1.2 填料排列方式
试验填料采用并列式排列,规格为φ200,每个池中尼龙绳串起填料长2m,每排14根,共8排,132根,每根21片,总计填料为2772片,填料体积为2.8×1.6×2.0(m)=8.96m3。
同样为了保证池内水质和污泥的均匀性,在池内底部安装一台潜水泵,从池的出口端抽吸到进口端处,用时控开关自动控制泵回流量为28 m3/h,泵开启时,在池内废水平均流动速度=流量/截面积=12m/h。
中试废水直接来自萧山东片污水处理厂,废水进口泵流量为6 m3/h,用流量计控制分配进入三个池中,每个池又有流量计控制入池水量为2 m3/h。
试验为三种类型:
(1)闭路系统池内废水呈封闭体系,主要是为了进行稳定的挂膜,但封闭试验时,池内潜水泵照样按规定启动,泵停2h,启动1h,每天24h中启动8h,由时控开关控制,以保持池内水质和污泥的均匀。
(2)流动系统(内循环):池按流动状态进行试验,模拟设计运行流速,按流量2 m3/h进出水,使废水在池中停留8h,但流动过程中用循环泵来保持废水的设计流速12 m/h。
(3)流动系统(无循环):试验装置与(2)相同,但池内潜水泵停开,进出口流量保持在2 m3/h,此时无循环流量和混合干扰,模拟生产水质混合状况,以考察在正常停留8h后,自然流动对填料处理效果的影响(此时池内流速达不到工程设计流速12 m/h)。
1.6 池内水温和污泥量
池内处理的印染废水为周边印染厂家直排,一般水温>50℃,故到池内水温大致在20℃左右,同时试验气候为10~12月份,气温在平均15℃左右,每池投加来自萧山东片污水处理厂厌氧工段污泥约80kg,保持池内Pv(污泥沉降比)≈0.5,考虑流动系统污泥的流失,每周每池添加回流污泥20kg,以保持稳定的Pv值。
2.1 各种填料的挂膜增量和挂膜速度
中试分三个阶段(从05年10月22日至05年12月8日历时47d):
第一阶段为闭路系统,从05年10月22日开始至05年11月16日,为期25d,每一个周期全换一次废水,并投加厌氧污泥80kg。
第二阶段为流动系统(内循环),从05年11月16日至12月4日,历时18天,流动状态下废水在池内停留8h,除开始投加80公斤厌氧污泥外,每隔7d添加污泥20kg作回流污泥,补充污泥流失。
第三阶段为流动系统(无循环),从05年12月4日至12月8日,历时4d,开始时补充20kg厌氧污泥。
中试试验各种填料的挂膜增量和挂膜增量速度见表2和图2、图3。

各种填料挂膜示意图:

中试过程三种填料达到稳定挂膜量的时间基本一致,15~20℃时为40天左右,但稳定时挂膜量不同,TA-Ⅱ为TH的59%,TA-Ⅱ+高分子为TH的76%。在挂膜前期(10~30天),TA-Ⅱ仅为TH的25-30%,TA-Ⅱ+高分子可达TH的80%。达到同样挂膜量的时间TA-Ⅱ比TH延迟了25天,而TA-Ⅱ+高分子比TH延迟为11天。
虽然TH的挂膜量与挂膜速度均大于TA-Ⅱ和TA-Ⅱ+高分子,但由于TH的单丝细,单片填料计算的比表面积比TA大100倍,折算到单位面积的挂膜量则TH要比TA-Ⅱ小得多,所以适当减小TA-Ⅱ的丝径,由现在的0.5mm减为0.35mm,则在耗材重量不变的情况下,再加上高分子浸涂后预计可达到TH的前期效果,而TA-Ⅱ和TA-Ⅱ+高分子在后期却有望优于TH,同时工作寿命仍保持原来的优势。
在到达稳定挂膜重量和厌氧水解后,废水中B/C比的变化见表3。

结果分析:
(1)流动系统(内循环)厌氧水解后,B/C增幅要比流动系统(无循环)大,可以认为内循环有利于厌氧水解的传质过程和污泥的均匀,有利于填料与废水的充分接触。
(2)从TH填料看,在废水处理进行的初期(47d后),其TH填料的优势还是比较明显的,但是长期处理效果,与TA的比较,还有待于继续试验。
(3)本工程在厌氧水解前还需经生物吸附与沉淀,工艺试验表明经过生物吸附沉淀后进水pH<10,不会出现象中试进水pH>10的情况,所以填料涂层深层溶出现象可以缓解,这样TA-Ⅱ+高分子填料处理中B/C比会有较大幅度的提高。但中试表明,经过厌氧水解处理后,所有填料效能优化后,其B/C比均没出现大于0.40的情况。
流动系统中试厌氧水解池的CODcr去除效果见表4。

