水解酸化好氧生物处理

城市污水生物处理新技术开发与应用水解-好氧生物处理工艺王凯军 贾立敏 编著化学工业环境科学与工程出版中心北 京2001年10月第一版2001年1月第1次印刷目 录第一节 水解酸化工艺与厌氧工艺4一、根本原理4二、水解-好氧工艺的开发5三、水解酸化工艺与厌氧发酵的区别6第三节 水解-好氧生物处理工艺特点81、水解池与厌氧UASB工艺启动方式不同82、水解池可取代初沉池93、较好的抗有机负荷冲击能力104、水解过程可改变污水中有机物形态与性质，有利于后续好氧处理105、在低温条件下仍有较好的去除效果116、有利于好氧后处理117、可以同时达到对剩余污泥的稳定12第四节 水解-好氧生物处理工艺的机理12一、有机物形态对水解去除率的影响12二、有机物降解途径13三、水解池动态特性分析14四、难降解有机物的降解15第五节 水解工艺对后续好氧工艺的影响201、有机物含量显著减少212、B/C比值和溶解性有机物比例显著增加213、BOD5降解动力学224、污泥和COD去除平衡22第六节 水解工艺的污泥处理24一、传统污泥处理的目的和手段24二、污泥有机物的降解表25三、污泥脱水性能与处理25第七节 水解池的启动和运行27一、水解池的启动方式27二、配水系统30三、排泥32四、负荷变化对水解池处理效果的影响33第八节 水解工艺的进一步开发和应用35一、芳香类化合物的去除35二、奈的去除35三、卤代烃的去除35四、难生物降解工业废水处理的实际应用35五、高悬浮物含量废水的水解处理工艺36六、水解工艺的适用围与要求37第九节 水解-好氧工艺技术经济分析39一、厌氧处理应用的经济分析39二、水解-好氧系统设计参数40第十节 水解-好氧生物处理工艺设计指南42一、预处理设施42二、水解池的详细设计要求42三、反响器的配水系统43四、管道设计46五、出水收集设备46六、排泥设备47第 1 章 水解-好氧生物处理工艺根3333/d都相继采用了该处理工艺。另外，国同行开发了处理印染废水的水解-好氧-生物碳工艺，处理焦化废水的水解和AO工艺相结合的工艺，在啤酒废水和屠宰废水方面水解-好氧工艺相结合的工艺已是具有竞争力的一种标准工艺。水解酸化工艺还应用于工业废水处理中，如印染、纺织、轻工、酿酒、化工、焦化、造纸等行业的工业废水。水解-好氧工艺在推广过程中，全国各地有关部门与行业累计建设了上百座水解-好氧工艺的污水处理厂。因此，可以讲水解-好氧生物处理工艺是我国独立自主开发的污水处理工艺，为我国的水污染控制作出了积极的贡献。在以上的这一系列实践过程中，通过对各种不同工艺流程的推广应用，笔者认为有必要对生产性工程进展总结，以满足研究、设计和应用三方面要求。1.01 第一节 水解酸化工艺与厌氧工艺1、 一、根本原理污水生物处理工艺分好氧工艺和厌氧工艺，这两类工艺各有其优缺点。随着生物处理技术的开展，作为生物处理的主角仍是微生物。如何能使好氧生物处理工艺提高污泥浓度，减少氧的消耗如何使厌氧生物处理工艺缩短处理时间和提高处理负荷，是值得进一步研究的课题。各种类型有机污染物的厌氧缺氧、好氧降解反响过程汇总如下。好氧微需氧过程厌氧缺氧过程1CODH2O+CO22CODCH4+CO2传统好氧工艺传统厌氧工艺3NH4+NO3-4NO3-N2硝化工艺反硝化或缺氧工艺5H2SS06SO42-H2S微需氧或好氧工艺厌氧反响7R-ClCO2+Cl-8R3CClCH4+CO2+Cl-好氧反响厌氧反响从化学反响式1-8来看，除反响式1、2为传统的好氧和厌氧工艺外，其他均为兼性菌的反响。人们过去对于好氧微生物和专性厌氧微生物研究十分充分，而对兼氧性微生物的研究不够。事实上，利用兼性细菌的工艺人们已开始有所涉与。如，对去除N、P的A2O或AO工艺反响式3、4，是利用了兼性菌在好氧条件下进展好氧代，而在厌氧条件下进展不同代反响的工艺。在含有硫酸盐的有机废水中，厌氧反响将有机物和硫酸盐分别转化为有机酸和硫化氢反响式6，产生的硫化氢被微需氧细菌直接氧化为硫元素。这可以用来去除硫化物并回收硫元素反响式5。最新研究明确，一些在好氧状态下难降解芳香族和卤代烃在厌氧条件下容易分解反响式7、8。以上反响是一些新工艺的化学反响根底，其根本原理是新工艺开发的根底和生长点。例如，目前国际和国上流行的AB工艺和序批式活性污泥SBR工艺。