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 以从占进水溶解性组分9%上升到出水的25% 5、在低温条件下仍有较好的去除效果 水解池即使在最低水温(10℃)时仍可稳定运行,图2-8为停留时间3.5h条件下 水温与去除率的关系。水解反应器之所以在低温条件下仍有如此高的去除率,因为水解 池属于升流式污泥床反应器,这种反应器保持大量的水解活性污泥,污泥平均浓度达到 15g/L,由于生物量大,大量水解活性污泥形成的污泥层,在有机物通过时将其吸附截 留,这延长了污染物在池内的停留时间,从而保证了去除率 温度/℃ 图28温度对于去除率的影响 6、有利于好氧后处理 表2-7为水解工艺结合采用活性污泥后处理工艺与采用传统活性污泥工艺的对比。 在池容、水质相同,停留时间4h左右的情况下,不论采用穿孔管或中微孔曝气方式 水解-好氧工艺的BOD5和COD去除率均显著高于传统工艺,且出水COD低于100mg, 传统工艺停留时间$h左右仍然达不到与本工艺相接近的出水水质,因此,从曝气池容 积上新工艺要少50%左右。若同样采用穿孔管曝气设备,曝气可节省气量50%,同样采 用中微孔曝气器节省气量为40%左右 表2-7不同工艺处理北京高碑店城市污水实验结果对比 传统工艺气池运行 水解好氧工艺气池运行 穿孔管曝气中微孔曝气穿孔管曝气中微孔曝气 停留时间h 气水比 14:149:16.2:1 7.3:1 3.8:1 回流比 污泥指数S 265 231259 出水S浓度(mg)15.1867116 202 出水COD浓度(m)1501620148916 876 出水BOD浓度(m)982951208.8 6.6 11
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） - 11 - 以从占进水溶解性组分 9%上升到出水的 25%。 5、在低温条件下仍有较好的去除效果 水解池即使在最低水温（10℃）时仍可稳定运行，图 2-8 为停留时间 3.5h 条件下， 水温与去除率的关系。水解反应器之所以在低温条件下仍有如此高的去除率，因为水解 池属于升流式污泥床反应器，这种反应器保持大量的水解活性污泥，污泥平均浓度达到 15g/L，由于生物量大，大量水解活性污泥形成的污泥层，在有机物通过时将其吸附截 留，这延长了污染物在池内的停留时间，从而保证了去除率。 6、有利于好氧后处理 表 2-7 为水解工艺结合采用活性污泥后处理工艺与采用传统活性污泥工艺的对比。 在池容、水质相同，停留时间 4h 左右的情况下，不论采用穿孔管或中微孔曝气方式， 水解-好氧工艺的 BOD5和 COD 去除率均显著高于传统工艺，且出水 COD 低于 100mg/L， 传统工艺停留时间 8h 左右仍然达不到与本工艺相接近的出水水质，因此，从曝气池容 积上新工艺要少 50%左右。若同样采用穿孔管曝气设备，曝气可节省气量 50%，同样采 用中微孔曝气器节省气量为 40%左右。 表 2-7 不同工艺处理北京高碑店城市污水实验结果对比 项 目 传统工艺曝气池运行 水解-好氧工艺曝气池运行 穿孔管曝气 中微孔曝气 穿孔管曝气 中微孔曝气 停留时间/h 8 6 4.5 8 4 4 气水比 15:1 14:1 4.9:1 6.2:1 7.3:1 3.8:1 回流比 50 50 60 60 50 50 污泥指数 SVI 265 239 231 259 273 70.8 出水 SS 浓度/（mg/L） 15.1 86.7 11.6 20.2 17.4 出水 COD 浓度（/ mg/L） 150 162.0 148 91.6 87.6 85.1 出水 BOD 浓度（/ mg/L） 9.8 29.5 12.0 8.8 12.6 6.6
