厭氧水解處理工藝是利用產(chǎn)甲烷菌與水解產(chǎn)酸菌生長速度不同,在反應(yīng)器中以水流動的淘洗作用,使甲烷菌在反應(yīng)器中難以繁殖,將厭氧處理控制在反應(yīng)時間短的第一階段,即在大量水解細(xì)菌、產(chǎn)酸菌作用下,將不溶性有機(jī)物水解為可溶性有機(jī)物,將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)。將厭氧水解處理作為各種生化處理的預(yù)處理,可提高污水生化性能,降低后續(xù)生物處理的負(fù)荷,因而被廣泛運用在難生物降解的化工、造紙及有機(jī)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(xù)處理構(gòu)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(jī)物,往往也需要在曝氣生物處理前設(shè)置厭氧水解池。目前廣泛采用的厭氧生物處理反應(yīng)器有UASB(上流式厭氧污泥床反應(yīng)器)和AF(厭氧濾池反應(yīng)器)兩種,此外還有帶污泥外回流的厭氧水解反應(yīng)池等。下面就以上幾種池型以及在工程實踐中的應(yīng)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(yīng)器
上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器是由Lettinga等人在20世紀(jì)70年代開發(fā)的[1]。UASB反應(yīng)器的組成及工作原理示意見圖1。
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UASB反應(yīng)器由反應(yīng)區(qū)和沉降區(qū)兩部分組成。反應(yīng)區(qū)又可根據(jù)污泥的情況分為污泥懸浮層和污泥床區(qū)。污泥床主要由沉降性能良好的厭氧污泥組成,SS濃度可達(dá)50~100g/L或更高。污泥懸浮層主要靠反應(yīng)過程中產(chǎn)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(yīng)器上部設(shè)有氣、固、液三相分離器。
污水從反應(yīng)器底部進(jìn)入,向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床,厭氧反應(yīng)發(fā)生在廢水與污泥顆粒的接觸過程。在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的沼氣(主要是甲烷和二氧化碳)引起內(nèi)部循環(huán),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(yīng)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(qū)溢流排出,詳見圖2。
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在UASB反應(yīng)器中,由于水流為上升流,要求池底配水均勻,因此,單個反應(yīng)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(dá)不到預(yù)計的處理效果。該反應(yīng)器的布水一般采用大阻力配水系統(tǒng),水頭損失較大。由于存在上述缺點,因此,UASB反應(yīng)器難以在大型污水處理廠中得到推廣和應(yīng)用。
1.2 厭氧濾池反應(yīng)器(AF)
厭氧濾池反應(yīng)器是在厭氧水解池中部放置一定數(shù)量的球形立體填料,其填充容積一般為水解池總?cè)莘e的50%。在水解池下部通過十字進(jìn)水管進(jìn)水,上部經(jīng)出水堰出水,在上部出水處設(shè)不銹鋼網(wǎng)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(yīng)器的容積可適當(dāng)減小。污水在該厭氧水解池內(nèi)的停留時間一般控制在3~6h。該反應(yīng)池的缺點是經(jīng)過一段時間的運行后,隨著微生物的過度生長,填料內(nèi)部及填料之間的空隙均被微生物充滿,若不及時沖洗,將導(dǎo)致微生物老化,同時增加了系統(tǒng)的水頭損失。因此,需增加反沖洗設(shè)備,進(jìn)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(yīng)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(yīng)器稱為下流式厭氧濾池。兩種反應(yīng)器構(gòu)造
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1.3 帶污泥外回流的厭氧水解反應(yīng)池
上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和厭氧濾池反應(yīng)器由于受到布水均勻性等因素的限制,單個反應(yīng)池處理能力較小,若用于大型污水處理廠內(nèi),所需數(shù)量太多,因此一般用于規(guī)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(yīng)池應(yīng)運而生。該系統(tǒng)由厭氧反應(yīng)池及后續(xù)沉淀池組成,厭氧反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置若干攪拌器,以使污水和污泥充分接觸。經(jīng)過厭氧處理后的污水,自流進(jìn)入后續(xù)沉淀池內(nèi)進(jìn)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(yīng)池,以保證厭氧池內(nèi)的污泥濃度。該系統(tǒng)由于反應(yīng)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(kuò)建工程中就采用了該類型的厭氧水解反應(yīng)池。
蕭山污水處理廠擴(kuò)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(shè)計規(guī)模為2.4×105m3/d,厭氧水解池的設(shè)計停留時間為9.6h,廢水混合采用浮筒式潛水?dāng)嚢杵鳌Ｄ壳拔鬯幚韽S已投入運行,效果比較穩(wěn)定,完全達(dá)到設(shè)計要求。
但是,為了維持厭氧池內(nèi)的污泥濃度而增建的后續(xù)沉淀池和污泥回流系統(tǒng),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(tǒng),厭氧池內(nèi)的污泥濃度相對較低。因此,整個系統(tǒng)效率相對較低。
1.4 帶有內(nèi)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(yōu)點和局限性,若能將其優(yōu)點加以結(jié)合,一方面可解決池內(nèi)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(tǒng)的處理效率,并可用于大型污水處理廠。
根據(jù)上述理念,提出了帶內(nèi)置斜板沉淀池回轉(zhuǎn)式厭氧水解池的處理工藝。該系統(tǒng)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(jìn)器取代了表面曝氣器,在反應(yīng)池的直線段設(shè)置斜板沉淀池,經(jīng)過沉淀后的上清液流入后續(xù)處理構(gòu)筑物,污泥順斜板向下滑入池內(nèi),并在水下推進(jìn)器作用下與污水充分混合、接觸。由于采用回轉(zhuǎn)式池型,進(jìn)入池內(nèi)的原生污水很快與池
2 厭氧水解池的設(shè)計
厭氧水解池一般采用負(fù)荷法進(jìn)行設(shè)計,反應(yīng)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(jìn)水有機(jī)物濃度,CODg/L或BOD5g/L。
反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過試驗確定,當(dāng)無試驗數(shù)據(jù)時,亦可參照已建類似污水處理廠的運行經(jīng)驗和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計。
國內(nèi)外采用厭氧水解池設(shè)計建立的污水處理廠,其水解池的負(fù)荷數(shù)據(jù)列示于表1,以供參考。
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3 結(jié)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(nèi)置沉淀池的厭氧水解池采用了類似氧化溝的回轉(zhuǎn)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(yīng)用前景。
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