前者是在A段的高吸附段发生了水解和局部酸化反响，大分子物质降解为小分子物质，所以使得整个工艺的效率大为提高。对于后者而言，在SBR的反响过程同样经历了好氧-缺氧和厌氧的过程。成功地利用兼性微生物的典型工艺是由市环境保护研究院在20世纪80年代开发的水解-好氧生物处理工艺。水解池利用水解和产酸微生物，将污水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，使得污水在后续的好氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。采用水解-活性污泥法与传统的活性污泥相比，其基建投资、能耗和运行费用可分别节省30%左右。由于水解池具有改善污水可生化性的特点，使得本工艺不仅适用于易于生物降解的城市污水等，同时更加适用于处理不易生物降解的某些工业废水，如纺织废水，印染废水，焦化废水，酿酒废水，化工废水，造纸废水等。2、 二、水解-好氧工艺的开发水解-好氧工艺开发的目的是针对传统的活性污泥工艺具有投资大、能耗高和运转费用高等缺点，试图采用厌氧处理工艺替代传统的好氧活性污泥工艺。1983-1984年在进展了第一阶段实验，采用37L的UASB反响器，并配有三相别离器，停留时间为8.0h。在这一阶段COD、BOD53/m3d。从实验结果来看厌氧阶段的处理不足以使出水达到排放标准，不得不采用好氧后处理。另外，UASB反响器的反响时间太长，尽管其在运行费用和能耗等方面有一定的优势，但在基建投资方面不足以与传统活性污泥工艺相竞争。在进展的实验属于冬季水温最低为9较低的实验。在温暖气候条件下常温10-20厌氧处理生活污水的实验，存在两个问题。首先总的去除效果不理想，这是针对达标和总的停留时间而言。事实上，厌氧的停留时间在8-12h的去除效果还是相当高的，但是，要考虑到其与传统好氧工艺应有竞争力。第二，停留时间在8-24h的厌氧系统的竞争能力将大为降低，COD的去除率仅30-60%。这样还需要相当客观的好氧后处理设备。为了解决上述问题，将UASB反响器的运行方式改变为局部厌氧，即主要在厌氧反响的水解和酸化阶段这也是称为水解-好氧工艺的原因，从而在反响器中取消了三相别离器，使得反响器结构十分简单，便于放大。虽然水解反响器的停留时间仅有2.5h，但分别可取得高达45.7%、42.3%和93.0%的COD、BOD5和SS去除率。后处理的活性污泥法仅需采用2.5h停留时间。新工艺有两个最为显著的特点：其一，水解池取代了传统的初沉池，水解池对有机物的去除率远远高于传统的初沉池，更为重要的是经过水解处理，污水中的有机物不但在数量上发生了很大变化，而且在理化性质上发生了更大变化，使污水更适宜后继的好氧处理，可以用较少的气量在较短的停留时间完成净化；其二，这种工艺在处理污水的同时，完成了对污泥的处理，使污水、污泥处理一元化，可以从传统的工艺过程种取消消化池。作为一种替代的处理工艺，在总的停留时间和能耗等方面比传统的活性污泥要有很大的优势。3、 三、水解酸化工艺与厌氧发酵的区别从原理上讲，水解酸化是厌氧消化过程的第一、二两个阶段。但水解酸化-好氧处理工艺中的水解酸化段和厌氧消化的目标不同，因此是两种不同的处理方法。水解酸化-好氧处理系统中的水解酸化段的目的，对于城市污水是将原水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物；对于工业废水处理，主要是将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。水解工艺的开发过程是从低浓度城市污水开始的，与高浓度废水的厌氧消化中的水解、酸化过程是不同的。在连续厌氧过程中水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质。而两相厌氧消化中的产酸段产酸相是将混合厌氧消化中的产酸段和产甲烷段分开，以便形成各自的最优环境。因此，尽管水解酸化-好氧处理工艺中的水解酸化段、两相法厌氧发酵工艺中的产酸相和混合厌氧消化工艺中的产酸过程均产生有机酸，但是由于三者的处理目的的不同，各自的运行环境和条件有着明显的差异，主要表现在以下几个方面。