城市污水生物處理新技術(shù) 開發(fā)與應(yīng)用——水解-好氧生物處理工藝

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目  錄

第一節(jié)  水解（酸化）工藝與厭氧工藝... 4

一、基本原理... 4

二、水解-好氧工藝的開發(fā)... 5

三、水解（酸化）工藝與厭氧發(fā)酵的區(qū)別... 6

第三節(jié)  水解-好氧生物處理工藝特點(diǎn)... 8

1、水解池與厭氧UASB工藝啟動(dòng)方式不同... 8

2、水解池可取代初沉池... 9

3、較好的抗有機(jī)負(fù)荷沖擊能力... 10

4、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... 10

5、在低溫條件下仍有較好的去除效果... 11

6、有利于好氧后處理... 11

7、可以同時(shí)達(dá)到對剩余污泥的穩(wěn)定... 12

第四節(jié)  水解-好氧生物處理工藝的機(jī)理... 12

一、有機(jī)物形態(tài)對水解去除率的影響... 12

二、有機(jī)物降解途徑... 13

三、水解池動(dòng)態(tài)特性分析... 14

四、難降解有機(jī)物的降解... 15

第五節(jié)  水解工藝對后續(xù)好氧工藝的影響... 20

1、有機(jī)物含量顯著減少... 21

2、B/C比值和溶解性有機(jī)物比例顯著增加... 21

3、BOD5降解動(dòng)力學(xué)... 22

4、污泥和COD去除平衡... 22

第六節(jié)  水解工藝的污泥處理... 24

一、傳統(tǒng)污泥處理的目的和手段... 24

二、污泥有機(jī)物的降解表... 25

三、污泥脫水性能及處理... 25

第七節(jié)  水解池的啟動(dòng)和運(yùn)行... 27

一、水解池的啟動(dòng)方式... 27

二、配水系統(tǒng)... 30

三、排泥... 32

四、負(fù)荷變化對水解池處理效果的影響... 33

第八節(jié) 水解工藝的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用... 35

一、芳香類化合物的去除... 35

二、奈的去除... 35

三、鹵代烴的去除... 35

四、難生物降解工業(yè)廢水處理的實(shí)際應(yīng)用... 35

五、高懸浮物含量廢水的水解處理工藝... 36

六、水解工藝的適用范圍及要求... 37

第九節(jié)  水解-好氧工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析... 39

一、厭氧處理應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)分析... 39

二、水解-好氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)... 40

第十節(jié)  水解-好氧生物處理工藝設(shè)計(jì)指南... 42

一、預(yù)處理設(shè)施... 42

二、水解池的詳細(xì)設(shè)計(jì)要求... 42

三、反應(yīng)器的配水系統(tǒng)... 43

四、管道設(shè)計(jì)... 46

五、出水收集設(shè)備... 46

六、排泥設(shè)備... 47

水解-好氧生物處理工藝

根

據(jù)傳統(tǒng)活性污泥工藝基建投資高、運(yùn)行費(fèi)用高以及電耗高等問題，北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院（原北京市環(huán)境保護(hù)研究所）在20世紀(jì)80年代初開發(fā)了水解（酸化）-好氧生物處理工藝。經(jīng)過十多年的開發(fā)，圍繞水解好氧技術(shù)已經(jīng)形成一套完整的工藝技術(shù)。相繼開發(fā)了水解-好氧生物處理工藝、水解-氧化塘處理工藝和水解-土地處理工藝等處理城市污水經(jīng)濟(jì)可行的工藝技術(shù)，這些工藝被先后應(yīng)用建成城市污水處理廠10余座，取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。特別是北京市密云縣城污水處理廠（4.5萬m3/d規(guī)模）、河南安陽市豆腐營污水處理廠（規(guī)模1.0萬m3/d）、新疆昌吉市污水處理廠（1.5萬m3/d）和深圳寶胺安縣石巖污水處理廠（2.0萬m3/d）都相繼采用了該處理工藝。

