【正文】 二沉池剩余污泥量總輸出污泥量= 出水懸浮物量 厭氧排泥量系統(tǒng)去除總懸浮物=式中 Qi——第i天污水流量，m3/hQsi——二沉池第i天排泥量，m3/hQwi——水解池第i天排泥量，m3/h；SSii、SSsi——第i天進(jìn)、出水懸浮物含量，kg/m3；Xri——第i天回流污泥濃度，kg/m3；Xsi——第i天厭氧排泥濃度，kg/m3。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(shí)得到處理。 污泥和COD去除平衡在實(shí)驗(yàn)室（荷蘭）的實(shí)驗(yàn)中，通過嚴(yán)格的物料平衡得到圖216所示的COD和污泥平衡關(guān)系。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。 BOD5降解動(dòng)力學(xué)原污水和水解出水BOD歷時(shí)變化曲線不同（圖215）。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(duì)比如下：在停留時(shí)間4h左右的情況下，不論采用穿孔管或中微孔曝氣方式，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(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。經(jīng)水解處理，有機(jī)物在微生物的代謝途徑上減少了一個(gè)重要環(huán)節(jié)，無疑將加速有機(jī)物的降解。而一般經(jīng)初沉池后出水溶解性COD、BOD5的比例變化較小。B/C比值的提高說明廢水可生化性的提高，這是水解反應(yīng)的第二個(gè)顯著特點(diǎn)。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。如采用氧化塘后處理，與單獨(dú)采用傳統(tǒng)氧化塘相比，占地面積減少50%以上，基建投資降低50%，運(yùn)行費(fèi)用降低36%，并且基本上解決了一般氧化塘的淤結(jié)問題。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(shí)間也可減少50%，同時(shí)曝氣量減少50%。表210 原污水與水解出水水質(zhì)比較（北京市高碑店污水處理廠）項(xiàng) 目原污水水解出水原污水/水解出水COD/（mg/L）BOD/（mg/L）SS/（mg/L）溶解性COD比例/%BOD5/CODBOD20/（mg/L）BOD5/ BOD20動(dòng)力學(xué)常數(shù)耗氣速率/【mg/（h且由于這些特點(diǎn)，單從出水水質(zhì)COD、BOD5等去除率來評(píng)價(jià)水解反應(yīng)器的作用是不全面的，應(yīng)對(duì)后處理中各種現(xiàn)象進(jìn)行分析，以全面評(píng)價(jià)水解反應(yīng)在整個(gè)系統(tǒng)中的功能。 第五節(jié) 水解工藝對(duì)后續(xù)好氧工藝的影響水解工藝著眼于整個(gè)系統(tǒng)的處理效率和經(jīng)濟(jì)效率，放棄了厭氧反應(yīng)中甲烷發(fā)酵階段，利用厭氧反應(yīng)中水解和產(chǎn)酸作用，使得污水、污泥一次得到處理。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(duì)水解池在工藝中所起作用的分析、推斷。并且在處理后出現(xiàn)一些新化合物，如βD嗶喃果糖三苷等化合物，它們可能是微生物生物代謝過程中的中間產(chǎn)物，或者為某些胞外酶。（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。經(jīng)過水解酸化反應(yīng)后，有機(jī)物的種類并沒有減少，相反增加了許多小分子的化合物，這些酸性化合物容易被生物降解，這也從一個(gè)側(cè)面說明，為什么經(jīng)過水解酸化反應(yīng)后BOD5/COD比值有所提高，即可生化性有所提高。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)。從溶解性有機(jī)物的數(shù)量（以峰面積表示）上，經(jīng)過水解反應(yīng)后總量有所增加，這說明部分不溶性有機(jī)物經(jīng)過水解酸化反應(yīng)后確實(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑杂袡C(jī)物，從而使懸浮性有機(jī)物量有所減少。（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(duì)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(shí)也說明酸化過程的工程控制措施是恰當(dāng)?shù)?。?） 堿性/中性化合物峰面積有所減少，而酸性組分總峰面積有所增加，說明堿性/中性化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝曰衔?。?） 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(shí)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(shí)間大于20min時(shí)，酸性組分出峰個(gè)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(shí)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(shí)間小于10min時(shí)，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。（2） 酸性組分化合物個(gè)數(shù)明顯增加，由45個(gè)增至60個(gè)，同時(shí)，酸性組分總峰面積有所增加?？梢苑治鲇幸韵聨讉€(gè)現(xiàn)象。需要說明的是，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中沒有給出。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)果見圖213。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程中的降解轉(zhuǎn)化過程的特殊性進(jìn)行了解。使用色譜質(zhì)譜聯(lián)機(jī)（GC/MS）對(duì)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。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)。由此可以得出結(jié)論，對(duì)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)。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)。隨著停留時(shí)間的限制，即受污水上升流速的制約。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。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）。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。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。