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 7、可以同时达到剩余污据的稳定 如前所述,水解-好氧工艺的一个最显著的特点就是污水、污泥一次得到处理,可 以在传统的工艺流程中取消消化池。通过示范工程1年的物料平衡,水解池中污泥的水 解率可髙达50%左右,排出系统污泥量比初沉池-消化池联合系统低30%,结果证实存 在取消消化池的可能性。对于污水处理厂而言,污泥量的平衡只是其中一个方面,还有 其他一些重要的指标,因此,需要对新工艺流程污泥处理指标进行详细的对比和分析。 (1)水解池可以同时稳定污泥 通过1年的示范工程,水解池平均去除的悬浮物量为3117kg/d,水解池排出的污泥 总量则为162kg/d,污泥水解率为48%。即去除的Ss在微生物作用下发生水解,根据温 度不同污水水解率在30%70%之间变化。 (2)水解污泥的沉降与浓缩性能 了解水解污泥的沉降性能,可为浓缩池提供设计依据。根据静沉实验数据并经过生 产性实验动态结果修正,从沉降实验现象观察水解污泥沉降性能十分良好,SV为50%, SⅥⅠ为34,沉降性能优于初沉池和曝气池污泥。在浓缩8-1h下,水解污泥的含水率可 从98.5%降至90%左右,浓缩后污泥可直接进行脱水。 第四节水解-好氧生物处理工艺的机理 、有机物形本府水解去除率的影响 污水中的污染物按分散划分为悬浮状、超胶体、胶体和溶解性4种不同形态。根据 工程上采用的简单分离方法来划分,定义为溶解性、胶体、超胶体和可沉的COD。例 如:溶解性COD为通过045um滤膜的组分;胶体COD为通过44um滤纸的过滤液与 溶解性COD之差;超胶体COD为通过44um-100um之间的组分;可沉的COD为粒 径>100um、通过4h沉淀可以去除的组分。根据以上分类,水解反应器的运行效果反应 前后的污水特性见图29。 ■可沉性COD 叫溶 溶解性COD(非VEA) HUSB出水 图29水解反应出水COD组分比例变化 从图种实验数据可知,城市污水进水中可沉COD和超胶体COD占总COD的50%
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） - 12 - 7、可以同时达到对剩余污泥的稳定 如前所述，水解-好氧工艺的一个最显著的特点就是污水、污泥一次得到处理，可 以在传统的工艺流程中取消消化池。通过示范工程 1 年的物料平衡，水解池中污泥的水 解率可高达 50%左右，排出系统污泥量比初沉池-消化池联合系统低 30%，结果证实存 在取消消化池的可能性。对于污水处理厂而言，污泥量的平衡只是其中一个方面，还有 其他一些重要的指标，因此，需要对新工艺流程污泥处理指标进行详细的对比和分析。 （1）水解池可以同时稳定污泥 通过 1 年的示范工程，水解池平均去除的悬浮物量为 311.7kg/d，水解池排出的污泥 总量则为 162kg/d，污泥水解率为 48%。即去除的 SS 在微生物作用下发生水解，根据温 度不同污水水解率在 30%-70%之间变化。 （2）水解污泥的沉降与浓缩性能 了解水解污泥的沉降性能，可为浓缩池提供设计依据。根据静沉实验数据并经过生 产性实验动态结果修正，从沉降实验现象观察水解污泥沉降性能十分良好，SV 为 50%， SVI 为 34，沉降性能优于初沉池和曝气池污泥。在浓缩 8-12h 下，水解污泥的含水率可 从 98.5%降至 90%左右，浓缩后污泥可直接进行脱水。 第四节 水解-好氧生物处理工艺的机理 一、有机物形态对水解去除率的影响 污水中的污染物按分散划分为悬浮状、超胶体、胶体和溶解性 4 种不同形态。根据 工程上采用的简单分离方法来划分，定义为溶解性、胶体、超胶体和可沉的 COD。例 如：溶解性 COD 为通过 0.45um 滤膜的组分；胶体 COD 为通过 4.4um 滤纸的过滤液与 溶解性 COD 之差；超胶体 COD 为通过 4.4um-100um 之间的组分；可沉的 COD 为粒 径>100um、通过 4h 沉淀可以去除的组分。根据以上分类，水解反应器的运行效果反应 前后的污水特性见图 2-9。 从图种实验数据可知，城市污水进水中可沉 COD 和超胶体 COD 占总 COD 的 50%
