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。水解酸化预处理单元可提高废水后续处理的可生化性�透纳艭OD 去除效果。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，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。如水解酸化与AAO组合工艺进行废水同步脱氮除磷，水解酸化与MBR 及好氧组合工艺处理生活污水等。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。
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。
运行时间从2011 年8—11 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。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。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，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，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。
2.2.1 HRT 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9—30 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1—16 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
2.2.3 pH 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。
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。