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。 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?？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。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%。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)。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。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。由此可見，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。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。根據(jù)工程上采用的簡(jiǎn)單分離方法來劃分，定義為溶解性、膠體、超膠體和可沉的COD。在濃縮812h下，%降至90%左右，濃縮后污泥可直接進(jìn)行脫水。（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)。（1）水解池可以同時(shí)穩(wěn)定污泥通過1年的示范工程，水解池排出的污泥總量則為162kg/d，污泥水解率為48%。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。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。 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。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。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、%、%。 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。d）（m3進(jìn)水平均濃度為500mg/L時(shí)，COD去除率在45%左右。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。 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蛔蟲卵的去除率也顯著地高于初沉池。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)。為此，對(duì)接觸酶的活性與甲烷菌活性進(jìn)行檢驗(yàn)。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。由于進(jìn)水的溶解氧為零，所以好氧細(xì)菌得不到發(fā)展。污泥層的平均污泥濃度為15g/L。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)。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。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。（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。（3） 不需要密閉的池，不需要攪拌器，不需要水、氣、固三相分離器，降低了造價(jià)和便于維護(hù)。（2） 對(duì)固體有機(jī)物的降解可減少污泥量，其功能與消化池一樣。（1） 水解、產(chǎn)酸階段的產(chǎn)物主要為小分子有機(jī)物，可生物降解性一般較好。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。在水解反應(yīng)器中實(shí)際上完成水解和酸化兩個(gè)過程（酸化也可能不十分徹底），但為了簡(jiǎn)化稱呼，簡(jiǎn)稱為水解。水解（酸化）工藝中的最終產(chǎn)物為低濃度有機(jī)酸，個(gè)別情況下還有極少量的甲烷。微生物種群的差異使得三種工藝系統(tǒng)的最終產(chǎn)物也完全不同。這表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先是菌中不同，如上所述在水解工藝中的優(yōu)勢(shì)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(shì)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。當(dāng)控制的電位較低時(shí)，完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為厭氧菌；當(dāng)控制的電位較高時(shí)，則完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為兼性菌。水解（酸化）工藝控制在兼性條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)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。由于反應(yīng)條件不同，三種工藝系統(tǒng)種優(yōu)勢(shì)菌群也不相同。（3）溫度不同三種工藝對(duì)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℃）。在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，在酸化反應(yīng)器pH值降低時(shí)，丙酸的相對(duì)含量增大，而丙酸對(duì)后續(xù)的甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌將產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用。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。（1）氧化還原電位（Eh）不同在混合厭氧消化系統(tǒng)中，由于完成水解、酸化的微生物和產(chǎn)甲烷微生物共處于同一個(gè)反應(yīng)器中，整個(gè)反應(yīng)器的氧化還原電位（Eh）的控制必須首先滿足對(duì)Eh要求嚴(yán)格的甲烷菌，一般為300mV以下，因此，系統(tǒng)中的水解（酸化）微生物也是在這一電位值下工作的。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。水解工藝的開發(fā)過程是從低濃度城市污水開始的，與高濃度廢水的厭氧消化中的水解、酸化過程是不同的。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。作為一種替代的處理工藝，在總的停留時(shí)間和能耗等方面比傳統(tǒng)的活性污泥要有很大的優(yōu)勢(shì)。%、%%的COD、BOD5和SS去除率。這樣還需要相當(dāng)客觀的好氧后處理設(shè)備。事實(shí)上，厭氧的停留時(shí)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(jìng)爭(zhēng)力。在溫暖氣候條件下常溫（1020℃）厭氧處理生