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 左右,经水解处理后基本上去除了可沉性COD和超胶体COD的60%。由此可见,水 解池对悬浮性物质的去除能力很强,所以水解工艺适合污水中含悬浮状COD比例较髙 的废水。经水解反应后,出水溶解性COD比例从30%提高到占出水的47%。在运转中 经常有水解池出水溶解性COD、BOD值高于进水的情况,这说明反应中确有相当数量 的不溶性有机物溶解于水中,这通过污泥产量的计量可以得到进一步证实,在10-20℃ 条件下去除悬浮物有48%发生水解。 二、有机物降解途径 生物降解|固相CH2cO2 直接合成 CO合成 溶解性吸附 贮存物质 COD 活性物质 x+X 物降解 输人 图2-10有机污染物在厌氧反应器中的降解途径 以COD为例,图2-10给出了对可沉性、超胶体、胶体性和溶解性等不同物理状态 的有机污染物迁移转化途径的图示。首先水解反应器中的大量微生物将进水中颗粒物质 和胶体物质迅速截留和吸附,这是一个物理过程的快速反应,一般只要几秒到几十秒即 可完成,因此,反应是迅速的。截留下来的物质吸附在水解污泥的表面,漫漫地被分解 代谢,其在系统内的污泥停留时间要大于水力停留时间。在大量水解细菌的作用下将大 分子、难于生物降解物质转化为易于生物降解的小分子物质后,重新释放到液体中,在 较高的水力负荷下随水流移出系统。由于水解和产酸菌世代期较短,往往以分和小时计, 因此,这一降解过程也是迅速的。在这一过程中溶解性BOD、COD的去除率虽然表面 上讲只有10%左右,但是由于颗粒有机物发生水解增加了系统中溶解性有机物的浓度 因此,溶解性BOD、COD去除率远远大于10%。但是由于酸化过程的控制不能严格划 分,在污泥中可能仍有少量甲烷菌的存在,可能产生少量的甲烷,但甲烷在水中的溶解 度也相当可观,故以气体形成释放的甲烷量很少。可以看出,水解反应器集沉淀、吸附、 网捕和生物絮凝等物理化学过程以及水解、酸化和甲烷化过程等生物降解功能于一体。 这些过程在水解反应器中得到了强化,这与功能单一的初沉池有本质的区别
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） - 13 - 左右，经水解处理后基本上去除了可沉性 COD 和超胶体 COD 的 60%。由此可见，水 解池对悬浮性物质的去除能力很强，所以水解工艺适合污水中含悬浮状 COD 比例较高 的废水。经水解反应后，出水溶解性 COD 比例从 30%提高到占出水的 47%。在运转中 经常有水解池出水溶解性 COD、BOD 值高于进水的情况，这说明反应中确有相当数量 的不溶性有机物溶解于水中，这通过污泥产量的计量可以得到进一步证实，在 10-20℃ 条件下去除悬浮物有 48%发生水解。 二、有机物降解途径 以 COD 为例，图 2-10 给出了对可沉性、超胶体、胶体性和溶解性等不同物理状态 的有机污染物迁移转化途径的图示。首先水解反应器中的大量微生物将进水中颗粒物质 和胶体物质迅速截留和吸附，这是一个物理过程的快速反应，一般只要几秒到几十秒即 可完成，因此，反应是迅速的。截留下来的物质吸附在水解污泥的表面，漫漫地被分解 代谢，其在系统内的污泥停留时间要大于水力停留时间。在大量水解细菌的作用下将大 分子、难于生物降解物质转化为易于生物降解的小分子物质后，重新释放到液体中，在 较高的水力负荷下随水流移出系统。由于水解和产酸菌世代期较短，往往以分和小时计， 因此，这一降解过程也是迅速的。在这一过程中溶解性 BOD、COD 的去除率虽然表面 上讲只有 10%左右，但是由于颗粒有机物发生水解增加了系统中溶解性有机物的浓度， 因此，溶解性 BOD、COD 去除率远远大于 10%。但是由于酸化过程的控制不能严格划 分，在污泥中可能仍有少量甲烷菌的存在，可能产生少量的甲烷，但甲烷在水中的溶解 度也相当可观，故以气体形成释放的甲烷量很少。可以看出，水解反应器集沉淀、吸附、 网捕和生物絮凝等物理化学过程以及水解、酸化和甲烷化过程等生物降解功能于一体。 这些过程在水解反应器中得到了强化，这与功能单一的初沉池有本质的区别
