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水解酸化工艺预处理混合型城市污水 * 胡广杰王素兰魏锐邢传宏 郑州大学水利与环境学院，郑州 450001 摘要 采用水解酸化 － 厌氧 － 改良 Carrousel 氧化沟组合的脱氮除磷工艺， 进行混合型城市污水处理的试验研究。在 不同的水力停留时间 HRT 下， 分别试验测定了水解酸化池进出水的各项指标。结果表明 最佳水力停留时间 HRT 为3 h， 进水ρ COD 为 150 ～ 1 200 mg/L、 ρ NH3-N 为 12 ～ 40 mg/L、 ρ TN 为 14 ～ 58 mg/L、 ρ TP 为 1. 7 ～ 4. 2 mg/L， 所对应的去除率 COD 为 － 29 ～ 66 、 NH3-N 为 － 55 ～ 33 、 TN 为 － 45 ～ 69 、 TP 为 － 80 ～ 66 。 可见基于水解酸化工艺预处理可成功实现混合型城市污水中有机物的水解和酸化。 关键词 水解酸化;预处理;混合型;城市污水 PRETREATMENT OF COMMIX URBAN WASTEWATER BY HYDROLYTIC ACIDIFICATION PROCESS Hu GuangjieWang SulanWei RuiXing Chuanhong College of Water Conservancy and Environmental Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China AbstractAn experimental study on treatment of composite urban wastewater treatment with hydrolysis acidification-anaerobic- modified Carrousel oxidation ditch process was conducted． At different hydraulic retention time HRT ，it was determined the indicators of the influent and efflucent in the hydrolysis acidification tank． The results indicated that the optimal hydraulic retention time HRTwas 3 h，influent COD was 150 ～ 1 200 mg/L，NH3-N was 12 ～ 40 mg/L，TN was 14 ～ 58 mg/L，TP was 1. 7 ～ 4. 2 mg/L，the corresponding to the COD removal rate was － 29 ～ 66 ，NH3-N was － 55 ～ 33 ，TN was － 45 ～ 69 ，TP was － 80 ～ 66 ． It was shown that the hydrolysis and acidification of organic matters in mixed urban sewage could be realized by the combined pretreatment process． Keywordshydrolytic acidification;pretreatment;commix;urban wastewater * 国家水体污染控制与治理重大科技专项 2009ZX07210- 001- 001 。 随着经济与社会的持续发展， 市政管网收集的城 市污水不再单是生活污水， 包含有工业废水， 且工业 废水比例或将进一步提高。国内很多污水处理厂特 别是工业废水处理厂都采用水解酸化池作为一级处 理构筑物 ［1］。水解酸化预处理单元可提高废水后续 处理的可生化性和改善 COD 去除效果 ［2- 3］。