【文章內(nèi)容簡介】 ， 污泥層在 。 在高倍顯微鏡下發(fā)現(xiàn)細菌的形態(tài)以長短桿菌為主 。 由于進水的溶解氧為零 ， 所以好氧細菌得不到發(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)甲烷細菌是專性厭氧菌 ，不具備過氧化氫酶 。 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 。9 為此 ， 對接觸酶的活性與甲烷菌活性進行檢驗 。 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 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 0 1① 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) 。 從水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果看 ， 進水的揮發(fā)性有機酸從 54mg/L 上升到 ，這充分正證實了采用動力學(xué)控制系統(tǒng)處于水解酸化階段是行之有效的 。 二 、水解池可取代初沉池 從表 26 給出的水解池與初沉池運行結(jié)果可知 ， 在停留時間相當(dāng)?shù)那闆r下 ，水解池對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 。 表 26 水解池與初沉池處理效果 項目 水解反應(yīng)器 平流多斗沉淀池 停留時間 /h COD 去除率 /% BOD 去除率 /% 18 12 17 SS 去除率 /% 79 42 40 47 三 、較好的抗有機負(fù)荷沖擊能力 圖 27是進水濃度與去除率的關(guān)系 ， 從圖 27可見 ， 進水濃度越高 ， COD 去除率越高 。 進水平均濃度為 500mg/L 時 ， COD 去除率在 45%左右 。 水解池對于進水濃度變化而引起的沖擊負(fù)荷有很大得抵抗能力 ， 在實驗中曾觀察到 COD 負(fù)10 荷從 （ m3d）變化到 （ m3d） ， 出水 COD從 207mg/L變化到 316mg/L。 四 、水解過程可改變污水中有機物形態(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、 BOD 的去除率分別為 %、 %。 在運轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)水解池出水溶解性 COD、 BOD 值高于進水的情況 ， 這說明反應(yīng)中有相當(dāng)數(shù)量的不溶性有機物溶解于水中 ， 在 1020℃ 條件下去除懸浮物有 48%發(fā)生水解 。 但由于進、出水溶解性 COD、 BOD 的數(shù)值相差不大 ， 因此 ， 人們會誤認(rèn)為水解池僅僅起到物理解留作用 。 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%。 11 五 、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 ， 圖 28 為停留時間 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 ， 因為水解池屬于升流式污泥床反應(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 ，在有機物通過時將其吸附截留 ， 這延長了污染物在池內(nèi)的停留時間 ， 從而保證了去除率 。 六 、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 。 若同樣采用穿孔管曝氣12 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驗結(jié)果對比 項 目 傳統(tǒng)工藝曝氣池運行 水解 好氧工藝曝氣池運行 穿孔管曝氣 中微孔曝氣 穿孔管曝氣 中微孔曝氣 停留時間 /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） 七 、可以同時達到對剩余污泥的穩(wěn)定 如前所述 ， 水解 好氧工藝的一個最顯著的特點就是污水、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 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)進行詳細的對比和分析 。 （ 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)計依據(jù) 。 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 。 在濃縮 812h下 ， 水13 解污泥的含水率可從 %降至 90%左右 ， 濃縮后污泥可直接進行脫水 。 14 第四節(jié) 水解 好氧生物處理工藝的機理 一、有機物形態(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 分；膠體 COD 為通過 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)器的運行效果反應(yīng)前后的污水特性見圖 29。 從圖種實驗數(shù)據(jù)可知 ， 城市污水進水中可沉 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 ， 水解池對懸浮性物質(zhì)的去除能力很強 ， 所以水解工藝適合污水中含懸浮狀15 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(dāng)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 。 二、有機物降解途徑 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水中顆粒物質(zhì)和膠體物質(zhì)迅速截留和吸附 ， 這是一個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)的污泥停留時間要大于水力停留時間 。 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(fù)荷下隨水流移出系統(tǒng) 。 由16 于水解和產(chǎn)酸菌世代期較短 ， 往往以分和小時計 ， 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 ， 但是由于顆粒有機物發(fā)生水解增加了系統(tǒng)中溶解性有機物的濃度 ， 因此 ， 溶解性 BOD、COD 去除率遠遠大于 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 。 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(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)器中得到了強化 ， 這與功能單一的初沉池有本質(zhì)的區(qū)別 。 三、水解池動態(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 。 17 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。 從圖 211可見 ， 在穩(wěn)定狀態(tài)下一個上升流速對應(yīng)于一個平均污泥濃度 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動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)達到平衡時形成 ， 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。 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。 這一特征可以在運轉(zhuǎn)管理中得到運用 ， 來制定不同的排泥措施 ， 以減少污泥處理的投資和運轉(zhuǎn)費用 。 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)不受停留時間的控制 ， 這在工程上是十分有利的 。 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 。 隨著停留時間的限制 ， 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) 。 有兩種情況會造成污泥界面上升；第一種情況 ， 長期不排泥 ， 這時污泥面將不斷上升 ， 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18 時間達到一個新的穩(wěn)定狀態(tài) 。 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 。 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)荷是較有機負(fù)荷更為本質(zhì)和更有效的運行、設(shè)計參數(shù) 。 四、難降解有機物的降解 水解反應(yīng)器對有機物的降解在一定程度上只是一個預(yù)處理過程 ， 水解反應(yīng)過程中沒有徹底完成有機物的降解任務(wù) ， 而是改變有機物的形態(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 。 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