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、水解池动态特性分析 、上升流速与系统内污泥浓度的关系 研究上升流速和污泥层髙度(实际上是污泥浓度)之间的变化规律,可以忽略由于 污泥积累造成的污泥区高度的变化。不断调整进水量,改变上升流速ⅵ,在一个特定的 上升流速下,测定稳定后相对应的污泥层高度(一般为改变负荷Ih以后),并通过整个 系统内污泥总量,换算出相对应的污泥层高度内平均浓度Ⅹ,则可以得出图2-11所示结 果。 80 如烂聪归叶 上升流速哈 图211污泥浓度与上升流速关系 图2-11中v为无量纲化上升流速,vo=V;/ma,vmax为密云县城市污水处理厂设计 最大上升流速,mh:Ⅹ为平均污泥浓度,gL 从图2-11可见,在稳定状态下一个上升流速对应于一个平均污泥浓度X。这种对应 关系是由于在水解池内污泥在垂直方向的运动是污泥颗粒的平均浓度v和水流的上升 流速ⅵ在稳定状态达到平衡时形成,即v=v。而污泥的沉淀速度与污泥浓度可用Dick 理论公式描述 vr=aXn=9.53X075 因此,通过图2-11中数据可以得到应用于城市污水水解池中的关系式: vo=v /vmax=a'X-n=5.29X-O75 应用上述关系,在实际运行的密云县城市污水处理厂的平均流量、最大流量和最小 流量下所对应的污泥浓度分别约为40g,20g/L和60g。从以上数据可以看出,在最 大流量条件下,污泥层由于膨胀而造成污泥浓度降低,同时引起污泥成层的沉淀速度提 高,自动保持反应器内污泥浓度(约20gL);而随着流量的减少,在最小流量时污泥浓 度增加,沉速降低也达到动态平衡,这时污泥浓度为60g。这一特征可以在运转管理 中得到运用,来制定不同的排泥措施,以减少污泥处理的投资和运转费用。 2、稳定性分析 水解反应器属上流式污泥床反应器范畴,具有两个基本功能:即生物反应和沉淀功
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） - 14 - 三、水解池动态特性分析 1、上升流速与系统内污泥浓度的关系 研究上升流速和污泥层高度（实际上是污泥浓度）之间的变化规律，可以忽略由于 污泥积累造成的污泥区高度的变化。不断调整进水量，改变上升流速 vi，在一个特定的 上升流速下，测定稳定后相对应的污泥层高度（一般为改变负荷 1h 以后），并通过整个 系统内污泥总量，换算出相对应的污泥层高度内平均浓度 X，则可以得出图 2-11 所示结 果。 图 2-11 中 v0 为无量纲化上升流速，v0=vi/vmax，vmax 为密云县城市污水处理厂设计 最大上升流速，m/h；X 为平均污泥浓度，g/L。 从图 2-11 可见，在稳定状态下一个上升流速对应于一个平均污泥浓度 X。这种对应 关系是由于在水解池内污泥在垂直方向的运动是污泥颗粒的平均浓度 vr 和水流的上升 流速 vi 在稳定状态达到平衡时形成，即 vr=vi。而污泥的沉淀速度与污泥浓度可用 Dick 理论公式描述： vr=αX-n=9.53X-0.75 因此，通过图 2-11 中数据可以得到应用于城市污水水解池中的关系式： v0=vi/vmax=α’X-n=5.29X-0.75 应用上述关系，在实际运行的密云县城市污水处理厂的平均流量、最大流量和最小 流量下所对应的污泥浓度分别约为 40g/L，20g/L 和 60g/L。从以上数据可以看出，在最 大流量条件下，污泥层由于膨胀而造成污泥浓度降低，同时引起污泥成层的沉淀速度提 高，自动保持反应器内污泥浓度（约 20g/L）；而随着流量的减少，在最小流量时污泥浓 度增加，沉速降低也达到动态平衡，这时污泥浓度为 60g/L。这一特征可以在运转管理 中得到运用，来制定不同的排泥措施，以减少污泥处理的投资和运转费用。 2、稳定性分析 水解反应器属上流式污泥床反应器范畴，具有两个基本功能：即生物反应和沉淀功