1氧化复原电位Eh不同在混合厌氧消化系统中，由于完成水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共处于同一个反响器中，整个反响器的氧化复原电位Eh的控制必须首先满足对Eh要求严格的甲烷菌，一般为300mV以下，因此，系统中的水解酸化微生物也是在这一电位值下工作的。而两相厌氧消化系统中，产酸相的氧化复原电位一般控制在-300-100mV之间。水解酸化-好氧处理工艺中的水解酸化段为一典型的兼性过程，只要Eh控制在0mV左右，该过程即可里进展。2pH值不同在厌氧消化系统中，消化液的pH值控制在甲烷菌生长的最优pH值围，一般为6.8-7.2。在两相厌氧消化系统中，产酸相的pH值一般控制在6.0-6.5之间，在酸化反响器pH值降低时，丙酸的相对含量增大，而丙酸对后续的甲烷相中的产甲烷菌将产生强烈的抑制作用。对于水解酸化-好氧处理系统来说，由于浓度低不存在酸的抑制问题，因此，可以不控制pH值的围，一般pH在6.5-7.5之间。3温度不同三种工艺对温度的控制也不同，通常厌氧消化系统以与两相厌氧消化系统的温度均严格控制，要么中温消化30-35，要么高温消化50-55。而水解处理工艺对温度无特殊要求，通常在常温下运行，也可获得较为满意的水解酸化效果。由于反响条件不同，三种工艺系统种优势菌群也不一样。在厌氧消化系统种，由于严格地控制在厌氧条件下，系统中的优势菌群为专性厌氧菌，因此完成水解酸化的微生物主要为厌氧微生物。水解酸化工艺控制在兼性条件下，系统中的优势菌群也是厌氧微生物，但以兼性微生物为主，完成水解酸化过程的微生物相应也主要为厌氧兼性菌。对于两相厌氧消化系统中的产酸相，微生物的优势菌群随控制的氧化复原电位不同而变化。当控制的电位较低时，完成水解、产酸的微生物主要为厌氧菌；当控制的电位较高时，如此完成水解、产酸的微生物主要为兼性菌。需要说明的是，水解-好氧工艺中的水解酸化过程与好氧AOHO、A2O和AB等工艺A段中发生的水解过程也是有较大区别的。这表现在以下两个方面：首先是菌中不同，如上所述在水解工艺中的优势菌群是厌氧微生物，以兼性微生物为主，而在好氧AOHO、A2O和AB等工艺A段中的优势菌是以好氧菌为主，仅仅局部兼性菌参加反响；其次，在反响器的污泥浓度不同，水解工艺采用的是升流式反响器，其中污泥浓度可以达到15-25g/L，而好氧AOHO、A2O和AB等工艺中从二沉池回流的污泥浓度一般最高为5g/L，并且以好氧菌为主。以上的差异造成了水解工艺是完全水解，而好氧AOHO、A2O和AB等工艺中A段仅仅发生局部水解。微生物种群的差异使得三种工艺系统的最终产物也完全不同。在厌氧消化系统中，水解酸化产生的有机酸被立即转化为甲烷和二氧化碳沼气。水解酸化工艺中的最终产物为低浓度有机酸，个别情况下还有极少量的甲烷。而两相厌氧消化中的产酸相的产物主要为高浓度有机酸主要为乙酸、少量甲烷和二氧化碳见表2-1表2-1水解酸化-好氧处理工艺中是水解酸化与厌氧消化的比拟工艺项 目水解酸化-好氧中的水解酸化段两相厌氧消化中的产酸相厌氧消化Eh/Mv0-100-300100um、通过4h沉淀可以去除的组分。根据以上分类，水解反响器的运行效果反响前后的污水特性见图2-9。从图种实验数据可知，城市污水进水中可沉COD和超胶体COD占总COD的50%左右，经水解处理后根本上去除了可沉性COD和超胶体COD的60%。由此可见，水解池对悬浮性物质的去除能力很强，所以水解工艺适合污水中含悬浮状COD比例较高的废水。经水解反响后，出水溶解性COD比例从30%提高到占出水的47%。在运转中经常有水解池出水溶解性COD、BOD值高于进水的情况，这说明反响中确有相当数量的不溶性有机物溶解于水中，这通过污泥产量的计量可以得到进一步证实，在10-20条件下去除悬浮物有48%发生水解。2、 二、有机物降解途径以COD为例，图2-10给出了对可沉性、超胶体、胶体性和溶解性等不同物理状态的有机污染物迁移转化途径的图示。首先水解反响器中的大量微生物将进水中颗粒物质和胶体物质迅速截留和吸附，这是一个物理过程的快速反响，一般只要几秒到几十秒即可完成，因此，反响是迅速的。截留下来的物质吸附在水解污泥的外表，漫漫地被分解代，其在系统的污泥停留时间要大于水力停留时间。在大量水解细菌的作用下将大分子、难于生物降解物质转化为易于生物降解的小分子物质后，重新释放到液体中，在较高的水力负荷下随水流移出系统。