城市污水生物处理新技术开发与应用——水解好氧生物处理工艺(王凯军贾立敏编著 陕用水处理技术从书 城市污水生物处理新技术 开发与应用 水解一好氧生物处理工艺 王凯军贾立敏编著 化学工业出版社 环境科学与工程出版中心 北京 2001年10月第一版 2001年1月北京第1次印刷
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解-好氧生物处理工艺 （王凯军 贾立敏 编著） - 1 - 实用水处理技术丛书 城市污水生物处理新技术 开发与应用 ——水解-好氧生物处理工艺 王凯军 贾立敏 编著 化学工业出版社 环境科学与工程出版中心 北 京 2001 年 10 月第一版 2001 年 1 月北京第 1 次印刷
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解好氧生物处理工艺(王凯军贾立敏编著 目录 第一节水解(酸化)工艺与厌氧工艺 、基本原理 、水解-好氧工艺的开发. 三、水解(酸化)工艺与厌氧发酵的区别 第三节水解-好氧生物处理工艺特点 1、水解池与厌氧UASB工艺启动方式不同 8 2、水解池可取代初沉池 3、较好的抗有机负荷冲击能力. 4、水解过程可改变污水中有机物形态及性质,有利于后续好氧处理 5、在低温条件下仍有较好的去除效果 6、有利于好氧后处理 7、可以同时达到对剩余污泥的稳定 第四节水解-好氧生物处理工艺的机理 有机物形态对水解去除率的影响 、有机物降解途径. 3 、水解池动态特性分析. 四、难降解有机物的降解…… 第五节水解工艺对后续好氧工艺的影响 1、有机物含量显著减少 2、BC比值和溶解性有机物比例显著增加 3、BOD降解动力学 4、污泥和COD去除平衡 第六节水解工艺的污泥处理 、传统污泥处理的目的和手段 、污泥有机物的降解表 、污泥脱水性能及处理 第七节水解池的启动和运行… 27 、水解池的启动方式 配水系统
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解-好氧生物处理工艺 （王凯军 贾立敏 编著） - 2 - 目 录 第一节 水解（酸化）工艺与厌氧工艺........................................................................ 4 一、基本原理............................................................................................................ 4 二、水解-好氧工艺的开发....................................................................................... 5 三、水解（酸化）工艺与厌氧发酵的区别............................................................ 6 第三节 水解-好氧生物处理工艺特点........................................................................... 8 1、水解池与厌氧 UASB 工艺启动方式不同......................................................... 8 2、水解池可取代初沉池.......................................................................................... 9 3、较好的抗有机负荷冲击能力............................................................................ 10 4、水解过程可改变污水中有机物形态及性质，有利于后续好氧处理............ 10 5、在低温条件下仍有较好的去除效果.................................................................11 6、有利于好氧后处理.............................................................................................11 7、可以同时达到对剩余污泥的稳定.................................................................... 12 第四节 水解-好氧生物处理工艺的机理..................................................................... 12 一、有机物形态对水解去除率的影响.................................................................. 12 二、有机物降解途径.............................................................................................. 13 三、水解池动态特性分析...................................................................................... 14 四、难降解有机物的降解...................................................................................... 15 第五节 水解工艺对后续好氧工艺的影响.................................................................. 20 1、有机物含量显著减少........................................................................................ 