此外， 还 能有效缓冲工业废水比例波动带来的剧烈负荷冲 击 ［4］， 有力保障后续脱氮除磷工艺单元的稳定高效 运行以及设计出水水质的全面达标。 水解酸化工艺作为预处理可与多种其他工艺相 组合处理混合型城市污水 ［5- 8］。如水解酸化与 AAO 组合工艺进 行 废 水 同 步 脱 氮 除 磷 ［6］， 水 解 酸 化 与 MBR 及好氧组合工艺处理生活污水 ［7］等。本文采用 水解酸化 － 厌氧 － 改良 Carrousel 氧化沟组合工艺处 理污水处理厂污水， 首先进入水解酸化池进行预处 理， 出水进入厌氧池完成反硝化脱氮及释磷等过程， 为改良 Carrousel 氧化沟提供优化的处理环境。 1试验部分 1. 1装置与流程 试验流程如图 1 所示。水解酸化池、 厌氧池、 改 良 Carrousel 氧化沟和二沉池均使用不锈钢板制作， 水解酸化池尺寸为1. 6 m 1. 2 m 1. 7 m， 为复合折 流式水解酸化反应池， 分为反应区和沉淀区; 厌氧池 尺寸为1. 7 m 1. 5 m 1. 2 m， 设置 2 个单元格形 式， 顶 部 溢 流 出 水; 改 良 Carrousel 氧 化 沟 尺 寸 为 4. 2 m 2 m 1. 2 m， 设置为 8 廊道形式; 二沉池尺 寸为1. 6 m 1. 3 m 1. 8 m， 内有斜板辅助沉淀。 71 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 图 1组合反应器工艺流程 反应装置进水来自郑州某污水处理厂二期曝气 沉砂池出水， 由泵送至高位水箱， 通过重力流由底部 进入水解酸化池， 依次通过水解酸化池的反应区和沉 淀区， 在沉淀区高位由泵抽送水解酸化池出水进入厌 氧池， 厌氧池高位溢流出水至改良 Carrousel 氧化沟， 由空压机通过空气管路连接微孔曝气器进行曝气， 改 良 Carrousel 氧化沟溢流出水进入二沉池， 经过沉淀 后， 上清液排放， 二沉池剩余污泥回至厌氧池。 1. 2水质 试验用水取郑州市某污水处理厂二期曝气沉砂 池出水， 其中工业废水所占比例较大为 50 ～ 80 ， 生活污 水 为 20 ～ 50 ， ρ COD 高 达1200 mg/L。 污水水质如表 1 所示。 表 1污水水质 mg/L pH 除外 水质指标ρ CODρ NH3-Nρ TNρ TPρ MLSSpH 变化范围 150 ～ 1 20012 ～ 4014 ～ 581. 7 ～ 4. 2100 ～ 6006. 8 ～ 7. 3 运行时间从 2011 年 811 月， 期间水温变化为 15 ～ 33 ℃ 。 2结果与分析 2. 1试验启动 采用水解酸化预处理， 既可有效节省占地面积， 弥补初沉池效率不高的缺陷， 又可提高进水中可快速 降解的有机物质含量 ［9］。本试验设计的水解酸化反 应器采用折流板形式， 增加了污水的流程和与污泥接 触的时间 ［10］。折流板水解酸化池分反应区和沉淀 区， 其内有特制的一体式集泥沉淀回流搅拌装置， 保 证了泥水的混合效果。 水解酸化反应池的接种污泥取自污水厂二沉池 剩余污泥。先在水解酸化池中注入约0. 25 m3污泥， 开始2 d无进出水也无搅拌， 污泥厌氧氧化， 然后小流 量进出水5 d， 开启本试验特制的一体式集泥沉淀回 流搅拌装置， 使泥水混合均匀。运行初期， 污泥仅靠 自身的重力堆积在反应器底部， 絮凝性差， 结构松散， 对悬浮物有微弱的截留作用， 不能很好地改善污水可 生化性， 出水混浊， 测定出水 COD 多大于进水， 去除 率多为负值。继续运行5 ～ 6 d之后， 水解池水面有气 泡产生， 气泡产量从少变多又变少， 认为污泥中的产 甲烷菌所致， 随着污水与污泥的不断混合接触， 甲烷 菌被逐渐淘洗出去。微生物逐渐恢复活性， 出水由混 浊逐渐变清澈， 水解酸化反应器中水解细菌和产酸细 菌占优势菌种地位， 水解酸化反应器启动成功。 厌氧池和改良 Carrousel 氧化沟的接种污泥也是 取自集泥井污泥。