工程实例分析----水解酸化池的运行控制与影响因素
摘要：水解酸化池用于工业废水比重大的城市污水处理厂，COD去除率为57.62%，BOD5去除率为51.64%，SS去除率为85.9%，氨氮去除率为32.13%，总磷去除率为62.01%。起到了良好的强化预处理作用，本文针对某水务某污水处理厂水解酸化池的实际运行情况，分别对其运行控制与影响因素进行了总结，指出了设计中存在的问题，并提出了进一步研究的方向。
关键词：水解酸化池 运行控制 影响因素
1、前言
水解（酸化）处理方法是一种介于好氧和厌氧处理法之间的方法，和其它工艺组合可以降低处理成本提高处理效率。水解酸化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，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的过程，从而改善废水的可生化性，为后续处理奠定良好基础[1]。目前，该工艺已在某水务某污水处理厂得到成功应用，并取得了良好的效果。
2、设计简述
本工程水解酸化池分为两组，单组设计水量为2万m3/d，设计平均停留时间为5h，最大流量下停留时间为3.54h，平面尺寸为48.85m×12.73m，由于施工设计等原因，有效容积为7327m3，实际平均停留时间为4.4h，最大流量下停留时间为3.12h，每池采用31套布水器，每池设计14套排泥管。
3、目前运行情况
目前运行效果良好，COD去除率为57.62%，BOD5去除率为51.64%，SS去除率为85.9%，氨氮去除率为32.13%，总磷去除率为62.01%。
4、控制参数与影响因素
结合某水务某污水处理厂的实际运行情况与相关的理论研究，水解酸化池的主要控制参数和影响因素包括污泥浓度、水力负荷、泥位控制等。
4.1污泥浓度
污泥浓度是水解酸化池的最重要的控制参数之一。水解池功能得以完成的重要条件之一是维持反应器内高浓度的厌氧微生物（污泥）。由于污泥受到两个方向的作用，即其本身在重力场下的沉淀作用，及污水从下而上运动造成的污泥上升运动，因此污泥与污水可充分接触，达到良好的截留和水解酸化效果，目前污泥浓度控制在14g/l，污泥层厚度在3.7m—4.5m之间。一般建议污泥浓度控制在10-20g/l可达到良好效果。
4.2水力负荷
水力负荷主要体现在上升流速和配水方式的设计上，上升流速是设计水解酸化池的主要参数，一般建议上升流速设计在0.5m/h-1.8m/h，目前运行上升流速在1.34m/h；配水方式采用小阻力配水，穿孔布水管每池31套，主管为DN200，长为11m，在管子两侧45°方向开孔，每管14个孔口，具体见图1。在进行适当改造后，分枝状形式的配水形式基本上达到了配水均匀的目的。
图1 穿孔布水管示意图 图2 排泥管示意图
4.3泥位控制
目前水解酸化池实际运行中最主要控制参数是泥位控制。每池距池底0.8m处分别设计14根排泥管，管径为DN200，每根排泥管均匀设置14个孔口，孔口形式见图2，每根排泥管负担44.4m2面积。水解酸化池排泥方式采用高水力负荷排泥，通过排泥以控制污泥面高度，高水力负荷时排泥的优点是易于控制污泥面高度，可采用泥位计控制排泥，这样系统的稳定性比较好；缺点是高负荷时污泥层膨胀率较大，污泥浓度低，后续污泥浓缩负荷大，而排泥量不够，则会造成污泥溢出，对后续工艺产生不良影响。而低水力负荷时排泥浓度高，污泥排放量少，提高污泥脱水效率。但后者缺点是对污泥层的控制不易掌握，排泥量过大会造成系统中污泥总量减少而影响处理效果[2]。目前控制水解酸化池上清液在1.2m—2.0m，污泥龄在6d左右，可达到良好的处理效果。
5、运行结果分析与讨论
5.1设计中存在的问题
5.1.1布水方式
配水是否均匀是影响水解酸化效果的重要因素，设计采用上部管渠配水的分枝状配水方式，由于水解池较长，前端水量大，上升流速可达2-3m/h，而末端水流较小，流速低，很难达到布水均匀效果。针对这一问题，对前端阀门进行改造，减少其进水，增大中部末端的水量，改造后布水均匀，处理效果有明显提高。水解酸化池的配水均匀性问题在设计时应慎重考虑。
5.1.2排泥位置