21 2、B/C 比值和溶解性有机物比例显著增加 ........................................................ 21 3、BOD5 降解动力学............................................................................................. 22 4、污泥和 COD 去除平衡..................................................................................... 22 第六节 水解工艺的污泥处理...................................................................................... 24 一、传统污泥处理的目的和手段.......................................................................... 24 二、污泥有机物的降解表...................................................................................... 25 三、污泥脱水性能及处理...................................................................................... 25 第七节 水解池的启动和运行...................................................................................... 27 一、水解池的启动方式.......................................................................................... 27 二、配水系统.......................................................................................................... 30
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解好氧生物处理工艺(王凯军贾立敏编著 三、排泥 四、负荷变化对水解池处理效果的影响…. 33 第八节水解工艺的进一步开发和应用 芳香类化合物的去除 、奈的去除 .35 、卤代烃的去除… 四、难生物降解工业废水处理的实际应用. 五、高悬浮物含量废水的水解处理工艺 六、水解工艺的适用范围及要求 第九节水解-好氧工艺技术经济分析 、厌氧处理应用的经济分析 、水解-好氧系统设计参数. 第十节水解-好氧生物处理工艺设计指南. 、预处理设施. 、水解池的详细设计要求 、反应器的配水系统 四、管道设计 五、出水收集设备 六、排泥设备
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解-好氧生物处理工艺 （王凯军 贾立敏 编著） - 3 - 三、排泥.................................................................................................................. 32 四、负荷变化对水解池处理效果的影响.............................................................. 33 第八节 水解工艺的进一步开发和应用........................................................................ 35 一、芳香类化合物的去除...................................................................................... 35 二、奈的去除.......................................................................................................... 35 三、卤代烃的去除.................................................................................................. 35 四、难生物降解工业废水处理的实际应用.......................................................... 35 五、高悬浮物含量废水的水解处理工艺.............................................................. 36 六、水解工艺的适用范围及要求.......................................................................... 37 第九节 水解-好氧工艺技术经济分析......................................................................... 39 一、厌氧处理应用的经济分析.............................................................................. 39 二、水解-好氧系统设计参数................................................................................. 40 第十节 水解-好氧生物处理工艺设计指南................................................................. 