厌氧池采用底部进水顶部溢流出 水的方式， 进泥后， 泥沉降到厌氧池底部， 由于厌氧环 境， 厌氧菌占优势菌种地位， 而好氧菌则被淘汰。改 良 Carrousel 氧化沟进泥后， 即时开启位于沟渠底部 的微孔曝气器， 开启较大曝气量， 使泥水混合液的 DO 浓度大于2 mg/L［11］， 小流量进出水。由于种泥来自 厂区好氧池内， 短时间内可使改良 Carrousel 氧化沟 内污泥恢复活性。 2. 2水解酸化池运行参数的优化 进水为混合型城市污水， 其ρ COD 值为 150 ～ 1 200 mg/L， pH 为 7. 1， 水解酸化反应器于 2011 年 7 月下旬开始进水调试。水力停留时间 HRT、 pH 和温 度是影响水解酸化效果的关键因素 ［12］， 通过控制进 水流量考察 HRT 对水解酸化效果的影响， 通过监测 温度和 pH 的变化对水解酸化效果的影响， 来确定水 解酸化池的最优运行参数。 2. 2. 1HRT 对混合型城市污水水解酸化效果的影响 从 2011 年 8 月 1 日开始稳定运行到 8 月 16 日， 水解酸化池进水量为400 L/h， 水解酸化池的有效容 积为1. 6 m3， 水解酸化池 HRT 为4 h; 从 8 月 17 日9 月 8 日 调 整 水 解 酸 化 池 HRT 为 3 h， 进 水 量 为 400 L/h， 水 解 酸 化 池 的 有 效 容 积 则 约 为 1. 2 m3; 9 月 930 日调整 HRT 为2 h， 进水量为400 L/h， 水 解酸化池的有效容积则为0. 8 m3; 10 月 116 日调 整水力停留时间为1. 5 h， 进水量为400 L/h， 水解酸 化池的有效容积则为0. 6 m3。 监测分析了反应器运行期间的 COD、 BOD5、 TN、 NH3-N、 TP、 pH、 T、 DO、 MLSS、 SV 和 SVI 等指标。 1 不同 HRT 下对水解酸化池中 COD 的影响。 在不同 HRT 下， 水解酸化池进出水 COD 及 COD 去 除率如图 2 所示。运行期间水解酸化反应器对 COD 的去除率不是很高， 而且经常出现水解酸化池出水 COD 大于进水 COD 的情况。分析数据并结合实际 情况认为， 装置进水为所在污水厂收水区内工业废水 和生 活 污 水 的 混 合 废 水， 水 质 随 时 间 波 动 较 大， ρ COD 为 150 ～ 1 200 mg/L， 含有较多的难降解有 81 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 机物或无机物， 影响了水解酸化的效能。在 HRT 分 别为 4， 2， 3， 1. 5 h的情况下， COD 去除率不稳定， 在 HRT 3 h时， COD 去除率为 10 ～ 60 ， 对于进水 水质波动较大的情况， 其处理结果优于其他 HRT 下 的去除率。COD 去除率为负值， 是由于水解酸化池 沉淀区的沉淀效果一般， 出水中含有浮泥致使 COD 值增大。 图 2水解酸化池进出水 COD 及去除率变化 2 不同 HRT 下对水解酸化池中 BOD5的影响。 试验运行期间， 进水 B /C 值为 0. 2 ～ 0. 3， 可生化性较 差， BOD5去除率为 － 30 ～ 23 ， 由于废水水质较为 复杂， 一些不能生物降解的 SS 被沉降下去， 大分子有 机物水解成小分子有机物， 某些有机物在酸化细菌的 作用下变成挥发性脂肪酸类、 小分子醇类、 乳酸等易 生物降解的代谢产物。如图 3 所示， BOD5数值与当 天相同水样测得的 COD 比值均增大， 即废水的 B /C 值增大， 废水经过水解酸化后可生化性提高。 图 3水解酸化池进出水 BOD 5及去除率变化 3 不同 HRT 下对水解酸化池中氨氮的影响。在 不同 HRT 下， 水解酸化池进出水氨氮及氨氮去除率 如图 4 所示。图 4 中进水氨氮范围在 12 ～ 40 mg/L， 波动较大， 氨氮去除率在 － 30 ～ 30 ， 在 HRT 分别 为 4， 3， 2， 1. 