UC水解工艺包在工业园区集中处理污水中的应用

王 磊

(上海泓济环保科技股份有限公司，上海 200092)

近年来，我国城市化进程加快，据不完全统计，我国建成的和在建的各类工业园区数量达到了约9 000个。据相关统计数据，工业废水排放量占全国污水排放总量的45%左右，而随着市政规划日趋完善，新建的工业企业多坐落于工业园区内。随着污水排放指标日益趋严，工业园区的污水治理受到了极大关注。不同于城镇污水处理厂的污水，工业园区污水中除了生活污水，还有各种工业企业初步处理后的废水，加之园区产业结构复杂，水质水量变化大，污染物浓度高，污染物种类多且具有高毒性及可生化性差的特性[1]，因此，园区废水若采用常规的城市污水处理厂的AAO、SBR工艺处理，往往难以达到一级A的排放标准。水解酸化作为一种基于生化的预处理工艺，具有运行费用低、控制简单、效果显著的特点。

1 水解酸化

厌氧过程一般分为三个阶段[2]：水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。水解酸化就是将厌氧过程控制在反应速率较快的第一阶段和第二阶段，即将大分子杂环的不溶性有机物水解为小分子的可溶性有机物，将难以生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子有机物质的过程。水解反应是有机底物进入细胞之前，胞外进行的生物化学反应，是复杂的非溶解性聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程[3]。

水解酸化是一种介于好氧和厌氧处理法之间的方法，与其他工艺组合可以降低处理成本，提高处理效率，改善废水的可生化性，为后续生化处理奠定良好基础。

1.1 水解酸化的影响因素

1.1.1 底物的种类和粒径大小

不同种类底物的水解难易程度也不同，底物种类对水解反应速率产生重要影响。如脂肪、蛋白质、多糖三类物质，在相同反应条件下，水解的速率呈增长趋势；对于同类型有机物，分子量越大越难水解；对于不同分子结构的物质，水解由易到难为直链结构>支链结构>环状结构。

底物粒径大小对水解的速率也会产生很大的影响，颗粒粒径越大，比表面积越小，就越难于水解。

1.1.2 容积负荷

对于水解反应器，容积负荷设计取值较低，提高水力停留时间，使污染物质与水解微生物接触时间加长，溶解出CODCr浓度变高，水解也越完全。对于含有难生物降解物质比例较大的污水，容积负荷应取相对较低值。

1.1.3 配水系统

废水和水解污泥的良好接触是保证水解池高效运行的必要条件，因此水解要有均匀的配水系统，保证反应器泥水可以充分接触。为达到此效果，可采用多点进水的分配装置来将进水在水解反应装置中均匀分配。

1.1.4上升流速

为确保水解反应器中泥水的充分接触及出水水质，水解池的上升流速应控制在一定的范围内。当上升流速偏低时，大量的较密实的活性污泥沉积在水解池的底部，在污水上升的过程中，泥水不能充分接触反应，从而导致了去除效果较差。当上升流速偏高时，会造成水解池的活性污泥大量流失，系统无法保证效果。

2 UC水解工艺包概述

2.1 结构简述

上海泓济环保科技股份有限公司(以下简称“泓济公司”)从水解酸化运行效果和维护便利性等出发，基于上流式复合型水解酸化反应器开发了上流式耦合水解反应器(up-flow coupling hydrolysis-acidogenosis reactor)，即UC水解工艺包。UC水解反应器自上而下依次为出水区、配水区、沉淀耦合反应区、污泥反应区、布水区，具体工艺结构如图1所示。

污水收集后，由配水区的点对点布水器均匀分配到池底的布水区，再经反应区处理后排出。配水自上而下，与传统的水解反应工艺中污水自下而上的水力流程不同。大量的工程案例表明，这一设计能彻底解决传统水解酸化工艺中出现的布水不均、布水管易堵塞及污泥流失等问题。

图1 UC水解工艺包结构图Fig.1 Structure Diagram of UC Technology

UC水解工艺包结构的设计特点如下。

(1)点对点布水器一方面能够保证水解反应器均匀布水，泥水充分接触，达到良好水解效果；另一方面可以通过底部布水帽上翻水流起到较好的水力搅拌作用，有助于提升生化反应的传质效率。底部布水帽的布置可以有效解决出水口因污泥沉降而易堵塞的问题。