42 一、预处理设施...................................................................................................... 42 二、水解池的详细设计要求.................................................................................. 42 三、反应器的配水系统.......................................................................................... 43 四、管道设计.......................................................................................................... 46 五、出水收集设备.................................................................................................. 46 六、排泥设备.......................................................................................................... 47
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解好氧生物处理工艺(王凯军贾立敏编著 水解-好氧生物处理工艺 根 据传统活性污泥工艺基建投资髙、运行费用高以及电耗高等问题,北京市环 境保护科学研究院(原北京市环境保护研究所)在20世纪80年代初开发了 水解(酸化)-好氧生物处理工艺。经过十多年的开发,围绕水解好氧技术已经形成一 套完整的工艺技术。相继开发了水解-好氧生物处理工艺、水解-氧化塘处理工艺和水解 土地处理工艺等处理城市污水经济可行的工艺技术,这些工艺被先后应用建成城市污水 处理厂10余座,取得了较好的环境效益和经济效益。特别是北京市密云县城污水处理 厂(45万mld规模)、河南安阳市豆腐营污水处理厂(规模10万m/)、新疆昌吉市 污水处理厂(1.5万m3d)和深圳宝胺安县石岩污水处理厂(2.0万m3d)都相继采用了 该处理工艺。 另外,国内同行开发了处理印染废水的水解好氧生物碳工艺,处理焦化废水的水 解和AO工艺相结合的工艺,在啤酒废水和屠宰废水方面水解-好氧工艺相结合的工艺已 是具有竞争力的一种标准工艺。水解(酸化)工艺还应用于工业废水处理中,如印染 纺织、轻工、酿酒、化工、焦化、造纸等行业的工业废水。 水解-好氧工艺在推广过程中,全国各地有关部门及行业累计建设了上百座水解-好 氧工艺的污水处理厂。因此,可以讲水解好氧生物处理工艺是我国独立自主开发的污 水处理工艺,为我国的水污染控制作出了积极的贡献。在以上的这一系列实践过程中, 通过对各种不同工艺流程的推广应用,笔者认为有必要对生产性工程进行总结,以满足 研究、设计和应用三方面要求。 第一节水解(酸化)工艺与厌氧工艺 、基本原理 污水生物处理工艺分好氧工艺和厌氧工艺,这两类工艺各有其优缺点。随着生物处 理技术的发展,作为生物处理的主角仍是微生物。如何能使好氧生物处理工艺提高污泥 浓度,减少氧的消耗‘如何使厌氧生物处理工艺缩短处理时间和提高处理负荷,是值得 进一步研究的课题。各种类型有机污染物的厌氧(缺氧)、好氧降解反应过程汇总如下。 好氧(微需氧)过程 厌氧(缺氧)过程 (1)COD→H2OH+CO2 (2)COD→CH4+CO2 传统好氧工艺 传统厌氧工艺 (3)NH4+→NO3 (4)NO3-→N2 硝化工艺 反硝化或缺氧工艺 (5)H2S→S0 (6)SO42.→H2S
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解-好氧生物处理工艺 （王凯军 贾立敏 编著） - 4 - 水解-好氧生物处理工艺 据传统活性污泥工艺基建投资高、运行费用高以及电耗高等问题，北京市环 境保护科学研究院（原北京市环境保护研究所）在 20 世纪 80 年代初开发了 水解（酸化）-好氧生物处理工艺。经过十多年的开发，围绕水解好氧技术已经形成一 套完整的工艺技术。相继开发了水解-好氧生物处理工艺、水解-氧化塘处理工艺和水解- 土地处理工艺等处理城市污水经济可行的工艺技术，这些工艺被先后应用建成城市污水 处理厂 10 余座，取得了较好的环境效益和经济效益。特别是北京市密云县城污水处理 厂（4.5 万 m3 /d 规模）、河南安阳市豆腐营污水处理厂（规模 1.0 万 m3 /d）、新疆昌吉市 污水处理厂（1.5 万 m3 /d）和深圳宝胺安县石岩污水处理厂（2.0 万 m3 /d）都相继采用了 该处理工艺。 另外，国内同行开发了处理印染废水的水解-好氧-生物碳工艺，处理焦化废水的水 解和 AO 工艺相结合的工艺，在啤酒废水和屠宰废水方面水解-好氧工艺相结合的工艺已 是具有竞争力的一种标准工艺。水解（酸化）工艺还应用于工业废水处理中，如印染、 纺织、轻工、酿酒、化工、焦化、造纸等行业的工业废水。 水解-好氧工艺在推广过程中，全国各地有关部门及行业累计建设了上百座水解-好 氧工艺的污水处理厂。因此，可以讲水解-好氧生物处理工艺是我国独立自主开发的污 水处理工艺，为我国的水污染控制作出了积极的贡献。在以上的这一系列实践过程中， 通过对各种不同工艺流程的推广应用，笔者认为有必要对生产性工程进行总结，以满足 研究、设计和应用三方面要求。 第一节 水解（酸化）工艺与厌氧工艺 一、基本原理 污水生物处理工艺分好氧工艺和厌氧工艺，这两类工艺各有其优缺点。随着生物处 理技术的发展，作为生物处理的主角仍是微生物。如何能使好氧生物处理工艺提高污泥 浓度，减少氧的消耗‘如何使厌氧生物处理工艺缩短处理时间和提高处理负荷，是值得 进一步研究的课题。各种类型有机污染物的厌氧（缺氧）、好氧降解反应过程汇总如下。 好氧（微需氧）过程 厌氧（缺氧）过程 （1）COD→H2O+CO2 （2）COD→CH4+CO2 传统好氧工艺 传统厌氧工艺 （3）NH4+→NO3- （4）NO3-→N2 硝化工艺 反硝化或缺氧工艺 （5）H2S→S0 （6）SO42-→H2S 根
