【正文】 大、中、小型污水處理廠所需的構(gòu)筑物。（4） 反應(yīng)控制在第二階段完成之前，出水無(wú)厭氧發(fā)酵的不良?xì)馕?，改善處理廠的環(huán)境。（5） 第一、第二階段反應(yīng)迅速，故水解池體積小，與初次沉淀池相當(dāng)，節(jié)省基建投資。因此，水解好氧生物處理工藝是有自己特點(diǎn)的一種新型的水處理工藝。 第三節(jié) 水解好氧生物處理工藝特點(diǎn) 水解池與厭氧UASB工藝啟動(dòng)方式不同水解池的啟動(dòng)采用了動(dòng)力學(xué)控制措施，通過(guò)調(diào)整水力停留時(shí)間，利用水解細(xì)菌、產(chǎn)酸菌與甲烷菌生長(zhǎng)速度不同，利用水的流動(dòng)造成甲烷菌在反應(yīng)器中難于繁殖的條件。圖26是水解池在啟動(dòng)期間污泥甲烷活性的變化，隨著水解池的運(yùn)行甲烷菌的活性逐步降低。這也初步證實(shí)了采用動(dòng)力學(xué)控制措施的有效性。采用城市污水直接培養(yǎng)成熟的水解污泥外觀呈黑色，結(jié)構(gòu)密實(shí)。污泥中雜質(zhì)較多，VSS/%，%。污泥層的平均污泥濃度為15g/L。在高倍顯微鏡下發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的形態(tài)以長(zhǎng)短桿菌為主。由于進(jìn)水的溶解氧為零，所以好氧細(xì)菌得不到發(fā)展。系統(tǒng)中微生物主要是兼性微生物。一般認(rèn)為水解、產(chǎn)酸菌屬于兼性微生物，而產(chǎn)甲烷細(xì)菌是專(zhuān)性厭氧菌，不具備過(guò)氧化氫酶。工藝希望在水力學(xué)控制條件下，系統(tǒng)中以水解和產(chǎn)酸菌為主。為此，對(duì)接觸酶的活性與甲烷菌活性進(jìn)行檢驗(yàn)。定性結(jié)果如表25中的數(shù)據(jù)所示。表25 生物污泥活性檢驗(yàn)污泥種類(lèi)好氧活性污泥水解污泥肉聯(lián)廠厭氧污泥接觸酶活性+ + ++ +甲烷活性01①結(jié)果表明，消化污泥的厭氧程度最高，而系統(tǒng)中水解污泥接觸酶反應(yīng)呈陽(yáng)性，說(shuō)明存在大量兼性微生物，而甲烷菌的活性不高，說(shuō)明只有極少量的甲烷菌參加了反應(yīng)。從水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果看，進(jìn)水的揮發(fā)性有機(jī)酸從54mg/，這充分正證實(shí)了采用動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)處于水解酸化階段是行之有效的。 水解池可取代初沉池從表26給出的水解池與初沉池運(yùn)行結(jié)果可知，在停留時(shí)間相當(dāng)?shù)那闆r下，水解池對(duì)懸浮物的去除率顯著高于初沉池，平均出水SS只有50mg/L，其COD、BOD蛔蟲(chóng)卵的去除率也顯著地高于初沉池。因初沉池的去除率受水質(zhì)影響較大，出水水質(zhì)波動(dòng)范圍較大，而水解池出水水質(zhì)比較穩(wěn)定。在拿不出大量投資修建二級(jí)污水處理廠的地方，先采用水解池進(jìn)行一級(jí)處理，出水水質(zhì)將比初沉池有很大程度的改善。表26 水解池與初沉池處理效果項(xiàng)目水解反應(yīng)器平流多斗沉淀池停留時(shí)間/hCOD去除率/%BOD去除率/%181217SS去除率/%79424047 較好的抗有機(jī)負(fù)荷沖擊能力圖27是進(jìn)水濃度與去除率的關(guān)系，從圖27可見(jiàn)，進(jìn)水濃度越高，COD去除率越高。進(jìn)水平均濃度為500mg/L時(shí)，COD去除率在45%左右。水解池對(duì)于進(jìn)水濃度變化而引起的沖擊負(fù)荷有很大得抵抗能力，（m3d）（m3d），出水COD從207mg/L變化到316mg/L。 