另外，國內(nèi)同行開發(fā)了處理印染廢水的水解-好氧-生物碳工藝，處理焦化廢水的水解和AO工藝相結(jié)合的工藝，在啤酒廢水和屠宰廢水方面水解-好氧工藝相結(jié)合的工藝已是具有競爭力的一種標(biāo)準(zhǔn)工藝。水解（酸化）工藝還應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中，如印染、紡織、輕工、釀酒、化工、焦化、造紙等行業(yè)的工業(yè)廢水。

水解-好氧工藝在推廣過程中，全國各地有關(guān)部門及行業(yè)累計(jì)建設(shè)了上百座水解-好氧工藝的污水處理廠。因此，可以講水解-好氧生物處理工藝是我國獨(dú)立自主開發(fā)的污水處理工藝，為我國的水污染控制作出了積極的貢獻(xiàn)。在以上的這一系列實(shí)踐過程中，通過對各種不同工藝流程的推廣應(yīng)用，筆者認(rèn)為有必要對生產(chǎn)性工程進(jìn)行總結(jié)，以滿足研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用三方面要求。

第一節(jié)  水解（酸化）工藝與厭氧工藝一、基本原理

污水生物處理工藝分好氧工藝和厭氧工藝，這兩類工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著生物處理技術(shù)的發(fā)展，作為生物處理的主角仍是微生物。如何能使好氧生物處理工藝提高污泥濃度，減少氧的消耗‘如何使厭氧生物處理工藝縮短處理時(shí)間和提高處理負(fù)荷，是值得進(jìn)一步研究的課題。各種類型有機(jī)污染物的厭氧（缺氧）、好氧降解反應(yīng)過程匯總?cè)缦隆?/div>

好氧（微需氧）過程                                   厭氧（缺氧）過程

（1）COD→H2O+CO2                                 （2）COD→CH4+CO2

傳統(tǒng)好氧工藝                                                傳統(tǒng)厭氧工藝

（3）NH4+→NO3-                                        （4）NO3-→N2

硝化工藝                                                         反硝化或缺氧工藝

（5）H2S→S0                                                （6）SO42-→H2S

微需氧或好氧工藝                                        厭氧反應(yīng)

（7）R-Cl→CO2+Cl-                                     （8）R3CCl→CH4+CO2+Cl-

好氧反應(yīng)                                                         厭氧反應(yīng)

從化學(xué)反應(yīng)式（1）-（8）來看，除反應(yīng)式（1）、（2）為傳統(tǒng)的好氧和厭氧工藝外，其他均為兼性菌的反應(yīng)。人們過去對于好氧微生物和專性厭氧微生物研究十分充分，而對兼氧性微生物的研究不夠。

事實(shí)上，利用兼性細(xì)菌的工藝人們已開始有所涉及。如，對去除N、P的A2O或AO工藝（反應(yīng)式（3）、（4）），是利用了兼性菌在好氧條件下進(jìn)行好氧代謝，而在厭氧條件下進(jìn)行不同代謝反應(yīng)的工藝。在含有硫酸鹽的有機(jī)廢水中，厭氧反應(yīng)將有機(jī)物和硫酸鹽分別轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸和硫化氫（反應(yīng)式（6）），產(chǎn)生的硫化氫被微需氧細(xì)菌直接氧化為硫元素。這可以用來去除硫化物并回收硫元素（反應(yīng)式（5））。最新研究表明，一些在好氧狀態(tài)下難降解芳香族和鹵代烴在厭氧條件下容易分解（反應(yīng)式（7）、（8））。

以上反應(yīng)是一些新工藝的化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)，其基本原理是新工藝開發(fā)的基礎(chǔ)和生長點(diǎn)。例如，目前國際和國內(nèi)上流行的AB工藝和序批式活性污泥（SBR）工藝。前者是在A段的高吸附段發(fā)生了水解和部分酸化反應(yīng)，大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)，所以使得整個(gè)工藝的效率大為提高。對于后者而言，在SBR的反應(yīng)過程同樣經(jīng)歷了好氧-缺氧和厭氧的過程。