设计排泥管设置在距池底0.8m处，由于池底部污泥浓度较高，可达20g/l左右，几乎以颗粒形态存在，活性高，吸附水解酸化能力强；污泥层中上部污泥浓度低，主要以悬浮状态存在，活性差，吸附能力弱。而实际排泥时排走的主要是活性强的污泥，而残留系统的却是活性较差的污泥，这样排泥时处理效果会降低。因此设计中应尽量以污泥区的中上部为排泥点。
5.1.3排泥方式
目前排泥方式以开启排泥阀门为主，每池14个，共28个阀门，排泥工作量大，不易操作，建议设计考虑采用几组阀门合并设置电动阀门控制为宜。
5.2 处理效果分析
5.2.1水力停留时间对B/C的影响
结合表2水解酸化池出水后B/C有一定的提高，在水解酸化池液位为提升前B/C由0.333提高到0.404，当水解池液位提升后（停留时间增加0.2h）B/C由0.376降到0.375左右，说明停留时间增长，水解酸化池中消耗BOD5的微生物数量增多，反应器向厌氧反应的第三个阶段进行，对于后续的生化处理产生不良影响。
5.2.2 NH3-N去除效果分析
(1)水解酸化池去除氨氮机理分析
一般认为，污水进入水解酸化池后进行充分的氨化作用，水解池出水氨氮比进水有所增加[3]。而根据某水务某污水处理厂实际运行情况，水解酸化池水力停留时间在4.4h，污泥龄在6d左右，水解酸化池氨氮平均去除率达到42.34%，凯氏氮去除率为40.1%，总氮去除率为37.92%；具体分析原因：去除氨氮一般以同化作用、硝化反硝化作用实现，同化作用去除一般较少，通过计算去除率仅在10%左右，而一般硝化反硝化的条件也不具备，如溶解氧、水力停留时间等因素；因此必然存在另一种形式的去除氨氮的反应存在，初步分析可能存在厌氧氨氧化的现象，但需进一步的分析与研究。
(2)水力停留时间对NH3-N去除效果的影响
延长水解酸化池水力停留时间后，其NH3-N去除效果略有降低，分析原因可能是水力停留时间增加，异养厌氧微生物数量增多，对可能存在的厌氧氨氧化菌形成竞争关系，导致厌氧氨氧化菌活性降低，去除氨氮效果下降。
5.2.3 水解酸化工艺对后续处理的影响
(1)水解酸化池出水B/C值的提高，使得出水中溶解性的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，消除了难降解物质对后续生化处理的抑制性。
(2)水解酸化池NH3-N去除率能稳定达到32.13%，水解酸化池出水氨氮基本保证在20mg/l，降低了后续工艺的氨氮负荷，提高了出水的稳定性。
(3)水解酸化池水解后的溶解性COD和BOD5数量增多，可生化性强，利于后续好氧处理，后续需氧量也大大降低，气水比保持在3.96:1，即可保证碳化和硝化的需氧量，降低了后续的运行费用[4]。
(4)水解酸化池在截留大量悬浮物和去除部分BOD5的同时，对污泥还有一定的水解率[5]，通过某水务某污水处理厂长时间的运行发现，水解酸化池理论产泥量在19044kg/d，而实际处理泥量在13974kg/d，根据计算污泥水解率约在26.6%；以体积计算，污泥水解率在28.4%，减轻了脱水机的运行负荷，同时降低了运行费用，由此可以看出水解酸化池57.62%的COD去除率，其中一部分通过剩余污泥进行排放，其他可能通过硫酸盐还原、氢气的产生等途径降解。
5.2.4 水解酸化工艺的稳定性和经济性
从目前运行来看，水解酸化池抗冲击负荷能力强，在进水COD为1110mg/l时，仍能保证出水在233mg/l，能起到非常好的缓冲作用；水解酸化池水力停留时间短，土建费用较低，而且运行费用低，无任何电耗，污泥水解率高，减少脱水机运行时间，降低能耗，因此水解酸化池的稳定性和经济性要远远超过其他预处理工艺。
6、结语
(1)水解酸化池COD平均去除率为57.62%，BOD5去除率为51.64%，SS去除率为85.9%，氨氮去除率为32.13%，总磷去除率为62.01%，B/C有一定程度的提高，降低后续工艺的能耗，同时对污泥还有一定的水解作用，因此能达到良好的强化预处理作用。
(2)水解酸化池有较高的稳定性，抗冲击负荷能力强，保证后续工艺的稳定性。而且运行成本低，值得进一步推广应用。
(3)水解酸化池对氨氮有一定的去除效果，去除率平均在32.13%，可能存在厌氧氨氧化的现象，但需要进一步的研究分析。
(4)在工程放大问题上，水解酸化池如何提供良好的布水方式以及排泥方式，还需要进一步的工程验证和模拟试验研究。
(5)水力停留时间对水解酸化池的影响明显，需进一步的对水解酸化池的水力停留时间进行深入细致的研究，以期确定最佳的水力停留时间。
