【正文】 解形成一些可以被BOD5測出的有機(jī)物，從而使B/C比例有所增加。圖212所示是設(shè)計與運(yùn)行管理中的一個重要關(guān)系，其反映了生物反應(yīng)與沉淀作用這對矛盾的統(tǒng)一關(guān)系?？紤]到系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，停留時間越短越好，這要求運(yùn)行點(diǎn)A、B、C沿反應(yīng)曲線向左上移動。圖212給出了這兩者在水解反應(yīng)器中的相互約速關(guān)系。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應(yīng)的污泥濃度分別約為40g/L，20g/L和60g/L。不斷調(diào)整進(jìn)水量，改變上升流速vi，在一個特定的上升流速下，測定穩(wěn)定后相對應(yīng)的污泥層高度（一般為改變負(fù)荷1h以后），并通過整個系統(tǒng)內(nèi)污泥總量，換算出相對應(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。但是由于酸化過程的控制不能嚴(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。截留下來的物質(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)的污泥停留時間要大于水力停留時間。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%。例如：；；；可沉的COD為粒徑100um、通過4h沉淀可以去除的組分。根據(jù)靜沉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并經(jīng)過生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)動態(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。對于污水處理廠而言，污泥量的平衡只是其中一個方面，還有其他一些重要的指標(biāo)，因此，需要對新工藝流程污泥處理指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的對比和分析。在池容、水質(zhì)相同，停留時間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。通過對水解池進(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%。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。水解池對于進(jìn)水濃度變化而引起的沖擊負(fù)荷有很大得抵抗能力，（m3因初沉池的去除率受水質(zhì)影響較大，出水水質(zhì)波動范圍較大，而水解池出水水質(zhì)比較穩(wěn)定。定性結(jié)果如表25中的數(shù)據(jù)所示。系統(tǒng)中微生物主要是兼性微生物。污泥中雜質(zhì)較多，VSS/%，%。 第三節(jié) 水解好氧生物處理工藝特點(diǎn) 水解池與厭氧UASB工藝啟動方式不同水解池的啟動采用了動力學(xué)控制措施，通過調(diào)整水力停留時間，利用水解細(xì)菌、產(chǎn)酸菌與甲烷菌生長速度不同，利用水的流動造成甲烷菌在反應(yīng)器中難于繁殖的條件。由于這些特點(diǎn)，可以設(shè)計出適應(yīng)大、中、小型污水處理廠所需的構(gòu)筑物。故水解池可以改變原污水的可生化性，從而減少反應(yīng)的時間和處理的能耗。如上一章所述厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣過程可分為水解階段、酸化階段、乙酸化階段和甲烷階段等四個階段。在厭氧消化系統(tǒng)中，水解（酸化）產(chǎn)生的有機(jī)酸被立即轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳（沼氣）。需要說明的是，水解好氧工藝中的水解（酸化）過程與好氧AO（HO）、A2O和AB等工藝A段中發(fā)生的水解過程也是有較大區(qū)別的。在厭氧消化系統(tǒng)種，由于嚴(yán)格地控制在厭氧條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群為專性厭氧菌，因此完成水解（酸化）的微生物主要為厭氧微生物。對于水解（酸化）好氧處理系統(tǒng)來說，由于濃度低不存在酸的抑制問題，因此，可以不控制pH值的范圍。而兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的氧化還原電位一般控制在300—100mV之間。在連續(xù)厭氧過程中水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質(zhì)。 三、水解（酸化）工藝與厭氧發(fā)酵的區(qū)別從原理上講，水解（酸化）是厭氧消化過程的第一、二兩個階段。為了解決上述問題，將UASB反應(yīng)器的運(yùn)行方式改變?yōu)椴糠謪捬?，即主要在厭氧反?yīng)的水解和酸化階段（這也是稱為水解好氧工藝的原因），從而在反應(yīng)器中取消了三相分離器，使得反應(yīng)器結(jié)構(gòu)十分簡單，便于放大。首先總的去除效果不理想，這是針對達(dá)標(biāo)和總的停留時間而言。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看厭氧階段的處理不足以使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，不得不采用好氧后處理。19831984年在北京進(jìn)行了第一階段實(shí)驗(yàn)，采用37L的UASB反應(yīng)器，并配有三相分離器。