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解好氧生物处理工艺(王凯军贾立敏编著 微需氧或好氧工艺 厌氧反应 (7)R-Cl→CO2+Cl- (8)R3CC1-CH4-+C02+CI 好氧反应 厌氧反应 从化学反应式(1)-(8)来看,除反应式(1)、(2)为传统的好氧和厌氧工艺外, 其他均为兼性菌的反应。人们过去对于好氧微生物和专性厌氧微生物研究十分充分,而 对兼氧性微生物的研究不够。 事实上,利用兼性细菌的工艺人们已开始有所涉及。如,对去除N、P的A2O或 AO工艺(反应式(3)、(4),是利用了兼性菌在好氧条件下进行好氧代谢,而在厌氧 条件下进行不同代谢反应的工艺。在含有硫酸盐的有机废水中,厌氧反应将有机物和硫 酸盐分别转化为有机酸和硫化氢(反应式(6),产生的硫化氢被微需氧细菌直接氧化 为硫元素。这可以用来去除硫化物并回收硫元素(反应式(5)。最新研究表明,一些 在好氧状态下难降解芳香族和卤代烃在厌氧条件下容易分解(反应式(7)、(8))。 以上反应是一些新工艺的化学反应基础,其基本原理是新工艺开发的基础和生长 点。例如,目前国际和国内上流行的AB工艺和序批式活性污泥(SBR)工艺。前者是 在A段的高吸附段发生了水解和部分酸化反应,大分子物质降解为小分子物质,所以使 得整个工艺的效率大为提高。对于后者而言,在SBR的反应过程同样经历了好氧缺氧 和厌氧的过程 成功地利用兼性微生物的典型工艺是由北京市环境保护研究院在20世纪80年代开 发的水解-好氧生物处理工艺。水解池利用水解和产酸微生物,将污水中的固体、大分 子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物,使得污水在后续的好 氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。采用水解活性污泥法与传统的活 性污泥相比,其基建投资、能耗和运行费用可分别节省30%左右。由于水解池具有改善 污水可生化性的特点,使得本工艺不仅适用于易于生物降解的城市污水等,同时更加适 用于处理不易生物降解的某些工业废水,如纺织废水,印染废水,焦化废水,酿酒废水 化工废水,造纸废水等。 二、水解好氧工艺的开发 水解-好氧工艺开发的目的是针对传统的活性污泥工艺具有投资大、能耗高和运转 费用高等缺点,试图采用厌氧处理工艺替代传统的好氧活性污泥工艺。1983-1984年在 北京进行了第一阶段实验,采用37L的UASB反应器,并配有三相分离器,停留时间为 80h。在这一阶段COD、BOD5和SS的去除率分别在50-70%、60-80%和70-90%。尽 管停留时间很长(80h),但沼气产量很低,仅为002m3/(m3·d)。从实验结果来看厌 氧阶段的处理不足以使出水达到排放标准,不得不采用好氧后处理。另外,UASB反应 器的反应时间太长,尽管其在运行费用和能耗等方面有一定的优势,但在基建投资方面 不足以与传统活性污泥工艺相竞争。在北京进行的实验属于冬季水温(最低为9℃)较 低的实验
城市污水生物处理新技术开发与应用——水解-好氧生物处理工艺 （王凯军 贾立敏 编著） - 5 - 微需氧或好氧工艺 厌氧反应 （7）R-Cl→CO2+Cl- （8）R3CCl→CH4+CO2+Cl- 好氧反应 厌氧反应 从化学反应式（1）-（8）来看，除反应式（1）、（2）为传统的好氧和厌氧工艺外， 其他均为兼性菌的反应。人们过去对于好氧微生物和专性厌氧微生物研究十分充分，而 对兼氧性微生物的研究不够。 事实上，利用兼性细菌的工艺人们已开始有所涉及。如，对去除 N、P 的 A2O 或 AO 工艺（反应式（3）、（4）），是利用了兼性菌在好氧条件下进行好氧代谢，而在厌氧 条件下进行不同代谢反应的工艺。在含有硫酸盐的有机废水中，厌氧反应将有机物和硫 酸盐分别转化为有机酸和硫化氢（反应式（6）），产生的硫化氢被微需氧细菌直接氧化 为硫元素。这可以用来去除硫化物并回收硫元素（反应式（5））。最新研究表明，一些 在好氧状态下难降解芳香族和卤代烃在厌氧条件下容易分解（反应式（7）、（8））。 以上反应是一些新工艺的化学反应基础，其基本原理是新工艺开发的基础和生长 点。例如，目前国际和国内上流行的 AB 工艺和序批式活性污泥（SBR）工艺。前者是 在 A 段的高吸附段发生了水解和部分酸化反应，大分子物质降解为小分子物质，所以使 得整个工艺的效率大为提高。对于后者而言，在 SBR 的反应过程同样经历了好氧-缺氧 和厌氧的过程。 成功地利用兼性微生物的典型工艺是由北京市环境保护研究院在 20 世纪 80 年代开 发的水解-好氧生物处理工艺。水解池利用水解和产酸微生物，将污水中的固体、大分 子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，使得污水在后续的好 氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。采用水解-活性污泥法与传统的活 性污泥相比，其基建投资、能耗和运行费用可分别节省 30%左右。由于水解池具有改善 污水可生化性的特点，使得本工艺不仅适用于易于生物降解的城市污水等，同时更加适 用于处理不易生物降解的某些工业废水，如纺织废水，印染废水，焦化废水，酿酒废水， 化工废水，造纸废水等。 二、水解-好氧工艺的开发 水解-好氧工艺开发的目的是针对传统的活性污泥工艺具有投资大、能耗高和运转 费用高等缺点，试图采用厌氧处理工艺替代传统的好氧活性污泥工艺。1983-1984 年在 北京进行了第一阶段实验，采用 37L 的 UASB 反应器，并配有三相分离器，停留时间为 8.0h。在这一阶段 COD、BOD5 和 SS 的去除率分别在 50-70%、60-80%和 70-90%。尽 管停留时间很长（8.0h），但沼气产量很低，仅为 0.02m3 /（m3·d）。从实验结果来看厌 氧阶段的处理不足以使出水达到排放标准，不得不采用好氧后处理。另外，UASB 反应 器的反应时间太长，尽管其在运行费用和能耗等方面有一定的优势，但在基建投资方面 不足以与传统活性污泥工艺相竞争。在北京进行的实验属于冬季水温（最低为 9℃）较 低的实验