水解過(guò)程可改變污水中有機(jī)物形態(tài)及性質(zhì)，有利于后續(xù)好氧處理一般城市污水可沉COD占總COD的50%左右，經(jīng)水解處理后基本上去除了可沉性COD，所以水解工藝適用于污水中含懸浮狀COD比例較高的廢水。如屠宰廢水、啤酒廢水雖然可生物降解的可溶性COD成分高，但是廢水中懸浮性顆粒狀COD含量也很高，所以適合采用水解處理。對(duì)于城市污水，實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)水解反應(yīng)后溶解性COD、BOD比例分別從進(jìn)水的50%、65%提高到出水的78%、77%，不溶性COD、%、%。在運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)水解池出水溶解性COD、BOD值高于進(jìn)水的情況，這說(shuō)明反應(yīng)中有相當(dāng)數(shù)量的不溶性有機(jī)物溶解于水中，在1020℃條件下去除懸浮物有48%發(fā)生水解。但由于進(jìn)、出水溶解性COD、BOD的數(shù)值相差不大，因此，人們會(huì)誤認(rèn)為水解池僅僅起到物理解留作用。通過(guò)對(duì)水解池進(jìn)、出水有機(jī)酸分析結(jié)果表明，出水的溶解性COD已不是原來(lái)的溶解性COD，其中揮發(fā)性有機(jī)酸濃度大幅度上升，可以從占進(jìn)水溶解性組分9%上升到出水的25%。 在低溫條件下仍有較好的去除效果水解池即使在最低水溫（10℃）時(shí)仍可穩(wěn)定運(yùn)行，水溫與去除率的關(guān)系。水解反應(yīng)器之所以在低溫條件下仍有如此高的去除率，因?yàn)樗獬貙儆谏魇轿勰啻卜磻?yīng)器，這種反應(yīng)器保持大量的水解活性污泥，污泥平均濃度達(dá)到15g/L，由于生物量大，大量水解活性污泥形成的污泥層，在有機(jī)物通過(guò)時(shí)將其吸附截留，這延長(zhǎng)了污染物在池內(nèi)的停留時(shí)間，從而保證了去除率。 有利于好氧后處理表27為水解工藝結(jié)合采用活性污泥后處理工藝與采用傳統(tǒng)活性污泥工藝的對(duì)比。在池容、水質(zhì)相同，停留時(shí)間4h左右的情況下，不論采用穿孔管或中微孔曝氣方式，水解好氧工藝的BOD5和COD去除率均顯著高于傳統(tǒng)工藝，且出水COD低于100mg/L，傳統(tǒng)工藝停留時(shí)間8h左右仍然達(dá)不到與本工藝相接近的出水水質(zhì)，因此，從曝氣池容積上新工藝要少50%左右。若同樣采用穿孔管曝氣設(shè)備，曝氣可節(jié)省氣量50%，同樣采用中微孔曝氣器節(jié)省氣量為40%左右。表27 不同工藝處理北京高碑店城市污水實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比項(xiàng) 目傳統(tǒng)工藝曝氣池運(yùn)行水解好氧工藝曝氣池運(yùn)行穿孔管曝氣中微孔曝氣穿孔管曝氣中微孔曝氣停留時(shí)間/h86844氣水比15:114:1:1:1:1:1回流比505060605050污泥指數(shù)SVI265239231259273出水SS濃度/（mg/L）出水COD濃度/（mg/L）150148出水BOD濃度/（mg/L） 可以同時(shí)達(dá)到對(duì)剩余污泥的穩(wěn)定如前所述，水解好氧工藝的一個(gè)最顯著的特點(diǎn)就是污水、污泥一次得到處理，可以在傳統(tǒng)的工藝流程中取消消化池。通過(guò)示范工程1年的物料平衡，水解池中污泥的水解率可高達(dá)50%左右，排出系統(tǒng)污泥量比初沉池消化池聯(lián)合系統(tǒng)低30%，結(jié)果證實(shí)存在取消消化池的可能性。對(duì)于污水處理廠而言，污泥量的平衡只是其中一個(gè)方面，還有其他一些重要的指標(biāo)，因此，需要對(duì)新工藝流程污泥處理指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比和分析。（1）水解池可以同時(shí)穩(wěn)定污泥通過(guò)1年的示范工程，水解池排出的污泥總量則為162kg/d，污泥水解率為48%。