厌氧水解处理工艺是利用产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同,在反应器中以水流动的淘洗作用,使甲烷菌在反应器中难以繁殖,将厌氧处理控制在反应时间短的第一阶段,即在大量水解细菌、产酸菌作用下,将不溶性有机物水解为可溶性有机物,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,可提高污水生化性能,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。此外,厌氧水解处理亦可用于城市污水处理厂,以水解池代替初沉池,减少后续处理构筑物曝气池的停留时间,从而降低工程投资。

印染废水中由于存在大量难生物降解的有机物,往往也需要在曝气生物处理前设置厌氧水解池。目前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,此外还有带污泥外回流的厌氧水解反应池等。下面就以上几种池型以及在工程实践中的应用作一简单介绍。

1　厌氧水解池形式

1.1　上流式厌氧污泥床反应器

上流式厌氧污泥床(UASB)反应器是由Lettinga等人在20世纪70年代开发的[1]。UASB反应器的组成及工作原理示意见图1。

UASB反应器由反应区和沉降区两部分组成。反应区又可根据污泥的情况分为污泥悬浮层和污泥床区。污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成,SS浓度可达50~100g/L或更高。污泥悬浮层主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作用形成,污泥浓度较低,SS一般在5~40g/L。在反应器上部设有气、固、液三相分离器。

污水从反应器底部进入,向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床,厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程。在厌氧状态下产生的沼气(主要是甲烷和二氧化碳)引起内部循环,这对颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的有效气体会附着在污泥颗粒上,附着及未附着的气体向反应池顶部上升,而上升到表面的污泥撞击三相分

澄清后的处理水由沉淀区溢流排出,详见图2。

在UASB反应器中,由于水流为上升流,要求池底配水均匀,因此,单个反应池的面积不能过大。此外,为保持污泥悬浮层,需控制一定的上升流速,若上升流速超出一定范围,会造成污泥流失;上升流速过小,污泥层难以形成,达不到预计的处理效果。该反应器的布水一般采用大阻力配水系统,水头损失较大。由于存在上述缺点,因此,UASB反应器难以在大型污水处理厂中得到推广和应用。

1.2　厌氧滤池反应器(AF)

厌氧滤池反应器是在厌氧水解池中部放置一定数量的球形立体填料,其填充容积一般为水解池总容积的50%。在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。由于填料上生长了大量的微生物,形成了生物膜,因而厌氧反应器的容积可适当减小。污水在该厌氧水解池内的停留时间一般控制在3~6h。该反应池的缺点是经过一段时间的运行后,随着微生物的过度生长,填料内部及填料之间的空隙均被微生物充满,若不及时冲洗,将导致微生物老化,同时增加了系统的水头损失。因此,需增加反冲洗设备,进行定期反冲洗。此外,该类型的厌氧水解池同样要求底部配水均匀,因而一般适用于小型污水处理厂。

厌氧生物滤池按水流方向可分为升流式和下流式两种。废水向上流动,通过反应器的厌氧滤池称为升流式厌氧滤池;水流自上往下流动的反应器称为下流式厌氧滤池。两种反应器构造

1.3　带污泥外回流的厌氧水解反应池

上流式厌氧污泥床反应器和厌氧滤池反应器由于受到布水均匀性等因素的限制,单个反应池处理能力较小,若用于大型污水处理厂内,所需数量太多,因此一般用于规模较小的污水处理厂。针对上述特点,一种带污泥外回流的厌氧水解反应池应运而生。该系统由厌氧反应池及后续沉淀池组成,厌氧反应池内设置若干搅拌器,以使污水和污泥充分接触。经过厌氧处理后的污水,自流进入后续沉淀池内进行泥水分离,沉淀污泥通过回流污泥泵提升后,回流至厌氧反应池,以保证厌氧池内的污泥浓度。该系统由于反应池为完全混合流,不存在配水均匀性问题,因而可用于大型污水处理厂。如浙江省萧山污水处理厂扩建工程中就采用了该类型的厌氧水解反应池。

萧山污水处理厂扩建工程处理的废水主要以难生物降解的印染和化工废水为主,设计规模为2.4×105m3/d,厌氧水解池的设计停留时间为9.6h,废水混合采用浮筒式潜水搅拌器。目前污水处理厂已投入运行,效果比较稳定,完全达到设计要求。

但是,为了维持厌氧池内的污泥浓度而增建的后续沉淀池和污泥回流系统,增加了工程投资和运行费用。此外,由于采用污泥外回流系统,厌氧池内的污泥浓度相对较低。因此,整个系统效率相对较低。

1.4　带有内置沉淀池的厌氧水解池

由于前述三种厌氧水解处理器各有各的优点和局限性,若能将其优点加以结合,一方面可解决池内污泥浓度低的问题,另一方面又无需考虑配水均匀性问题,则可大大提高整个系统的处理效率,并可用于大型污水处理厂。

根据上述理念,提出了带内置斜板沉淀池回转式厌氧水解池的处理工艺。该系统的厌氧池池型类似于卡鲁塞尔氧化沟,所不同的是它用水下推进器取代了表面曝气器,在反应池的直线段设置斜板沉淀池,经过沉淀后的上清液流入后续处理构筑物,污泥顺斜板向下滑入池内,并在水下推进器作用下与污水充分混合、接触。由于采用回转式池型,进入池内的原生污水很快与池

2　厌氧水解池的设计

厌氧水解池一般采用负荷法进行设计,反应池的体积可按下式计算得出:

V=QS0/q

式中:Q———废水流量,m3/d;

S0———进水有机物浓度,CODg/L或BOD5g/L。

反应器的容积负荷一般应通过试验确定,当无试验数据时,亦可参照已建类似污水处理厂的运行经验和相关数据进行设计。

国内外采用厌氧水解池设计建立的污水处理厂,其水解池的负荷数据列示于表1,以供参考。

3　结论

目前使用的厌氧水解池由于受配水均匀性限制等因素的影响,难以在大型印染污水处理厂中推广。带有内置沉淀池的厌氧水解池采用了类似氧化沟的回转式加斜板沉淀池的形式,较好地解决了配水均匀性问题,在大型印染污水处理厂中具有广泛的应用前景。