由于水解和产酸菌世代期较短，往往以分和小时计，因此，这一降解过程也是迅速的。在这一过程中溶解性BOD、COD的去除率虽然外表上讲只有10%左右，但是由于颗粒有机物发生水解增加了系统中溶解性有机物的浓度，因此，溶解性BOD、COD去除率远远大于10%。但是由于酸化过程的控制不能严格划分，在污泥中可能仍有少量甲烷菌的存在，可能产生少量的甲烷，但甲烷在水中的溶解度也相当可观，故以气体形成释放的甲烷量很少。可以看出，水解反响器集沉淀、吸附、网捕和生物絮凝等物理化学过程以与水解、酸化和甲烷化过程等生物降解功能于一体。这些过程在水解反响器中得到了强化，这与功能单一的初沉池有本质的区别。3、 三、水解池动态特性分析1、上升流速与系统污泥浓度的关系研究上升流速和污泥层高度实际上是污泥浓度之间的变化规律，可以忽略由于污泥积累造成的污泥区高度的变化。不断调整进水量，改变上升流速vi，在一个特定的上升流速下，测定稳定后相对应的污泥层高度一般为改变负荷1h以后，并通过整个系统污泥总量，换算出相对应的污泥层高度平均浓度X，如此可以得出图2-11所示结果。图2-11中v0为无量纲化上升流速，v0=vi/vmax，vmax为密云县城市污水处理厂设计最大上升流速，m/h；X为平均污泥浓度，g/L。从图2-11可见，在稳定状态下一个上升流速对应于一个平均污泥浓度X。这种对应关系是由于在水解池污泥在垂直方向的运动是污泥颗粒的平均浓度vr和水流的上升流速vi在稳定状态达到平衡时形成，即vr=vi。而污泥的沉淀速度与污泥浓度可用Dick理论公式描述：vr=X-n因此，通过图2-11中数据可以得到应用于城市污水水解池中的关系式：v0=vi/vmax=X-n应用上述关系，在实际运行的密云县城市污水处理厂的平均流量、最大流量和最小流量下所对应的污泥浓度分别约为40g/L，20g/L和60g/L。从以上数据可以看出，在最大流量条件下，污泥层由于膨胀而造成污泥浓度降低，同时引起污泥成层的沉淀速度提高，自动保持反响器污泥浓度约20g/L；而随着流量的减少，在最小流量时污泥浓度增加，沉速降低也达到动态平衡，这时污泥浓度为60g/L。这一特征可以在运转管理中得到运用，来制定不同的排泥措施，以减少污泥处理的投资和运转费用。2、稳定性分析水解反响器属上流式污泥床反响器畴，具有两个根本功能：即生物反响和沉淀功能。图2-12给出了这两者在水解反响器中的相互约速关系。在水解酸化反响中所需微生物的浓度与水力停留时间呈反向变化反响曲线。从理论上讲，在给定的污泥龄下c一定，状态的稳定点一定在反响曲线之上。只要微生物量足够多，如此反响不受停留时间的控制，这在工程上是十分有利的。考虑到系统运行的经济性，停留时间越短越好，这要求运行点A、B、C沿反响曲线向左上移动。随着停留时间的限制，即受污水上升流速的制约。沉降曲线给出了这种限制关系，其将平面分为两局部，右半平面为稳定状态，左平面是不稳定状态。有两种情况会造成污泥界面上升；第一种情况，长期不排泥，这时污泥面将不断上升，这是由于污泥量增加使得污泥浓度增加，这时可通过排泥重新回到稳定状态；第二种情况，当水力停留时间缩短，水的上升流速增大造成污泥界面上升，这可通过排泥来降低系统中的污泥量，使污泥浓度与停留时间达到一个新的稳定状态。图2-12所示是设计与运行管理中的一个重要关系，其反映了生物反响与沉淀作用这对矛盾的统一关系。由此可以得出结论，对于低浓度城市污水厌氧处理过程，水力停留时间和水力负荷是较有机负荷更为本质和更有效的运行、设计参数。4、 四、难降解有机物的降解水解反响器对有机物的降解在一定程度上只是一个预处理过程，水解反响过程中没有彻底完成有机物的降解任务，而是改变有机物的形态。具体讲是将大分子物质降解为小分子物质，将难生化降解物质降解为易生化降解的物质。这样使得以COD形式存在而BOD5不易检出的有机物，在水解反响过程中分解形成一些可以被BOD5测出的有机物，从而使B/C比例有所增加。使用色谱-质谱联机GC/MS对污水处理过程中污水含有的各种有机污染物进展鉴定，是国外近年来在环境工作中的新进展。色谱仪能有效地别离污水中有机混合物，而质谱仪又能对单一组分进展定性鉴定。采用液-液萃取、毛细管气相色谱法与气相色谱/质谱联机法，对有机污染物在水解池、曝气池中的降解过程进展了分析、研究，以期对有机污染物在新的工艺过程中的降解转化过程的特殊性进展了解。