【正文】 有機物，在水解反應(yīng)過程中分解形成一些可以被BOD5測出的有機物，從而使B/C比例有所增加。圖212所示是設(shè)計與運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。考慮到系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，停留時間越短越好，這要求運行點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，在實際運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)靜沉實驗數(shù)據(jù)并經(jīng)過生產(chǎn)性實驗動態(tài)結(jié)果修正，從沉降實驗現(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，因此，需要對新工藝流程污泥處理指標進行詳細的對比和分析。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、出水有機酸分析結(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)性有機酸濃度大幅度上升，可以從占進水溶解性組分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。水解池對于進水濃度變化而引起的沖擊負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控制措施，通過調(diào)整水力停留時間，利用水解細菌、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，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，這是針對達標和總的停留時間而言。從實驗結(jié)果來看厭氧階段的處理不足以使出水達到排放標準，不得不采用好氧后處理。19831984年在北京進行了第一階段實驗，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物降解為易于生物降解的小分子有機物，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廢水中，厭氧反應(yīng)將有機物和硫酸鹽分別轉(zhuǎn)化為有機酸和硫化氫（反應(yīng)式（6）），產(chǎn)生的硫化氫被微需氧細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。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、能耗和運行費用可分別節(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，盡管其在運行費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。事實上，厭氧的停留時間在812h的去除效果還是相當高的，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，不進入第三階段。（2） 對固體有機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)酵的不良氣味，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。一般認為水解、產(chǎn)酸菌屬于兼性微生物，而產(chǎn)甲烷細菌是專性厭氧菌，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，實驗表明經(jīng)水解反應(yīng)后溶解性COD、BOD比例分別從進水的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行脫水。根據(jù)以上分類，水解反應(yīng)器的運行效果反應(yīng)前后的污水特性見圖29。在運轉(zhuǎn)中經(jīng)常有水解池出水溶解性COD、BOD值高于進水的情況，這說明反應(yīng)中確有相當數(shù)量的不溶性有機物溶解于水中，這通過污泥產(chǎn)量的計量可以得到進一步證實，在1020℃條件下去除懸浮物有48%發(fā)生水解。在大量水解細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，在較高的水力負荷下隨水流移出系統(tǒng)。可以看出，水解反應(yīng)器集沉淀、吸附、網(wǎng)捕和生物絮凝等物理化學過程以及水解、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荷是較有機負荷更為本質(zhì)和更有效的運行、設(shè)計參數(shù)。使用色譜質(zhì)譜聯(lián)機（GC/MS）對污水處理過程中污水含有的各種有機污染物進行鑒定，是國內(nèi)外近年來在環(huán)境工作中的新進展。表28 水質(zhì)參數(shù)表項目進水濃度/（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物組分采用色譜質(zhì)譜分析結(jié)果見圖213。可以分析有以下幾個現(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?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，進一步證實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，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之一就是污水、污泥一次得到處理，可