即去除的SS在微生物作用下發(fā)生水解，根據(jù)溫度不同污水水解率在30%70%之間變化。（2）水解污泥的沉降與濃縮性能了解水解污泥的沉降性能，可為濃縮池提供設(shè)計(jì)依據(jù)。根據(jù)靜沉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)結(jié)果修正，從沉降實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察水解污泥沉降性能十分良好，SV為50%，SVI為34，沉降性能優(yōu)于初沉池和曝氣池污泥。在濃縮812h下，%降至90%左右，濃縮后污泥可直接進(jìn)行脫水。 第四節(jié) 水解好氧生物處理工藝的機(jī)理 一、有機(jī)物形態(tài)對(duì)水解去除率的影響污水中的污染物按分散劃分為懸浮狀、超膠體、膠體和溶解性4種不同形態(tài)。根據(jù)工程上采用的簡(jiǎn)單分離方法來(lái)劃分，定義為溶解性、膠體、超膠體和可沉的COD。例如：；；；可沉的COD為粒徑100um、通過(guò)4h沉淀可以去除的組分。根據(jù)以上分類(lèi)，水解反應(yīng)器的運(yùn)行效果反應(yīng)前后的污水特性見(jiàn)圖29。從圖種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，城市污水進(jìn)水中可沉COD和超膠體COD占總COD的50%左右，經(jīng)水解處理后基本上去除了可沉性COD和超膠體COD的60%。由此可見(jiàn)，水解池對(duì)懸浮性物質(zhì)的去除能力很強(qiáng)，所以水解工藝適合污水中含懸浮狀COD比例較高的廢水。經(jīng)水解反應(yīng)后，出水溶解性COD比例從30%提高到占出水的47%。在運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常有水解池出水溶解性COD、BOD值高于進(jìn)水的情況，這說(shuō)明反應(yīng)中確有相當(dāng)數(shù)量的不溶性有機(jī)物溶解于水中，這通過(guò)污泥產(chǎn)量的計(jì)量可以得到進(jìn)一步證實(shí)，在1020℃條件下去除懸浮物有48%發(fā)生水解。 二、有機(jī)物降解途徑以COD為例，圖210給出了對(duì)可沉性、超膠體、膠體性和溶解性等不同物理狀態(tài)的有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)化途徑的圖示。首先水解反應(yīng)器中的大量微生物將進(jìn)水中顆粒物質(zhì)和膠體物質(zhì)迅速截留和吸附，這是一個(gè)物理過(guò)程的快速反應(yīng)，一般只要幾秒到幾十秒即可完成，因此，反應(yīng)是迅速的。截留下來(lái)的物質(zhì)吸附在水解污泥的表面，漫漫地被分解代謝，其在系統(tǒng)內(nèi)的污泥停留時(shí)間要大于水力停留時(shí)間。在大量水解細(xì)菌的作用下將大分子、難于生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子物質(zhì)后，重新釋放到液體中，在較高的水力負(fù)荷下隨水流移出系統(tǒng)。由于水解和產(chǎn)酸菌世代期較短，往往以分和小時(shí)計(jì)，因此，這一降解過(guò)程也是迅速的。在這一過(guò)程中溶解性BOD、COD的去除率雖然表面上講只有10%左右，但是由于顆粒有機(jī)物發(fā)生水解增加了系統(tǒng)中溶解性有機(jī)物的濃度，因此，溶解性BOD、COD去除率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10%。但是由于酸化過(guò)程的控制不能?chē)?yán)格劃分，在污泥中可能仍有少量甲烷菌的存在，可能產(chǎn)生少量的甲烷，但甲烷在水中的溶解度也相當(dāng)可觀，故以氣體形成釋放的甲烷量很少?？梢钥闯?