5 h时， 氨氮去除率有正有负， 可能是因 为 1 水解酸化池内污泥的吸附作用使氨氮值减小; 2 废水中含氮有机物经过水解酸化池的反应后转换 为氨氮， 可使废水中的氨氮浓度增加; 3 废水中的氨 氮也可能被水解细菌和酸化细菌的同化作用利用， 进 而使水解酸化出水的氨氮浓度低于进水值。HRT 为 3 h时， 氨氮去除率稳定在 0 以下， 是由于水解酸化 使有机氮转化为氨氮的量大于吸附和同化的量， 其处 理结果优于其他 HRT 情况下的结果， 水解酸化产生 效果。 图 4水解酸化池进出水 NH 3-N 及去除率变化 4 不同 HRT 下对水解酸化池中总氮的影响。在 不同 HRT 下， 水解酸化池进出水总氮及总氮去除率 如图 5 所示。图 5 中进水总氮在 14 ～ 58 mg/L， 波动 较大， 总氮去除率在 － 50 ～ 50 ， 在不同的 HRT 下， 水解酸化池的出水总氮去除率不稳定， 但多数情 况下， 总氮去除率为正值。分析原因可能是水质波动 较大或者水解酸化池内水力混合不是很均匀， 造成了 总氮的去除率为负值。但总体上水解酸化池进出水 总氮有所降低。在 HRT 为3 h时， 总氮平均去除率约 为 14 ， 高于其他 HRT 运行情况。因此 HRT 为3 h 时总氮去除效果最佳。 图 5水解酸化池进出水 TN 及去除率变化 5 不同 HRT 下对水解酸化池中总磷的影响。在 不同 HRT 下， 水解酸化池进出水总磷及总磷去除率 如图 6 所示。从图 6 可以看出 水解酸化池进水总磷 值在 1. 7 ～ 9. 2 mg/L， 去 除 率 有 正 有 负， 去 除 率 在 － 50 ～ 50 。分析原因 ①较长的 HRT 为水解酸 91 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 化池中的聚磷微生物提供厌氧环境， 聚磷微生物释放 磷， 造成了水解酸化池总磷的出水大于进水; ②在较 短的 HRT 下， 水解酸化池总磷的去除率有时为正值， 有时监测 DO 发现， 随着进水带入反应器内一部分溶 解氧， 在缺氧或好氧的环境下， 聚磷微生物发挥了吸 磷的作用， 同化了一部分水中的磷使得总磷值下降。 图 6水解酸化池进出水 TP 及去除率变化 在 HRT 为 4 h 时， 相对较长的 HRT 和特制的一 体式沉淀集泥回流装置的搅动作用， 造成了水解酸化 池的缺氧或好氧环境， 使总磷有所去除。HRT 分别 为 3， 2， 1. 5 h时， 总磷去除率基本为负值， 厌氧环境下 聚磷微生物释放磷， 为后续生物处理提供了较好的预 处理 环 境。 而 在 HRT 为 3 h 时，总 磷 去 除 率 为 － 26 ， 相比其他 HRT 情况下聚磷菌释磷的效果 最佳。 2. 2. 2温度对混合型城市污水水解酸化效果的影响 水解酸化池运行期间温度的变化曲线如图 7 所 示。温度的变化主要受天气变化的影响， 本试验未设 置温度控制装置。 图 7水解酸化池温度变化 从图 7 可以看出 温度对水解酸化池的影响， 符 合温度对微生物的一般影响规律， 即在一定的温度范 围内， 水解反应的速率随温度的升高而增大。但当温 度在 17 ～ 24 ℃ 时， 水解酸化的效果变化不大， 可以看 出水解细菌和酸化细菌水温较低的情况下有较强的 适应性。 2. 2. 3pH 对混合型城市污水水解酸化效果的影响 水解酸化产物、 水解速率以及污泥的结构和形态主 要受 pH 值的影响。水解细菌和酸化细菌对 pH 值有较 大范围的适应性， 水解过程可以在 pH 为 3. 5 ～ 10. 0 的 范围内顺利进行， 而最佳的 pH 范围为5. 5 ～6. 5。 水解酸化池运行期间进出水 pH 变化曲线如图 8 所示， 进出水 pH 基本稳定在 7. 0 ～ 7. 4， 进水 pH 不需 要再进行调节， 即可达到水解酸化工艺的进水 pH 要 求。进水是混合型城市污水， 里面含有复杂成分包括 一些缓冲物质， 水解酸化池的 pH 不会有显著变化。 