厭氧水解處理工藝是利用產甲烷菌與水解產酸菌生長速度不同,在反應器中以水流動的淘洗作用,使甲烷菌在反應器中難以繁殖,將厭氧處理控制在反應時間短的第一階段,即在大量水解細菌、產酸菌作用下,將不溶性有機物水解為可溶性有機物,將難生物降解的大分子物質轉化為易生物降解的小分子物質。將厭氧水解處理作為各種生化處理的預處理,可提高污水生化性能,降低后續生物處理的負荷,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。此外,厭氧水解處理亦可用于城市污水處理廠,以水解池代替初沉池,減少后續處理構筑物曝氣池的停留時間,從而降低工程投資。
印染廢水中由于存在大量難生物降解的有機物,往往也需要在曝氣生物處理前設置厭氧水解池。目前廣泛采用的厭氧生物處理反應器有UASB(上流式厭氧污泥床反應器)和AF(厭氧濾池反應器)兩種,此外還有帶污泥外回流的厭氧水解反應池等。下面就以上幾種池型以及在工程實踐中的應用作一簡單介紹。
1 厭氧水解池形式
1.1 上流式厭氧污泥床反應器
上流式厭氧污泥床(UASB)反應器是由Lettinga等人在20世紀70年代開發的[1]。UASB反應器的組成及工作原理示意見圖1。
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UASB反應器由反應區和沉降區兩部分組成。反應區又可根據污泥的情況分為污泥懸浮層和污泥床區。污泥床主要由沉降性能良好的厭氧污泥組成,SS濃度可達50~100g/L或更高。污泥懸浮層主要靠反應過程中產生的氣體的上升攪拌作用形成,污泥濃度較低,SS一般在5~40g/L。在反應器上部設有氣、固、液三相分離器。
污水從反應器底部進入,向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床,厭氧反應發生在廢水與污泥顆粒的接觸過程。在厭氧狀態下產生的沼氣(主要是甲烷和二氧化碳)引起內部循環,這對顆粒污泥的形成和維持有利。在污泥層形成的有效氣體會附著在污泥顆粒上,附著及未附著的氣體向反應池頂部上升,而上升到表面的污泥撞擊三相分
澄清后的處理水由沉淀區溢流排出,詳見圖2。
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在UASB反應器中,由于水流為上升流,要求池底配水均勻,因此,單個反應池的面積不能過大。此外,為保持污泥懸浮層,需控制一定的上升流速,若上升流速超出一定范圍,會造成污泥流失;上升流速過小,污泥層難以形成,達不到預計的處理效果。該反應器的布水一般采用大阻力配水系統,水頭損失較大。由于存在上述缺點,因此,UASB反應器難以在大型污水處理廠中得到推廣和應用。
1.2 厭氧濾池反應器(AF)
厭氧濾池反應器是在厭氧水解池中部放置一定數量的球形立體填料,其填充容積一般為水解池總容積的50%。在水解池下部通過十字進水管進水,上部經出水堰出水,在上部出水處設不銹鋼網罩防止濾料流失。由于填料上生長了大量的微生物,形成了生物膜,因而厭氧反應器的容積可適當減小。污水在該厭氧水解池內的停留時間一般控制在3~6h。該反應池的缺點是經過一段時間的運行后,隨著微生物的過度生長,填料內部及填料之間的空隙均被微生物充滿,若不及時沖洗,將導致微生物老化,同時增加了系統的水頭損失。因此,需增加反沖洗設備,進行定期反沖洗。此外,該類型的厭氧水解池同樣要求底部配水均勻,因而一般適用于小型污水處理廠。
厭氧生物濾池按水流方向可分為升流式和下流式兩種。廢水向上流動,通過反應器的厭氧濾池稱為升流式厭氧濾池;水流自上往下流動的反應器稱為下流式厭氧濾池。兩種反應器構造
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1.3 帶污泥外回流的厭氧水解反應池
上流式厭氧污泥床反應器和厭氧濾池反應器由于受到布水均勻性等因素的限制,單個反應池處理能力較小,若用于大型污水處理廠內,所需數量太多,因此一般用于規模較小的污水處理廠。針對上述特點,一種帶污泥外回流的厭氧水解反應池應運而生。該系統由厭氧反應池及后續沉淀池組成,厭氧反應池內設置若干攪拌器,以使污水和污泥充分接觸。經過厭氧處理后的污水,自流進入后續沉淀池內進行泥水分離,沉淀污泥通過回流污泥泵提升后,回流至厭氧反應池,以保證厭氧池內的污泥濃度。該系統由于反應池為完全混合流,不存在配水均勻性問題,因而可用于大型污水處理廠。如浙江省蕭山污水處理廠擴建工程中就采用了該類型的厭氧水解反應池。
蕭山污水處理廠擴建工程處理的廢水主要以難生物降解的印染和化工廢水為主,設計規模為2.4×105m3/d,厭氧水解池的設計停留時間為9.6h,廢水混合采用浮筒式潛水攪拌器。目前污水處理廠已投入運行,效果比較穩定,完全達到設計要求。
但是,為了維持厭氧池內的污泥濃度而增建的后續沉淀池和污泥回流系統,增加了工程投資和運行費用。此外,由于采用污泥外回流系統,厭氧池內的污泥濃度相對較低。因此,整個系統效率相對較低。
1.4 帶有內置沉淀池的厭氧水解池
由于前述三種厭氧水解處理器各有各的優點和局限性,若能將其優點加以結合,一方面可解決池內污泥濃度低的問題,另一方面又無需考慮配水均勻性問題,則可大大提高整個系統的處理效率,并可用于大型污水處理廠。
根據上述理念,提出了帶內置斜板沉淀池回轉式厭氧水解池的處理工藝。該系統的厭氧池池型類似于卡魯塞爾氧化溝,所不同的是它用水下推進器取代了表面曝氣器,在反應池的直線段設置斜板沉淀池,經過沉淀后的上清液流入后續處理構筑物,污泥順斜板向下滑入池內,并在水下推進器作用下與污水充分混合、接觸。由于采用回轉式池型,進入池內的原生污水很快與池
2 厭氧水解池的設計
厭氧水解池一般采用負荷法進行設計,反應池的體積可按下式計算得出:
V=QS0/q
式中:Q———廢水流量,m3/d;
S0———進水有機物濃度,CODg/L或BOD5g/L。
反應器的容積負荷一般應通過試驗確定,當無試驗數據時,亦可參照已建類似污水處理廠的運行經驗和相關數據進行設計。
國內外采用厭氧水解池設計建立的污水處理廠,其水解池的負荷數據列示于表1,以供參考。
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3 結論
目前使用的厭氧水解池由于受配水均勻性限制等因素的影響,難以在大型印染污水處理廠中推廣。帶有內置沉淀池的厭氧水解池采用了類似氧化溝的回轉式加斜板沉淀池的形式,較好地解決了配水均勻性問題,在大型印染污水處理廠中具有廣泛的應用前景。
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