，水解反應(yīng)器集沉淀、吸附、網(wǎng)捕和生物絮凝等物理化學(xué)過(guò)程以及水解、酸化和甲烷化過(guò)程等生物降解功能于一體。這些過(guò)程在水解反應(yīng)器中得到了強(qiáng)化，這與功能單一的初沉池有本質(zhì)的區(qū)別。 三、水解池動(dòng)態(tài)特性分析上升流速與系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度的關(guān)系研究上升流速和污泥層高度（實(shí)際上是污泥濃度）之間的變化規(guī)律，可以忽略由于污泥積累造成的污泥區(qū)高度的變化。不斷調(diào)整進(jìn)水量，改變上升流速vi，在一個(gè)特定的上升流速下，測(cè)定穩(wěn)定后相對(duì)應(yīng)的污泥層高度（一般為改變負(fù)荷1h以后），并通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)污泥總量，換算出相對(duì)應(yīng)的污泥層高度內(nèi)平均濃度X，則可以得出圖211所示結(jié)果。圖211中v0為無(wú)量綱化上升流速，v0=vi/vmax，vmax為密云縣城市污水處理廠設(shè)計(jì)最大上升流速，m/h；X為平均污泥濃度，g/L。從圖211可見(jiàn)，在穩(wěn)定狀態(tài)下一個(gè)上升流速對(duì)應(yīng)于一個(gè)平均污泥濃度X。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是由于在水解池內(nèi)污泥在垂直方向的運(yùn)動(dòng)是污泥顆粒的平均濃度vr和水流的上升流速vi在穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)形成，即vr=vi。而污泥的沉淀速度與污泥濃度可用Dick理論公式描述：vr=αXn=因此，通過(guò)圖211中數(shù)據(jù)可以得到應(yīng)用于城市污水水解池中的關(guān)系式：v0=vi/vmax=α’Xn=應(yīng)用上述關(guān)系，在實(shí)際運(yùn)行的密云縣城市污水處理廠的平均流量、最大流量和最小流量下所對(duì)應(yīng)的污泥濃度分別約為40g/L，20g/L和60g/L。從以上數(shù)據(jù)可以看出，在最大流量條件下，污泥層由于膨脹而造成污泥濃度降低，同時(shí)引起污泥成層的沉淀速度提高，自動(dòng)保持反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度（約20g/L）；而隨著流量的減少，在最小流量時(shí)污泥濃度增加，沉速降低也達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)污泥濃度為60g/L。這一特征可以在運(yùn)轉(zhuǎn)管理中得到運(yùn)用，來(lái)制定不同的排泥措施，以減少污泥處理的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。穩(wěn)定性分析水解反應(yīng)器屬上流式污泥床反應(yīng)器范疇，具有兩個(gè)基本功能：即生物反應(yīng)和沉淀功能。圖212給出了這兩者在水解反應(yīng)器中的相互約速關(guān)系。在水解酸化反應(yīng)中所需微生物的濃度與水力停留時(shí)間呈反向變化（反應(yīng)曲線）。從理論上講，在給定的污泥齡下（θc一定），狀態(tài)的穩(wěn)定點(diǎn)一定在反應(yīng)曲線之上。只要微生物量足夠多，則反應(yīng)不受停留時(shí)間的控制，這在工程上是十分有利的?？紤]到系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，停留時(shí)間越短越好，這要求運(yùn)行點(diǎn)A、B、C沿反應(yīng)曲線向左上移動(dòng)。隨著停留時(shí)間的限制，即受污水上升流速的制約。沉降曲線給出了這種限制關(guān)系，其將平面分為兩部分，右半平面為穩(wěn)定狀態(tài)，左平面是不穩(wěn)定狀態(tài)。