图 8水解酸化池进出水 pH 变化 3结论 1 水解酸化 － 厌氧 － 改良 Carrousel 氧化沟组合 工艺对混合型城市污水具有较好的处理效率， 其中水 解酸化工艺可有效的达到预处理混合型城市污水的 有益效果。水解酸化池出水 B /C 值的变化， 使得出 水中溶解性 COD 比例提高， 同时反应器内高的污泥 浓度起到了良好的截留水解作用， 在有机物通过时将 其吸附截留， 增加了有机物的停留时间。提高了难降 解物质和不易降解物质的可降解性， 有效消除了难降 解物质对后续生化处理的抑制。 2 水解酸化工艺的最佳水力停留时间为3 h， 从 COD、 NH3-N、 TN、 TP 等指标均可以看出混合型城市 污水的可生化性得到提高。 3 一定的温度范围内， 水解反应的速率随温度 的升高而增大。当温度为17 ～ 24 ℃ 时， 水解酸化的 效果变化不大， 可以看出水解细菌和酸化细菌对水温 较低的环境有较强的适应性。 4 水解酸化进水是混合型城市污水， 里面含有 复杂的成分包括一些缓冲物质， 进出水 pH 基本稳定 在 7. 0 ～ 7. 4， 进水 pH 不需要进行调节， 即可达到水 解酸化工艺的进水 pH 要求。 下转第 27 页 02 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 model for a recent co-produced water treatment technology［J］． Journal of Environmental Sciences，2011，23 3360- 365． ［6］王跃进，袁惠新． 旋流器用于含油污水的除油［J］． 无锡轻工 大学学报，2000，19 4 385- 387． ［7］王学佳． 气携式液-液水力旋流器分离机理及特性研究［D］． 大庆大庆石油学院，2006． ［8］倪玲英，李涛江． 炼油厂污水旋流除油实验研究［J］． 石油大 学学报 自然科学版 ，2002，26 3 62- 64． ［9］Lemenand T，Valle D D，Zellouf Y，et al． Droplets ation in turbulent mixing of two immiscible fluids in a new type of static mixer［J］． International Journal of Multiphase Flow，2003 29 813- 840． ［ 10］Fradette L，Tanguy1 P，Li H Z，et al．Liguid/liguid viscous dispersions with a SMX static mixer［J］． Trans IChemE，Part A， Chemical Engineering Research and Design， 2007， 85 A3 395- 405． ［ 11］曲险峰，倪玲英，刘晓成，等． 影响聚结效率因素实验研究 ［J］． 过滤与分离． 2009，19 3 14- 16． ［ 12］张东锋． 多相流泵溶气气浮处理含油污水的实验研究［D］． 青 岛 中国石油大学 华东 ，2009． ［ 13］李洪敏，娄世松，张凤华，等． 聚结-气浮法处理含油污水［J］． 辽宁石油化工大学学报，2009，29 4 1- 3． ［ 14］李秋红，娄世松，李萍，等． 聚氯乙烯聚结处理含油废水研究 ［J］． 辽宁石油化工大学学报，2009，29 1 4- 6． ［ 15］刘青． 逆流絮凝气浮技术处理含油污水的实验研究［D］． 青 岛 中国石油大学 华东 ，2008． ［ 16］李秋红，娄世松，赵杉林，等． 含油废水的除油技术研究［J］． 化工科技，2008，16 5 24- 28． ［ 17］舒朝晖，刘根凡，陈文梅，等． 除油旋流器中的油滴分布及其 影响因素［J］． 流体机械，2002，30 8 8- 11． ［ 18］周建． 聚结技术处理含油污水的实验研究［D］． 