水样采取24h的混合样，水质的常规指标数据见表2-8。表2-8 水质参数表CODBODSS432对水解反响前后与最终出水有机物组分采用色谱-质谱分析结果见图2-13。峰面积数据由气相色谱积分仪给出面积由1000以上开始积分，有机物鉴定采用色谱-质谱联机法，由表2-9给出。需要说明的是，表2-9中只给出了主要的化合物，对于峰面积较小的化合物表2-9中没有给出。表2-9 采用色谱-质谱联机法鉴定不同处理阶段有机物的定性分析结果1含氧二氯甲基甲烷21,2,3-三氯丙烷C3H5Cl33溴化二氯丙烷C3H5Cl2Br42-溴-1-氯丙烷C3H6ClBr51,3-二氯丙烷C3H4Cl262,3-二氯丙烷C3H4Cl271,2-双2-氯乙氧基乙烷C6H12O2Cl281,3-二氯-2-丙醇C3H6Cl2O92,3-二氯-1-丙醇C3H6OCl210氯乙酸C2H3OCl211氯化甲醚CH5OCl122,3-乙氯-2-甲基-丙醛C4H6COCl2132,3-氯双1-氯-丙烷C6H12O2Cl2141-溴-2-氟环戊烷C5H7BrF154-氯苯酚C6H5Cl16氯代苯酚17氯萘C10H7Cl182,6-二1,1-二甲基乙基苯酚C15H24O194,4-1,1-甲基亚乙基双酚C15H10O20苯乙腈C8H7N21萘C10H822乙酸苯乙酯C10H12O223丙酸苯乙酯C11H14O224未知峰253-甲基丁酸苯乙酯C13H15O2263-甲基-2,6-二羧基-4-乙烯酸C7H8O427丙酸C3H6O228甘氨酸C2H5O2N29甲基戊酸C6H12O230己酸C6H12O231庚酸C7H14O232辛酸C8H16O233壬酸C9H18O2343-甲-2,6-二氯-4-己酸363-羟基十六酸甲酯C17H34O337羟基乙酸甲酯C3H6O338十六酸甲酯C17H40O239环戊基十一酸甲酯C17H32O24014-戊基酸甲酯C16H23O241氯乙酸丁酯C6H11O2Cl42磷酸三丁酯C12H27O4P43未知峰442-甲基-2-甲氯基丙C6H14O45未知峰C9H13O462-甲基-环戊硫醇C9H12S47九碳醇C9H20O48未知峰49十八稀醇C18H36O50十二基环乙醇C13H35O51N-甲基戊炔醇C6H10O52未知峰53未知峰54三十二醇C32H64O552-9-十八基氯乙醇C20H40O256甲基十二醇C13H28O57十八碳烯醛C18H34O58甲-2-南乙醛C9HO2O2592-乙基-4-戊醛C10H8602-L-比南半乳C7H14O361D-吡喃果糖三苷C13H20O6622-乙基己基噻吩C12H20S图2-13是不同反响阶段碱性/中性化合物色谱变化图和酸性化合物色谱变化图，图2-14是根据色谱图计算不同保存时间间隔山峰峰数与峰面积反响前后的比照图。可以分析有以下几个现象。（1） 不论是酸性组分或碱性组分/中性组分色谱图，经水解反响后出峰时间都大幅度提前，尤其以酸性组分更为明显，说明经过反响后小分子化合物增加。（2） 酸性组分化合物个数明显增加，由45个增至60个，同时，酸性组分总峰面积有所增加。（3） 碱性/中性化合物数由35个减至18个，而碱性/中性组分峰面积有所减少，以上事实说明碱性/中性化合物经酸化反响后结构发生了很大变化。（4） 化合物峰面积与峰数分布反响前后发生变化，原污水是随着保存时间的增大而增加，这说明大分子化合物比例占绝大多数，在保存时间大于20min时，酸性组分出峰个数占出峰总数51%，峰面积也占同样的比例；经水解酸性反响后保存时间大于20min，酸性组分峰数占总峰数的比例降为25%，峰面积比例仅为4.6%；而保存时间小于10min时，峰面积的碱性/中性组分占92.5%，酸性组分占83.9%，说明小分子化合物占化合物比例的绝大局部。详细的数据比例见图2-14。（5） 碱性/中性化合物峰面积有所减少，而酸性组分总峰面积有所增加，说明碱性/中性化合物转变为酸性化合物。通过上述现象分析，结合质谱化合物检索可以得出如下结论。（1） 经水解反响池后，酸性化合物数量和种类大幅度增加，说明水解反响池对有机物不仅仅起到物理截留作用，而是以生物作用为主的水解-酸化反响过程，同时也说明酸化过程的工程控制措施是恰当的。（2） 经水解-酸化反响后，有机物的种类并没有减少，相反增加了许多小分子的化合物，这些化合物是水解、酸化反响的中间产物，这与一般生物处理构筑物降解规律是有区别的。