有兩種情況會(huì)造成污泥界面上升；第一種情況，長(zhǎng)期不排泥，這時(shí)污泥面將不斷上升，這是由于污泥量增加使得污泥濃度增加，這時(shí)可通過(guò)排泥重新回到穩(wěn)定狀態(tài)；第二種情況，當(dāng)水力停留時(shí)間縮短，水的上升流速增大造成污泥界面上升，這可通過(guò)排泥來(lái)降低系統(tǒng)中的污泥量，使污泥濃度與停留時(shí)間達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。圖212所示是設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理中的一個(gè)重要關(guān)系，其反映了生物反應(yīng)與沉淀作用這對(duì)矛盾的統(tǒng)一關(guān)系。由此可以得出結(jié)論，對(duì)于低濃度城市污水厭氧處理過(guò)程，水力停留時(shí)間和水力負(fù)荷是較有機(jī)負(fù)荷更為本質(zhì)和更有效的運(yùn)行、設(shè)計(jì)參數(shù)。 四、難降解有機(jī)物的降解水解反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的降解在一定程度上只是一個(gè)預(yù)處理過(guò)程，水解反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有徹底完成有機(jī)物的降解任務(wù)，而是改變有機(jī)物的形態(tài)。具體講是將大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)，將難生化降解物質(zhì)降解為易生化降解的物質(zhì)。這樣使得以COD形式存在而B(niǎo)OD5不易檢出的有機(jī)物，在水解反應(yīng)過(guò)程中分解形成一些可以被BOD5測(cè)出的有機(jī)物，從而使B/C比例有所增加。使用色譜質(zhì)譜聯(lián)機(jī)（GC/MS）對(duì)污水處理過(guò)程中污水含有的各種有機(jī)污染物進(jìn)行鑒定，是國(guó)內(nèi)外近年來(lái)在環(huán)境工作中的新進(jìn)展。色譜儀能有效地分離污水中有機(jī)混合物，而質(zhì)譜儀又能對(duì)單一組分進(jìn)行定性鑒定。采用液液萃取、毛細(xì)管氣相色譜法及氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)機(jī)法，對(duì)有機(jī)污染物在水解池、曝氣池中的降解過(guò)程進(jìn)行了分析、研究，以期對(duì)有機(jī)污染物在新的工藝過(guò)程中的降解轉(zhuǎn)化過(guò)程的特殊性進(jìn)行了解。水樣采取24h的混合樣，水質(zhì)的常規(guī)指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表28。表28 水質(zhì)參數(shù)表項(xiàng)目進(jìn)水濃度/（mg/L）水解出水濃度/（mg/L）曝氣池出水濃度/（mg/L）CODBODSS432對(duì)水解反應(yīng)前后及最終出水有機(jī)物組分采用色譜質(zhì)譜分析結(jié)果見(jiàn)圖213。峰面積數(shù)據(jù)由氣相色譜積分儀給出（面積由1000以上開(kāi)始積分），有機(jī)物鑒定采用色譜質(zhì)譜聯(lián)機(jī)法，由表29給出。需要說(shuō)明的是，表29中只給出了主要的化合物，對(duì)于峰面積較小的化合物表29中沒(méi)有給出。表29 采用色譜質(zhì)譜聯(lián)機(jī)法鑒定不同處理階段有機(jī)物的定性分析結(jié)果序號(hào)化合物名稱(chēng)分子式進(jìn)水水解出水二沉出水1含氧二氯甲基甲烷√21,2,3三氯丙烷C3H5Cl3√3溴化二氯丙烷C3H5Cl2Br√42溴1氯丙烷C3H6ClBr√51,3二氯丙烷C3H4Cl2√62,3二氯丙烷C3H4Cl2√