【文章內(nèi)容簡介】 D 去除率在 45%左右。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，在實(shí)驗(yàn)中曾觀察到 COD 負(fù)荷從 （ m3178。 d）變化到 （ m3178。 d），出水 COD 從 207mg/L 變化到 316mg/L。 水解過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、 BOD 的去除率分別為 %、 %。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 11 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，圖 28 為停留時(shí)間 條件下，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)物通過時(shí)將其吸附截留，這延長了污染物在池內(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 /h 8 6 8 4 4 氣水比 15:1 14:1 :1 :1 :1 :1 回流比 50 50 60 60 50 50 污泥指數(shù) SVI 265 239 231 259 273 出水 SS 濃度 /（ mg/L） 出水 COD濃度 /（ mg/L） 150 148 出水 BOD濃度 /（ mg/L） 12 可以同時(shí)達(dá)到對剩余污泥的穩(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，需要對新工藝流程污泥處理指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的對比和分析。 （ 1）水解池可以同時(shí)穩(wěn)定污泥 通過 1 年的示范工程，水解池平均去除的懸浮物量為 ，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，水解污泥的含水率可從 %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)工程上采用的簡單分離方法來劃分，定義為溶解性、膠體、超膠體和可沉的 COD。例如：溶解性 COD 為通過 濾膜的組分；膠體 COD 為通過 濾紙的過濾液與溶解性 COD 之差；超膠體 COD 為通過 之間的組分；可沉的 COD 為粒徑 100um、通過 4h沉淀可以去除的組分。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。 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% 13 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，水解池對懸浮性物質(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(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，這一降解過程也是迅速的。在這一過程中溶解 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?？梢钥闯觯夥磻?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。這些過程在水解反應(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。 14 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(gè)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。 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(jì)最大上升流速， m/h； X 為平均污泥濃度， g/L。 從圖 211 可 見，在穩(wěn)定狀態(tài)下一個(gè)上升流速對應(yīng)于一個(gè)平均污泥濃度 X。這種對應(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=α Xn= 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。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 15 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（θ c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，這可通過排泥來降低系統(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)與沉淀作用這對矛盾的統(tǒng)一關(guān)系。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(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)器對有機(jī)物的降解在一定程度上只是一個(gè)預(yù)處理過程，水解反應(yīng)過程中沒有徹底完成有機(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 BOD5不易檢出的有機(jī)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(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。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 有機(jī)污染物在水解池、曝氣池中的降解過程進(jìn)行了分析、研究，以期 16 對有機(jī)污染物在新的工藝過程中的降解轉(zhuǎn)化過程的特殊性進(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） COD BOD SS 432 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。峰面積數(shù)據(jù)由氣相色譜積分儀 給出（面積由 1000 以上開始積分），有機(jī)物鑒定采用色譜 質(zhì)譜聯(lián)機(jī)法，由表 29 給出。需要說明的是，表 29 中只給出了主要的化合物，對于峰面積較小的化合物表 29 中沒有給出。 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 分子式 進(jìn)水 水解出水 二沉出水 1 含氧二氯甲基甲烷 √ 2 1,2,3三氯丙烷 C3H5Cl3 √ 3 溴化二氯丙烷 C3H5Cl2Br √ 4 2溴 1氯丙烷 C3H6ClBr √ 5 1,3二氯丙烷 C3H4Cl2 √ 6 2,3二氯丙烷 C3H4Cl2 √ 7 1,2雙（ 2氯乙氧基）乙烷 C6H12O2Cl2 √ √ 8 1,3二氯 2丙醇 C3H6Cl2O √ 9 2,3二氯 1丙醇 C3H6OCl2 √ 10 氯乙酸 C2H3OCl2 √ 11 氯化甲醚 CH5OCl √ 12 2,3乙氯 2甲基 丙醛 C4H6COCl2 √ 13 2,3’氯雙（ 1氯） 丙烷 C6H12O2Cl2 √ 14 1溴 2氟環(huán)戊烷 C5H7BrF √ 15 4氯苯酚 C6H5Cl √ 16 氯代苯酚 √ 17 氯萘 C10H7Cl √ 18 2,6二（ 1,1二甲基乙基）苯酚 C15H24O √ √ 19 4,4’（ 1,1甲基亞乙基）雙酚 C15H10O √ 20 苯乙腈 C8H7N √ 21 萘 C10H8 √ 22 乙酸苯乙酯 C10H12O2 √ 23 丙酸苯乙酯 C11H14O2 √ 24 未知峰 √ 25 3甲基丁酸苯乙酯 C13H15O2 √ 26 3甲基 2,6二羧基 4乙烯酸 C7