从溶解性有机物的数量以峰面积表示上，经过水解反响后总量有所增加，这说明局部不溶性有机物经过水解-酸化反响后确实转变为溶解性有机物，从而使悬浮性有机物量有所减少。（3） 进水中主要有机物相当局部为大分子化合物在C9以上，其中有很多苯系化合物见表2-9，这些苯系化合物在水解池出水与最终出水中部未检出，这说明难降解大分子物质经过水解-酸化后可以降解。从微观角度为说明水解-好氧工艺最终出水可优于传统好氧生物处理工艺提供了理论根底。（4） 经水解-酸化反响后产物大局部是酸性小分子化合物，且多为C2-C6化合物。经过水解-酸化反响后，有机物的种类并没有减少，相反增加了许多小分子的化合物，这些酸性化合物容易被生物降解，这也从一个侧面说明，为什么经过水解-酸化反响后BOD5/COD比值有所提高，即可生化性有所提高。这是由于大分子难降解化合物降解为小分子易降解的酸性小分子化合物所致。（5） 经过活性污泥法最终处理后，出水的化合物种类和含量有明显减少。BOD5去除率可达90%以上，但某些化合物，如4，4-1，1-甲基亚乙基双酚等化合物由于其结构上的特点，在处理过程中没有被分解。并且在处理后出现一些新化合物，如-D-哔喃果糖三苷等化合物，它们可能是微生物生物代过程中的中间产物，或者为某些胞外酶。这些有机物的共同特点是难于为生物所降解，这也说明为什么二级处理到一定程度，最终出水COD浓度仍然保持一定水平的原因。采用色质联用方法研究水解-酸化过程特性，进一步证实了对水解池在工艺中所起作用的分析、推断。从理论上说明了水解-好氧生物处理的机理，但在分析中也存在一些没有解决的问题，例如，对于水解降解产物中一些卤代烃产物的形成途径缺乏认识，还有待于进一步分析。1.04 第五节 水解工艺对后续好氧工艺的影响水解工艺着眼于整个系统的处理效率和经济效率，放弃了厌氧反响中甲烷发酵阶段，利用厌氧反响中水解和产酸作用，使得污水、污泥一次得到处理。在整个过程中，大量悬浮物水解成可溶性物质，大分子降解为小分子，因此工艺过程中有许多不同于传统工艺的特点。且由于这些特点，单从出水水质COD、BOD5等去除率来评价水解反响器的作用是不全面的，应对后处理中各种现象进展分析，以全面评价水解反响在整个系统中的功能。表2-10和表2-11为不同国家的城市污水在不同实验条件下，原水水质与水解出水的性质比照。表2-10 原污水与水解出水水质比拟市高碑店污水处理厂项 目原污水水解出水原污水/水解出水COD/mg/LBOD/mg/LSS/mg/L溶解性COD比例/%BOD5/CODBOD20/mg/LBOD5/ BOD20动力学常数耗气速率/【mg/hL】气水比10：13.8：1曝气池停留时间/h84曝气池出水COD/mg/L表2-11水解反响前后污水性质的变化HRT=3.0h，荷兰Bennekom项目CODmg/LBODmg/LSSmg/LBOD5CODBOD5fBOD5VAFCODtBOD5fCODCODfCODtCODmCODt进水650346217出水397254331、 1、有机物含量显著减少水解反响器的第一个特点是对于有机污染物特别是悬浮物相对高的去除率，COD平均去除率为40%-50%，而悬浮性COD去除率更高，为60%-80%；出水悬浮物的浓度低于50mg/L，这些因素对于各种后处理是非常有利的。如采用活性污泥法后处理，由于有机物的绝大数量减少，与传统的活性污泥工艺相比，停留时间也可减少50%，同时曝气量减少50%。其基建总投资、能耗和运行费用可分别节省30%左右。如采用氧化塘后处理，与单独采用传统氧化塘相比，占地面积减少50%以上，基建投资降低50%，运行费用降低36%，并且根本上解决了一般氧化塘的淤结问题。假如采用土地处理系统，由于经水解池处理后污水的可生化性提高，悬浮物弄地低于50mg/L，可大大提高土地的处理负荷，减少占地，提高处理效率，可应用于城市污水。根据实际情况的不同，后处理工艺目前的应用有以下几种形式。（1） 水解-活性污泥处理工艺，如密云污水处理厂；（2） 水解-氧化沟处理工艺，如豆腐营污水处理厂；（3） 水解-接触氧化处理工艺，如白泥坑污水处理厂；（4） 水解-土地处理工艺，如安丘污水处理厂；（5） 水解-氧化塘处理工艺，如昌吉污水处理厂；2、 2、B/C比值和溶解性有机物比例显著增加不同条件下的城市污水经水解反响后，出水B/C值有所提高，如从0.345提高到0.414，从0.53提高到0.64荷兰。