UC水解工藝包在工業園區集中處理污水中的應用

王 磊

(上海泓濟環保科技股份有限公司，上海 200092)

近年來，我國城市化進程加快，據不完全統計，我國建成的和在建的各類工業園區數量達到了約9 000個。據相關統計數據，工業廢水排放量占全國污水排放總量的45%左右，而隨著市政規劃日趨完善，新建的工業企業多坐落于工業園區內。隨著污水排放指標日益趨嚴，工業園區的污水治理受到了極大關注。不同于城鎮污水處理廠的污水，工業園區污水中除了生活污水，還有各種工業企業初步處理后的廢水，加之園區產業結構復雜，水質水量變化大，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，園區廢水若采用常規的城市污水處理廠的AAO、SBR工藝處理，往往難以達到一級A的排放標準。水解酸化作為一種基于生化的預處理工藝，具有運行費用低、控制簡單、效果顯著的特點。

1 水解酸化

厭氧過程一般分為三個階段[2]：水解發酵階段、產氫產乙酸階段、產甲烷階段。水解酸化就是將厭氧過程控制在反應速率較快的第一階段和第二階段，即將大分子雜環的不溶性有機物水解為小分子的可溶性有機物，將難以生物降解的大分子物質轉化為易生物降解的小分子有機物質的過程。水解反應是有機底物進入細胞之前，胞外進行的生物化學反應，是復雜的非溶解性聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程[3]。

水解酸化是一種介于好氧和厭氧處理法之間的方法，與其他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，為后續生化處理奠定良好基礎。

1.1 水解酸化的影響因素

1.1.1 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，底物種類對水解反應速率產生重要影響。如脂肪、蛋白質、多糖三類物質，在相同反應條件下，水解的速率呈增長趨勢；對于同類型有機物，分子量越大越難水解；對于不同分子結構的物質，水解由易到難為直鏈結構>支鏈結構>環狀結構。

底物粒徑大小對水解的速率也會產生很大的影響，顆粒粒徑越大，比表面積越小，就越難于水解。

1.1.2 容積負荷

對于水解反應器，容積負荷設計取值較低，提高水力停留時間，使污染物質與水解微生物接觸時間加長，溶解出CODCr濃度變高，水解也越完全。對于含有難生物降解物質比例較大的污水，容積負荷應取相對較低值。

1.1.3 配水系統

廢水和水解污泥的良好接觸是保證水解池高效運行的必要條件，因此水解要有均勻的配水系統，保證反應器泥水可以充分接觸。為達到此效果，可采用多點進水的分配裝置來將進水在水解反應裝置中均勻分配。

1.1.4上升流速

為確保水解反應器中泥水的充分接觸及出水水質，水解池的上升流速應控制在一定的范圍內。當上升流速偏低時，大量的較密實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，從而導致了去除效果較差。當上升流速偏高時，會造成水解池的活性污泥大量流失，系統無法保證效果。

2 UC水解工藝包概述

2.1 結構簡述

上海泓濟環保科技股份有限公司(以下簡稱“泓濟公司”)從水解酸化運行效果和維護便利性等出發，基于上流式復合型水解酸化反應器開發了上流式耦合水解反應器(up-flow coupling hydrolysis-acidogenosis reactor)，即UC水解工藝包。UC水解反應器自上而下依次為出水區、配水區、沉淀耦合反應區、污泥反應區、布水區，具體工藝結構如圖1所示。

污水收集后，由配水區的點對點布水器均勻分配到池底的布水區，再經反應區處理后排出。配水自上而下，與傳統的水解反應工藝中污水自下而上的水力流程不同。大量的工程案例表明，這一設計能徹底解決傳統水解酸化工藝中出現的布水不均、布水管易堵塞及污泥流失等問題。

圖1 UC水解工藝包結構圖Fig.1 Structure Diagram of UC Technology

UC水解工藝包結構的設計特點如下。

(1)點對點布水器一方面能夠保證水解反應器均勻布水，泥水充分接觸，達到良好水解效果；另一方面可以通過底部布水帽上翻水流起到較好的水力攪拌作用，有助于提升生化反應的傳質效率。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)設置在沉淀耦合反應區的固定床平板填料能有效攔截輕質的水解污泥，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揮斜板沉淀作用，有效改善沉淀區的分離效果，降低分離區水力負荷，提高固液分離效率。