青岛 中国石 油大学 华东 ，2009． ［ 19］倪玲英． 高含水原油预分离水力旋流器试验研究［J］． 新疆石 油科技，2000，1 10 36- 38． ［ 20］刘晓艳，毛国成，楚伟华，等． 含油污水乳化液微波分离实验 研究［J］． 油气田环境保护，2004，15 4 35- 37． ［ 21］王嘉麟，陈春茂，杨双春，等． 充气水力旋流器净化含油污水 的实验与应用研究［J］． 现代化工，2008，28 3 24- 26． ［ 22］张黎明，何利民，王涛，等． 含聚结构件油水分离器性能研究 ［J］． 高校化学工程学报，2002，2 23 345- 350． ［ 23］辞红兵，康宜华，姚薇，等． 除油旋流器内壁油滴分布规律研 究［J］． 石油机械，2001，29 12 1- 3． ［ 24］何利民． 除油水力旋流器的分离性能评价［J］． 中国海上油气 工程，2000，12 3 60- 63． ［ 25］陆耀军，范敏英，张庆珍，等． 油水重力分离实验再现系统的 研制［J］． 实验力学，1998，13 4 565- 573． 作者通信处陈家庆102617北京市大兴区清源北路 19 号 电话 010 81292134 E- mailjiaqing bipt． edu． cn 2012 － 01 － 20 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 20 页 参考文献 ［1］赵大传，倪寿清． 生活污水水解酸化的研究［J］． 山东建筑工 程学院学报， 2006， 21 2 154- 158． ［2］唐受印． 水处 理工程师手册［M］．北 京 化 学 工 业 出 版 社， 2010． ［3］付乐，李树苑． 水解酸化工艺在污水处理中的应用［J］． 全国 排水委员会 2010 年年会论文集， 2010， 112- 117． ［4］孙美琴，彭超英，梁多， 等． 水解酸化预处理工艺及应用［J］． 四川环境， 2003， 22 4 52- 55． ［5］郑志伟，呼世斌． 水解酸化-SBR 工艺处理果汁废水的研究 ［J］． 环境工程学报， 2007， 1 12 47- 50． ［6］姚玉君． 水解酸化 － A － O 工艺处理石化废水的中试 研究 ［D］． 北京 北京工业大学， 2010 8- 9． ［7］袁骏， 郭琴， 徐浩昌． 水解-好氧工艺处理生活污水［J］． 环境工 程， 2005， 23 1 22- 32． ［8］曹艳晓，龙腾锐． 水解酸化-AMBBR-好氧组合工艺的启动过程 研究［J］． 环境工程学报， 2009， 3 7 1203- 1208． ［9］王建龙， 彭永臻， 刘英， 等． 水解酸化 AAO 工艺的同步脱氮除 磷及污泥减排研究［J］． 中国给水排水， 2007， 23 23 1- 5． ［ 10］于宏兵， 张万友． 水解酸化 /活性污泥法 /人工湿地处理污水 ［J］． 中国给水排水， 2004， 20 12 73- 75． ［ 11］国家环境保护部 水和废水监测分析方法编委会． 水和废水监 测分析方法［M］． 4 版． 北京中国环境科学出版社，2002． ［ 12］李军，张帅． 基于折流板反应器的污泥水解酸化研究［J］． 中 国给水排水，2009， 25 19 5- 11． ［ 13］叶长兵，韩相奎． 异波折板水解酸化-A2O 一体化反应器实验 研究［J］． 环境工程学报，2010， 4 3 503- 507． ［ 14］王佳伟，周军． 溶解氧对 A2 /O 工艺脱氮除磷效果的影响及解 决方法［J］． 给水排水，2009，35 1 35- 37． ［ 15］王凯军． 低浓度污水厌氧 － 水解处理工艺［M］． 北京中国环 境科学出版社， 1990． 作者通信处邢传宏450001郑州大学水利与环境学院 E- mailchxing zzu． edu． cn 2012 － 01 － 12 收稿 72 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期