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
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... 81、水解池与厌氧UASB工艺启动方式不同... 82、水解池可取代初沉池... 93、较好的抗有机负荷冲击能力... 104、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... 105、在低温条件下仍有较好的去除效果... 116、有利于好氧后处理... 117、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... 201、有机物含量显著减少... 212、B/C比值和溶解性有机物比例显著增加... 213、BOD5降解动力学... 224、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水解-好氧生物处理工艺
根
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。在温暖气候条件下常温（10-20℃）厌氧处理生活污水的实验，存在两个问题。首先总的去除效果不理想，这是针对达标和总的停留时间而言。事实上，厌氧的停留时间在8-12h的去除效果还是相当高的，但是，要考虑到其与传统好氧工艺应有竞争力。第二，停留时间在8-24h的厌氧系统的竞争能力将大为降低，COD的去除率仅30-60%。这样还需要相当客观的好氧后处理设备。为了解决上述问题，将UASB反应器的运行方式改变为部分厌氧，即主要在厌氧反应的水解和酸化阶段（这也是称为水解-好氧工艺的原因），从而在反应器中取消了三相分离器，使得反应器结构十分简单，便于放大。虽然水解反应器的停留时间仅有2.5h，但分别可取得高达45.7%、42.3%和93.0%的COD、BOD5和SS去除率。后处理的活性污泥法仅需采用2.5h停留时间。新工艺有两个最为显著的特点：其一，水解池取代了传统的初沉池，水解池对有机物的去除率远远高于传统的初沉池，更为重要的是经过水解处理，污水中的有机物不但在数量上发生了很大变化，而且在理化性质上发生了更大变化，使污水更适宜后继的好氧处理，可以用较少的气量在较短的停留时间内完成净化；其二，这种工艺在处理污水的同时，完成了对污泥的处理，使污水、污泥处理一元化，可以从传统的工艺过程种取消消化池。作为一种替代的处理工艺，在总的停留时
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