表4中上述三组数据,均表明在挂膜稳定期,中试厌氧水解中,pH值下降,酸性程度增加,CODcr有一定下降。
在本厂厌氧水解工段,厌氧菌降解废水中的有机物主要为水解过程,即厌氧菌将复杂大分子有机物水解为有机酸、醇和H2/CO2等产物,把大分子有机物水解为小分子易降解的有机物。此阶段除了厌氧菌生长状况(挂膜量)和水温有明显的影响,pH值对厌氧水解过程的影响也是不容忽视的。
厌氧水解的合理的pH值通常在7.5~9.5范围内,萧山东片污水处理厂在厌氧水解工段进水pH值大多在8.5~9.5范围内波动,但也有pH超过10到10.5的情况。我们对12月2日到5日的7组中试数据进行分析,分别计算pH在接近9.5和10.5时各种填料对CODcr去除率(平均值)的影响见表5。

当pH值在10~10.5时将不利于厌氧水解反应,抑制了有机酸的生成,CODcr去除率平均都下降了3个百分点,跟表10的趋势相一致,这是值得注意的。
当pH值控制在9.5以下,才能使厌氧水解过程正常进行,如果pH>10,那么对整个过程的影响将明显不利。
3 实验小结和工程建议
3.1 对于在萧山东片大型污水处理厂工程中应用的建议
(1)从挂膜量来看,达到稳定期的挂膜量TA仅为TH的60%,而TA-Ⅱ+高分子可达80%。如将TA-Ⅱ+高分子的丝径由0.5mm改为0.35mm,在保持同样用材的情况下,可望达到TH的相同挂膜量。
(2)从挂膜速度来看,达到与TA稳定期(约40d)的同样挂膜量TH只需25d,TA-Ⅱ+高分子为30d。而在开始挂膜的最初30天的速度TH为TA-Ⅱ的5倍,TA-Ⅱ+高分子为TA-Ⅱ的4倍。如将TA-Ⅱ+高分子的填料丝径减小为0.35mm,同样可望达到与TH相同的挂膜速度。
以上的两点分析,从表面上看单用TA填料不那么理想,但由于中试挂膜试验采用的是自然挂膜,所以挂膜较慢,而在实际工程应用中,我们采用培菌挂膜,有效地控制适宜细菌生长的pH值、温度、营养比等,缩短挂膜时间,达到工程要求一个月之内完成挂膜的目标是有可能的。然而用TH则已有其它工程实践表明不理想。用0.35mm丝径的TA-Ⅱ+高分子可以达到TH的近期效果,并可望达到比TA更直接的长期性能。
(3)从提高B/C的效果来看,建议使用涂覆料涂覆时,是在填料组合之前的单片状态或在拉丝时同时完成,使涂层有条件充分交联。此外,本工程实际工艺流程在厌氧水解前有生物吸附处理并投加FeSO4。已有的工艺试验表明这可使污水进入厌氧填料时pH降为9.5以下,从而使高分子涂层的溶解释放得到控制。
由于中试未作挂膜达稳定期(40d)之前的初期B/C效果测试,但初期的TA-Ⅱ+高分子挂膜量为TA的2~3倍,其提高B/C的优势仍可能存在,会有利于总体水质尽早处理达标。
以上推测还有待于下阶段生产性试验中验证。
(4)生产性填料布置的建议
萧山东片大型污水处理厂处理水量为30t/d。厌氧水解池共分4个单元,即A、B、C、D4个池子,每个池子又设4个流道,共16个流道,每个廊道内停留时间为8h,处理水量约2t/d。
AB厌氧池:
1个流道为全TH填料
1个流道为全TA-Ⅱ(d=0.5mm)
1个流道为全TA-Ⅱ+高分子(d=0.5mm)
1个流道为全TA-Ⅱ(d=0.35mm)
1个流道为全TA-Ⅱ+高分子(d=0.35mm)
1个流道为1/2TH+1/2TA-Ⅱ(d=0.5mm)
1个流道为1/2TH+1/2TA-Ⅱ+高分子(d=0.5mm)
1个流道为1/2TH+1/2TA-Ⅱ+高分子(d=0.35mm)
CD厌氧池:
全部 1/2TH+1/2TA-Ⅱ (0.35优先考虑按生产能力)
3.2 废水进水pH值对厌氧水解有较大的影响
当pH值在10以上会导致出水CODcr去除率的下降,当进水pH<9.5时,厌氧水解能够正常运行。