B/C比值的提高说明废水可生化性的提高，这是水解反响的第二个显著特点。另外经水解处理后，溶解性有机物比例发生了很大变化，水解出水溶解性COD比例提高了1倍。而一般经初沉池后出水溶解性COD、BOD5的比例变化较小。众所周知，微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞体，而不溶性大分子物质首先要通过细胞外酶的分解才可直接进入微生物体的代过程。经水解处理，有机物在微生物的代途径上减少了一个重要环节，无疑将加速有机物的降解。这明确水解反响器相对于曝气池起到了预处理的作用，使得经水解处理后出水变得更易于被好氧菌降解。水解池出水采用活性污泥后处理工艺与采用传统活性污泥工艺进展比照如下：在停留时间4h左右的情况下，不论采用穿孔管或中微孔曝气方式，BOD5和COD去除率均显著高于传统工艺流程，且出水COD低于100mg/L，传统工艺停留时间8h左右仍然达不到与本工艺相接近的出水水质，因此，从曝气池容积上新工艺要少50%左右。曝气量假如同样采用穿孔管曝气设备，曝气量可节省气量50%，同样采用中微孔曝气器时节省量为40%左右。3、 3、BOD5降解动力学原污水和水解出水BOD历时变化曲线不同图2-15。水解出水耗氧量开始变化很快，随后迅速趋于平稳，而原水耗氧量变化很缓慢。水解出水的BOD5/BOD20值从原水的0.56上升到0.79，在第8解出水好氧曲线开始转平；而原污水在第20天左右开始转平，时间上两者相差2.5倍。可以得出如下结论：（1） 需氧量的差异，理论上使得处理水解池出水可降低50%的氧耗量；（2） 在一样停留时间下，水解池出水有机物去除比例可高于传统工艺；（3） 可生物降解物质的降解所需的反响时间两者相差2.5倍，这说明采用水解-好氧处理工艺可显著缩短曝气时间，从理论上讲，这个比例可高达60%。4、 4、污泥和COD去除平衡在实验室荷兰的实验中，通过严格的物料平衡得到图2-16所示的COD和污泥平衡关系。从图中数据可以算出污泥的水解率为53.3%以SS计，说明水解反响器中污泥也受到了充分的处理，这是水解反响的第三个显著特点。由图2-16给出的COD和污泥平衡可知，COD的平均去除率为40%，而接近25%的去除的COD仍然保存在污泥中并作为剩余污泥被排放，这明确水解反响器中污泥和污水可以同时得到处理。但从现在的数据很难对其余局部去除COD做完全的物料衡算分析，COD其他可能的降解途径还包括硫酸盐复原、氢气的产生和甲烷化过程等。2生产性工程验证通过对大型生产性装置观测1985-1986年的数据进展衡算，按以下各式计算污泥量：总输入污泥量= 进水悬浮物量 二沉池剩余污泥量总输出污泥量= 出水悬浮物量 厌氧排泥量系统去除总悬浮物=式中 Qi第i天污水流量，m3/hQsi二沉池第i天排泥量，m3/hQwi水解池第i天排泥量，m3/h；SSii、SSsi第i天进、出水悬浮物含量，kg/m3；Xri第i天回流污泥浓度，kg/m3；Xsi第i天厌氧排泥浓度，kg/m3。水解率按下式计算：污泥水解率=以上数字说明有47.89%的去除的SS在微生物作用下发生水解消失了。这样水解池排出的污泥总量如此为162kg/d，比初沉池排泥量184kg/d少13%按50%去除率计。如果考虑到传统工艺中污泥量由两局部组成，一局部来源于初沉池，另一局部来源如此是二沉池的剩余好氧活性污泥，剩余污泥量的计算按活性污泥法运转得到的数据为去除每公斤BOD增长1kgTSS，假如曝气池进水BOD5为120mg/L，BOD去除率为93.4%，如此每天排放污泥量为150kg/d，初沉池与二沉池总的污泥产量为335kg/d，比水解-好氧系统多51.6%。考虑到传统工艺流量经过消化之后，污泥量将减少为207.7kg/d，如此初沉池、消化池联合系统污泥量比水解-好氧系统污泥量多28.2%。从而可以得出如下结论：新工艺曝气池具有反响时间短、出水水质好、用气量少的特点，可节约一定的基建投资和电耗；同时新工艺可以达到污水、污泥一次处理的目的，具有工艺简单、占地少和投资省的特点。