(2)设置在沉淀耦合反应区的固定床平板填料能有效拦截轻质的水解污泥，并作为微生物的载体使厌氧污泥吸附固定在填料上，一方面增加了微生物的量，另一方面丰富了微生物的种类，保证水解反应器里的污泥浓度和微生物多样性。

(3)倾斜安装的固定床平板填料可发挥斜板沉淀作用，有效改善沉淀区的分离效果，降低分离区水力负荷，提高固液分离效率。

2.2 工艺包特点

(1)水解酸化的产物主要为小分子有机物，可生化性较好。经过UC水解工艺包处理后，可提升原污水的可生化性，减少后续反应的时间，并降低处理能耗。

(2)不需要密闭池，不需要搅拌器，不需要水、气、固三相分离器，降低了造价，便于维护。整个工艺包除了提升来水外无需其他动力，能耗低，效率高。

(3)出水无厌氧发酵的不良气味，可改善处理厂的环境，启动时间短，对进水pH、温度要求小，抗冲击负荷能力强。

2.3 UC水解工艺包与传统推流式水解酸化池的比较

目前，工程设计中使用较为普遍的厌氧水解有升流式厌氧污泥床和厌氧接触法(推流式水解酸化池)，分别对两种方式的水解反应器进行比较分析，如表1所示。根据2个方案的定性及定量比较结果，UC水解工艺占有明显优势，是适合工程应用的水解酸化技术。

表1 水解工艺比较

(续表)

3 工程实例

UC水解工艺包在诸多市政污水、园区污水处理工程中得到应用，根据其实际运行数据可知，污水经过沉砂池处理后进入UC水解，可显著提高污水可生化性，同时UC水解工艺包对COD及SS也有一定的去除能力。某工业园区污水集中处理工程设计规模为5万m3/d，一期处理规模为2万m3/d，二期处理规模为3万m3/d，其中生活污水约占15%，工业废水约占85%。该污水处理厂出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

3.1 UC水解单元设计参数

(1)变化系数：1.35；

(2)停留时间：8 h；

(3)水力负荷：1.01 m3/(m2·h)。

3.2 UC水解单元运行结果

在UC水解稳定运行一年后，连续7 d对进入水解单元的污水进行监测，水质如表2所示。由表2可知，废水的B/C约为0.29，生化性较差。

表2 平均进水水质表

3.2.1 CODCr、SS去除情况

在UC水解稳定运行一年后，连续7 d监测进入UC水解前和经过UC水解处理后的水质，CODCr和SS去除率情况如图2所示。由图2可知，UC水解单元对CODCr及SS有一定的去除率，CODCr去除率约14%，SS去除率约37%。基于水解酸化的工作原理，UC水解工艺重点在于污染物质化学结构和性质上的改变，改善废水的生物降解性能，而不在于CODCr总量的去除[4]。由于倾斜安装的固定床平板填料发挥了斜板沉淀作用，故SS得到了较好的去除。

3.2.2 污水B/C提高情况

在UC水解稳定运行一年后，连续7 d监测进入UC水解前和经过UC水解处理后的水质，对CODCr和BOD进行检测，B/C的变化如图3所示。由图3可知，进水B/C平均在0.29，低B/C是由于废水中含有大量的工业废水，大分子难降解有机物含量较高，废水生化性差。经过UC水解单元处理后，B/C可提升至平均为0.35，生化性提高显著。

图2 UC水解对污染物去除率Fig.2 Removal Rate of Pollutants by UC

图3 UC水解对B/C比的提升Fig.3 Promotion of B/C Ratio by UC

4 结论

综上所述，水解酸化工艺作为一种工业园区污水的预处理工艺，具有得天独厚的优势，UC水解工艺包作为一种改良型的上流式水解酸化工艺包，可以大幅度提高废水的可生化性，为后续主生化单元提供良好的条件。同时，UC水解工艺包还可去除部分COD和SS，起到了初沉池和水解酸化的双重功效，是一种有效且运行费用低的处理工艺，适合投入使用于工业园区污水处理工程。

[1]张宝伟.关于城市环境工程污水治理探析[J].科研,2015(10):221-222.

[2]赵大传,倪寿涛,崔清洁.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.

[3]吴为.改良水解/微孔曝气一体化氧化沟处理低碳氮比城市污水中试研究[D].武汉：华中科技大学,2011.

[4]毛卫兵,陆少鸣,朱争亮.厌氧折流板反应器在制药废水处理中的研究[J].工业安全与环保,2004,30(11):3-5.