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 能。图2-12给出了这两者在水解反应器中的相互约速关系。在水解酸化反应中所需微 生物的浓度与水力停留时间呈反向变化(反应曲线)。从理论上讲,在给定的污泥龄下 (0c一定),状态的稳定点一定在反应曲线之上。只要微生物量足够多,则反应不受停 留时间的控制,这在工程上是十分有利的。考虑到系统运行的经济性,停留时间越短越 好,这要求运行点A、B、C沿反应曲线向左上移动。随着停留时间的限制,即受污水 上升流速的制约。 沉降曲线给出了这种限制关系,其将平面分为两部分,右半平面为稳定状态,左平 面是不稳定状态。有两种情况会造成污泥界面上升;第一种情况,长期不排泥,这时污 泥面将不断上升,这是由于污泥量增加使得污泥浓度增加,这时可通过排泥重新回到稳 定状态;第二种情况,当水力停留时间缩短,水的上升流速增大造成污泥界面上升,这 可通过排泥来降低系统中的污泥量,使污泥浓度与停留时间达到一个新的稳定状态。图 2-12所示是设计与运行管理中的一个重要关系,其反映了生物反应与沉淀作用这对矛盾 的统一关系。由此可以得出结论,对于低浓度城市污水厌氧处理过程,水力停留时间和 水力负荷是较有机负荷更为本质和更有效的运行、设计参数。 沉降曲线 图212系统稳定状态分析 (反应曲线A、B、C的污泥龄分别是无限、2d和0d) 四、难降解有机物的降解 水解反应器对有机物的降解在一定程度上只是一个预处理过程,水解反应过程中没 有彻底完成有机物的降解任务,而是改变有机物的形态。具体讲是将大分子物质降解为 小分子物质,将难生化降解物质降解为易生化降解的物质。这样使得以COD形式存在 而BODs不易检出的有机物,在水解反应过程中分解形成一些可以被BODs测出的有机 物,从而使BC比例有所增加 使用色谱-质谱联机(GCMs)对污水处理过程中污水含有的各种有机污染物进行 鉴定,是国内外近年来在环境工作中的新进展。色谱仪能有效地分离污水中有机混合物, 而质谱仪又能对单一组分进行定性鉴定。采用液-液萃取、毛细管气相色谱法及气相色
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） - 15 - 能。图 2-12 给出了这两者在水解反应器中的相互约速关系。在水解酸化反应中所需微 生物的浓度与水力停留时间呈反向变化（反应曲线）。从理论上讲，在给定的污泥龄下 （θc 一定），状态的稳定点一定在反应曲线之上。只要微生物量足够多，则反应不受停 留时间的控制，这在工程上是十分有利的。考虑到系统运行的经济性，停留时间越短越 好，这要求运行点 A、B、C 沿反应曲线向左上移动。随着停留时间的限制，即受污水 上升流速的制约。 沉降曲线给出了这种限制关系，其将平面分为两部分，右半平面为稳定状态，左平 面是不稳定状态。有两种情况会造成污泥界面上升；第一种情况，长期不排泥，这时污 泥面将不断上升，这是由于污泥量增加使得污泥浓度增加，这时可通过排泥重新回到稳 定状态；第二种情况，当水力停留时间缩短，水的上升流速增大造成污泥界面上升，这 可通过排泥来降低系统中的污泥量，使污泥浓度与停留时间达到一个新的稳定状态。图 2-12 所示是设计与运行管理中的一个重要关系，其反映了生物反应与沉淀作用这对矛盾 的统一关系。由此可以得出结论，对于低浓度城市污水厌氧处理过程，水力停留时间和 水力负荷是较有机负荷更为本质和更有效的运行、设计参数。 四、难降解有机物的降解 水解反应器对有机物的降解在一定程度上只是一个预处理过程，水解反应过程中没 有彻底完成有机物的降解任务，而是改变有机物的形态。具体讲是将大分子物质降解为 小分子物质，将难生化降解物质降解为易生化降解的物质。这样使得以 COD 形式存在 而 BOD5 不易检出的有机物，在水解反应过程中分解形成一些可以被 BOD5 测出的有机 物，从而使 B/C 比例有所增加。 使用色谱-质谱联机（GC/MS）对污水处理过程中污水含有的各种有机污染物进行 鉴定，是国内外近年来在环境工作中的新进展。色谱仪能有效地分离污水中有机混合物， 而质谱仪又能对单一组分进行定性鉴定。采用液-液萃取、毛细管气相色谱法及气相色