1.05 第六节 水解工艺的污泥处理如前所述，水解-好氧工艺的最显著的特点之一就是污水、污泥一次得到处理，可以在传统的工艺流程中取消消化池。通过示工程中一年的物料平衡，水解池中污泥的水解率可高达50%以上，排出系统的污泥量比初沉池、消化池联合系统低30%。污泥量的平衡只是其中一个方面，还有其他一些重要的指标。因此，需要对新、老工艺两套流程污泥处理指标进展详细的比照和分析，首先有必要对传统工艺污泥处理流程的目的和指标进展分析。1、 一、传统污泥处理的目的和手段污泥处理的主要目的如下：1减少污泥最终处置的体积，以降低污泥处理与其最终处置的费用；2通过处理使污泥稳定化，在最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而产生二次污染问题。3达到污泥的无害化与卫生化；4在处理污泥同时达到“变害为利，综合利用，保护环境的目的，例如产生沼气等。来自初沉池和二沉池污泥浓缩调节消化脱水最终处置以上几个有很丰富的容，并且有相应的具体指标体系来衡量。一般传统的污泥处理工艺过程如下：污泥浓缩和脱水是通过物理方法，提高污泥中固体含量。污泥消化是利用生物手段来使污泥有机物分解，从而降低污泥总量。由此可知，污泥处理工序的每一步都是以减少污泥体积为主要目的。消化池是利用厌氧发酵的方法来达到污泥稳定化的目的，这是处理工艺中的关键环节，且有以下优点：（1） 与消化前污泥相比可减少30%的体积；（2） 生成的沼气是可以利用的能源；（3） 消除了恶臭；（4） 厌氧菌有一定的抗菌作用，在一定程度上改善了污泥的卫生性能；（5） 增加了污泥作为肥料的可利用性。但是，消化池工艺也有一定的缺点。其一，基建投资和运行费用高，消化池是污水处理厂最昂贵的构筑物之一，占总投资的30%-40%；其二，厌氧发酵过程敏感，操作管理复杂，经常容易酸化；其三，由于污泥消化后还没有达到无害化的水平，所以污泥还需要最终处置。另外，消化后污泥的脱水性能较之生污泥为差，需投加的混凝剂大量增加，并且，作为消化池工艺最主要一条优点回收沼气提供能源，从国实践来看，由于中外生活食品构成的差异，造成了污泥有机成分的差异较大，国消化池所产生的能量除供消化池加热、搅拌之外，所剩无几。这样权衡其优缺点，近年来国一般认为对于中小型污水处理厂10万m3/d不设污泥消化池，建议采用其他的污泥处理工艺。下面从污泥沉降性能、污泥量的平衡、悬浮物的水解率、水解污泥的脱水性能以与污泥的卫生指标与消化污泥进展系统的比拟。2、 二、污泥有机物的降解表从我国城市污水多年的数据来看，初沉池污泥中有机物含量为60%-70%，二沉池污泥中有机物含量70%-80%，消化池有机物降解率为40%，消化池出泥有机物含量50%，这个数值对于消化池来讲是属于中等水平。消化池的投配率为5%，如此其污泥龄有20天，消化池运转一般是1天1-2次投配。每天搅拌数次，从传质条件上讲是不利的。而水解池去除悬浮物的82%，其中有近40%是初沉池无法去除的物质，这些悬浮物中有机物占68.9%，在水解池中悬浮物是一天之均匀进入反响器，悬浮物负荷相对减少。当其进入反响器立即被大量活性微生物所包围，微生物有充足的反响时间降解悬浮物中的有机物，污泥龄也较长，实验期平均为15-30天左右。这种条件下将去除的悬浮物的48%水解，水解池排放污泥的有机物含量为55.1%，因此，从有机物降解的角度讲，水解污泥是稳定的污泥，而且总排放量少。由于水解池具有对悬浮物截留和水解的功能，所以工艺流程上是将活性污泥工艺的剩余污泥排入水解池进展消化。见图2-33、 三、污泥脱水性能与处理1、水解污泥脱水性能的分析从实验结果来看，初沉池污泥的脱水性能优于消化污泥。这是由于不经消化的生污泥粘度较低，但是由于初沉污泥不经消化，有机物含量在60%以上，污泥量大，导致药剂费用高。更重要的是污泥卫生条件差，对于脱水操作工人的健康影响较大，因此，一般需要进展稳定化处理。水解污泥由于产甲烷反响强烈，泥中的气体较多；污泥性质比拟粘稠，不易脱水。从化学成分分析，两种污泥有一定差异；水解污泥的碱度350.0mg/L，而消化污泥碱度为11802mg/L，众所周知，污泥化学调节的混凝剂局部消耗在污泥中的固相组分，这取决于污泥固体物质中挥发性固体量；另一局部消耗于污泥的液相局部。存在的碱度可以和投加的混凝剂产生反响，消化掉一局部混凝剂，如以氯化铝为例：以上反响将消耗一局部混凝剂，导致混凝剂用量的