水解池利用水解和產(chǎn)酸微生物，將污水中的固體、大分子和不易生物降解的有機(jī)物降解為易于生物降解的小分子有機(jī)物，使得污水在后續(xù)的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時間下得到處理。例如，目前國際和國內(nèi)上流行的AB工藝和序批式活性污泥（SBR）工藝。在含有硫酸鹽的有機(jī)廢水中，厭氧反應(yīng)將有機(jī)物和硫酸鹽分別轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸和硫化氫（反應(yīng)式（6）），產(chǎn)生的硫化氫被微需氧細(xì)菌直接氧化為硫元素。好氧（微需氧）過程 厭氧（缺氧）過程（1）COD→H2O+CO2 （2）COD→CH4+CO2傳統(tǒng)好氧工藝 傳統(tǒng)厭氧工藝（3）NH4+→NO3 （4）NO3→N2硝化工藝 反硝化或缺氧工藝（5）H2S→S0 （6）SO42→H2S微需氧或好氧工藝 厭氧反應(yīng)（7）RCl→CO2+Cl （8）R3CCl→CH4+CO2+Cl好氧反應(yīng) 厭氧反應(yīng)從化學(xué)反應(yīng)式（1）（8）來看，除反應(yīng)式（1）、（2）為傳統(tǒng)的好氧和厭氧工藝外，其他均為兼性菌的反應(yīng)。 第一節(jié) 水解（酸化）工藝與厭氧工藝 一、基本原理污水生物處理工藝分好氧工藝和厭氧工藝，這兩類工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)。水解（酸化）工藝還應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中，如印染、紡織、輕工、釀酒、化工、焦化、造紙等行業(yè)的工業(yè)廢水。經(jīng)過十多年的開發(fā)，圍繞水解好氧技術(shù)已經(jīng)形成一套完整的工藝技術(shù)。相繼開發(fā)了水解好氧生物處理工藝、水解氧化塘處理工藝和水解土地處理工藝等處理城市污水經(jīng)濟(jì)可行的工藝技術(shù)，這些工藝被先后應(yīng)用建成城市污水處理廠10余座，取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。水解好氧工藝在推廣過程中，全國各地有關(guān)部門及行業(yè)累計建設(shè)了上百座水解好氧工藝的污水處理廠。隨著生物處理技術(shù)的發(fā)展，作為生物處理的主角仍是微生物。人們過去對于好氧微生物和專性厭氧微生物研究十分充分，而對兼氧性微生物的研究不夠。這可以用來去除硫化物并回收硫元素（反應(yīng)式（5））。前者是在A段的高吸附段發(fā)生了水解和部分酸化反應(yīng)，大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)，所以使得整個工藝的效率大為提高。采用水解活性污泥法與傳統(tǒng)的活性污泥相比，其基建投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用可分別節(jié)省30%左右。在這一階段COD、BOD5和SS的去除率分別在5070%、6080%和7090%。另外，UASB反應(yīng)器的反應(yīng)時間太長，盡管其在運(yùn)行費(fèi)用和能耗等方面有一定的優(yōu)勢，但在基建投資方面不足以與傳統(tǒng)活性污泥工藝相競爭。事實(shí)上，厭氧的停留時間在812h的去除效果還是相當(dāng)高的，但是，要考慮到其與傳統(tǒng)好氧工藝應(yīng)有競爭力。%、%%的COD、BOD5和SS去除率。但水解（酸化）好氧處理工藝中的水解（酸化）段和厭氧消化的目標(biāo)不同，因此是兩種不同的處理方法。而兩相厭氧消化中的產(chǎn)酸段（產(chǎn)酸相）是將混合厭氧消化中的產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段分開，以便形成各自的最佳環(huán)境。水解（酸化）好氧處理工藝中的水解（酸化）段為一典型的兼性過程，只要Eh控制在0mV左右，該過程即可孫里進(jìn)行。（3）溫度不同三種工藝對溫度的控制也不同，通常厭氧消化系統(tǒng)以及兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度均嚴(yán)格控制，要么中溫消化（3035℃），要么高溫消化（5055℃）。水解（酸化）工藝控制在兼性條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群也是厭氧微生物，但以兼性微生物為主，完成水解（酸化）過程的微生物相應(yīng)也主要為厭氧（兼性）菌。這表現(xiàn)在以下兩個方面：首先是菌中不同，如上所述在水解工藝中的優(yōu)勢菌群是厭氧微生物，以兼性微生物為主，而在好氧AO（HO）、A2O和AB等工藝A段中的優(yōu)勢菌是以好氧菌為主，僅僅部分兼性菌參加反應(yīng)；其次，在反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度不同，水解工藝采用的是升流式反應(yīng)器，其中污泥濃度可以達(dá)到1525g/L，而好氧AO（HO）、A2O和AB等工藝中從二沉池回流的污泥濃度一般最高為5g/L，并且以好氧菌為主。水解（酸化）工藝中的最終產(chǎn)物為低濃度有機(jī)酸，個別情況下還有極少量的甲烷。水解池是把反應(yīng)控制在第二階段完成之前，不進(jìn)入第三階段。（2） 對固體有機(jī)物的降解可減少污泥量，其功能與消化池一樣。（4） 反應(yīng)控制在第二階段完成之前，出水無厭氧發(fā)酵的不良?xì)馕?，改善處理廠的環(huán)境。圖26是水解池在啟動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。污泥層的平均污泥濃度為15g/L。