反應器中。

1）建議清水區高度保持0.5-1.5m；

2）污泥排放可采用定時排泥方式，日排泥一般為1-2此；

3）需要設置污泥液面檢測儀，可根據污泥面高度確定排泥時間；

4）剩余污泥排泥點以設在污泥區中上部為宜；

5）對于矩形池排泥應沿池縱向多點排泥；

6）由于反應器底部可能會積累顆粒物質和小砂粒，應考慮下部排泥的可能性，這樣可以避免或減少在反應器內積累的砂礫；

7）在污泥齡>15d時，污泥水解率為25%（冬季）-50%（夏季）；

8）污泥系統的設計流量需按冬季最不利情況考慮。