2.2 工藝包特點

(1)水解酸化的產物主要為小分子有機物，可生化性較好。經過UC水解工藝包處理后，可提升原污水的可生化性，減少后續反應的時間，并降低處理能耗。

(2)不需要密閉池，不需要攪拌器，不需要水、氣、固三相分離器，降低了造價，便于維護。整個工藝包除了提升來水外無需其他動力，能耗低，效率高。

(3)出水無厭氧發酵的不良氣味，可改善處理廠的環境，啟動時間短，對進水pH、溫度要求小，抗沖擊負荷能力強。

2.3 UC水解工藝包與傳統推流式水解酸化池的比較

目前，工程設計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)，分別對兩種方式的水解反應器進行比較分析，如表1所示。根據2個方案的定性及定量比較結果，UC水解工藝占有明顯優勢，是適合工程應用的水解酸化技術。

表1 水解工藝比較

(續表)

3 工程實例

UC水解工藝包在諸多市政污水、園區污水處理工程中得到應用，根據其實際運行數據可知，污水經過沉砂池處理后進入UC水解，可顯著提高污水可生化性，同時UC水解工藝包對COD及SS也有一定的去除能力。某工業園區污水集中處理工程設計規模為5萬m3/d，一期處理規模為2萬m3/d，二期處理規模為3萬m3/d，其中生活污水約占15%，工業廢水約占85%。該污水處理廠出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

3.1 UC水解單元設計參數

(1)變化系數：1.35；

(2)停留時間：8 h；

(3)水力負荷：1.01 m3/(m2·h)。

3.2 UC水解單元運行結果

在UC水解穩定運行一年后，連續7 d對進入水解單元的污水進行監測，水質如表2所示。由表2可知，廢水的B/C約為0.29，生化性較差。

表2 平均進水水質表

3.2.1 CODCr、SS去除情況

在UC水解穩定運行一年后，連續7 d監測進入UC水解前和經過UC水解處理后的水質，CODCr和SS去除率情況如圖2所示。由圖2可知，UC水解單元對CODCr及SS有一定的去除率，CODCr去除率約14%，SS去除率約37%。基于水解酸化的工作原理，UC水解工藝重點在于污染物質化學結構和性質上的改變，改善廢水的生物降解性能，而不在于CODCr總量的去除[4]。由于傾斜安裝的固定床平板填料發揮了斜板沉淀作用，故SS得到了較好的去除。

3.2.2 污水B/C提高情況

在UC水解穩定運行一年后，連續7 d監測進入UC水解前和經過UC水解處理后的水質，對CODCr和BOD進行檢測，B/C的變化如圖3所示。由圖3可知，進水B/C平均在0.29，低B/C是由于廢水中含有大量的工業廢水，大分子難降解有機物含量較高，廢水生化性差。經過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。

圖2 UC水解對污染物去除率Fig.2 Removal Rate of Pollutants by UC

圖3 UC水解對B/C比的提升Fig.3 Promotion of B/C Ratio by UC

4 結論

綜上所述，水解酸化工藝作為一種工業園區污水的預處理工藝，具有得天獨厚的優勢，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，為后續主生化單元提供良好的條件。同時，UC水解工藝包還可去除部分COD和SS，起到了初沉池和水解酸化的雙重功效，是一種有效且運行費用低的處理工藝，適合投入使用于工業園區污水處理工程。

[1]張寶偉.關于城市環境工程污水治理探析[J].科研,2015(10):221-222.

[2]趙大傳,倪壽濤,崔清潔.生活污水水解酸化的研究[J].山東建筑工程學院學報,2006,21(2):154-158.

[3]吳為.改良水解/微孔曝氣一體化氧化溝處理低碳氮比城市污水中試研究[D].武漢：華中科技大學,2011.

[4]毛衛兵,陸少鳴,朱爭亮.厭氧折流板反應器在制藥廢水處理中的研究[J].工業安全與環保,2004,30(11):3-5.