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)菌是專性厭氧菌，不具備過氧化氫酶。表25 生物污泥活性檢驗(yàn)污泥種類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)呈陽性，說明存在大量兼性微生物，而甲烷菌的活性不高，說明只有極少量的甲烷菌參加了反應(yīng)。在拿不出大量投資修建二級污水處理廠的地方，先采用水解池進(jìn)行一級處理，出水水質(zhì)將比初沉池有很大程度的改善。d）（m3對于城市污水，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℃）時仍可穩(wěn)定運(yùn)行，水溫與去除率的關(guān)系。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。（1）水解池可以同時穩(wěn)定污泥通過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%。在濃縮812h下，%降至90%左右，濃縮后污泥可直接進(jìn)行脫水。根據(jù)以上分類，水解反應(yīng)器的運(yùn)行效果反應(yīng)前后的污水特性見圖29。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，這通過污泥產(chǎn)量的計量可以得到進(jìn)一步證實(shí)，在1020℃條件下去除懸浮物有48%發(fā)生水解。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)?？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)過程以及水解、酸化和甲烷化過程等生物降解功能于一體。圖211中v0為無量綱化上升流速，v0=vi/vmax，vmax為密云縣城市污水處理廠設(shè)計最大上升流速，m/h；X為平均污泥濃度，g/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，同時引起污泥成層的沉淀速度提高，自動保持反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度（約20g/L）；而隨著流量的減少，在最小流量時污泥濃度增加，沉速降低也達(dá)到動態(tài)平衡，這時污泥濃度為60g/L。在水解酸化反應(yīng)中所需微生物的濃度與水力停留時間呈反向變化（反應(yīng)曲線）。隨著停留時間的限制，即受污水上升流速的制約。由此可以得出結(jié)論，對于低濃度城市污水厭氧處理過程，水力停留時間和水力負(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)計參數(shù)。使用色譜質(zhì)譜聯(lián)機(jī)（GC/MS）對污水處理過程中污水含有的各種有機(jī)污染物進(jìn)行鑒定，是國內(nèi)外近年來在環(huán)境工作中的新進(jìn)展。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)果見圖213?？梢苑治鲇幸韵聨讉€現(xiàn)象。（4） 化合物峰面積與峰數(shù)分布反應(yīng)前后發(fā)生變化，原污水是隨著保留時間的增大而增加，這說明大分子化合物比例占絕大多數(shù)，在保留時間大于20min時，酸性組分出峰個數(shù)占出峰總數(shù)51%，峰面積也占同樣的比例；經(jīng)水解酸性反應(yīng)后保留時間大于20min，酸性組分峰數(shù)占總峰數(shù)的比例降為25%，%；而保留時間小于10min時，峰面積的堿性/%，%，說明小分子化合物占化合物比例的絕大部分。（1） 經(jīng)水解反應(yīng)池后，酸性化合物數(shù)量和種類大幅度增加，說明水解反應(yīng)池對有機(jī)物不僅僅起到物理截留作用，而是以生物作用為主的水解酸化反應(yīng)過程，同時也說明酸化過程的工程控制措施是恰當(dāng)?shù)?。從微觀角度為說明水解好氧工藝最終出水可優(yōu)于傳統(tǒng)好氧生物處理工藝提供了理論基礎(chǔ)。（5） 經(jīng)過活性污泥法最終處理后，出水的化合物種類和含量有明顯減少。采用色質(zhì)聯(lián)用方法研究水解酸化過程特性，進(jìn)一步證實(shí)了對水解池在工藝中所起作用的分析、推斷。且由于這些特點(diǎn)，單從出水水質(zhì)COD、BOD5等去除率來評價水解反應(yīng)器的作用是不全面的，應(yīng)對后處理中各種現(xiàn)象進(jìn)行分析，以全面評價水解反應(yīng)在整個系統(tǒng)中的功能。如采用活性污泥法后處理，由于有機(jī)物的絕大數(shù)量減少，與傳統(tǒng)的活性污泥工藝相比，停留時間也可減少50%，同時曝氣量減少50%。根據(jù)實(shí)際情況的不同，后處理工藝目前的應(yīng)用有以下幾種形式。而一般經(jīng)初沉池后出水溶解性COD、BOD5的比例變化較小。水解池出水采用活性污泥后處理工藝與采用傳統(tǒng)活性污泥工藝進(jìn)行對比如下：在停留時間4h左右的情況下，不論采用穿孔管或中微孔曝氣方式，BOD5和COD去除率均顯著高于傳統(tǒng)工藝流程，且出水COD低于100mg/L，傳統(tǒng)工藝停留時間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。水解出水的BOD5/，在第8天水解出水好氧曲線開始轉(zhuǎn)平；而原污水在第20天左右開始轉(zhuǎn)平。由圖216給出的COD和污泥平衡可知，COD的平均去除率為40%，而接近25%的去除的COD仍然保留在污泥中并作為剩余污泥被排放，這表明水解反應(yīng)器中污泥和污水可以同時得到處理。這樣水解池排出的污泥總量則為162kg/d，比初沉池排泥量184kg/d少13%（按50%去除率計）。 第六節(jié) 水解工藝的污泥處理如前所述，水解好氧工藝的最顯著的特點(diǎn)之一就是污水、污