成功地利用兼性微生物的典型工藝是由北京市環(huán)境保護(hù)研究院在20世紀(jì)80年代開發(fā)的水解-好氧生物處理工藝。水解池利用水解和產(chǎn)酸微生物，將污水中的固體、大分子和不易生物降解的有機(jī)物降解為易于生物降解的小分子有機(jī)物，使得污水在后續(xù)的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時(shí)間下得到處理。采用水解-活性污泥法與傳統(tǒng)的活性污泥相比，其基建投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用可分別節(jié)省30%左右。由于水解池具有改善污水可生化性的特點(diǎn)，使得本工藝不僅適用于易于生物降解的城市污水等，同時(shí)更加適用于處理不易生物降解的某些工業(yè)廢水，如紡織廢水，印染廢水，焦化廢水，釀酒廢水，化工廢水，造紙廢水等。

二、水解-好氧工藝的開發(fā)

水解-好氧工藝開發(fā)的目的是針對傳統(tǒng)的活性污泥工藝具有投資大、能耗高和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高等缺點(diǎn)，試圖采用厭氧處理工藝替代傳統(tǒng)的好氧活性污泥工藝。1983-1984年在北京進(jìn)行了第一階段實(shí)驗(yàn)，采用37L的UASB反應(yīng)器，并配有三相分離器，停留時(shí)間為8.0h。在這一階段COD、BOD5和SS的去除率分別在50-70%、60-80%和70-90%。盡管停留時(shí)間很長（8.0h），但沼氣產(chǎn)量很低，僅為0.02m3/（m3·d）。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看厭氧階段的處理不足以使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，不得不采用好氧后處理。另外，UASB反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間太長，盡管其在運(yùn)行費(fèi)用和能耗等方面有一定的優(yōu)勢，但在基建投資方面不足以與傳統(tǒng)活性污泥工藝相競爭。在北京進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)屬于冬季水溫（最低為9℃）較低的實(shí)驗(yàn)。

在溫暖氣候條件下常溫（10-20℃）厭氧處理生活污水的實(shí)驗(yàn)，存在兩個(gè)問題。首先總的去除效果不理想，這是針對達(dá)標(biāo)和總的停留時(shí)間而言。事實(shí)上，厭氧的停留時(shí)間在8-12h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)有競爭力。第二，停留時(shí)間在8-24h的厭氧系統(tǒng)的競爭能力將大為降低，COD的去除率僅30-60%。這樣還需要相當(dāng)客觀的好氧后處理設(shè)備。

為了解決上述問題，將UASB反應(yīng)器的運(yùn)行方式改變?yōu)椴糠謪捬�，即主要在厭氧反�?yīng)的水解和酸化階段（這也是稱為水解-好氧工藝的原因），從而在反應(yīng)器中取消了三相分離器，使得反應(yīng)器結(jié)構(gòu)十分簡單，便于放大。雖然水解反應(yīng)器的停留時(shí)間僅有2.5h，但分別可取得高達(dá)45.7%、42.3%和93.0%的COD、BOD5和SS去除率。后處理的活性污泥法僅需采用2.5h停留時(shí)間。

新工藝有兩個(gè)最為顯著的特點(diǎn)：其一，水解池取代了傳統(tǒng)的初沉池，水解池對有機(jī)物的去除率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的初沉池，更為重要的是經(jīng)過水解處理，污水中的有機(jī)物不但在數(shù)量上發(fā)生了很大變化，而且在理化性質(zhì)上發(fā)生了更大變化，使污水更適宜后繼的好氧處理，可以用較少的氣量在較短的停留時(shí)間內(nèi)完成凈化；其二，這種工藝在處理污水的同時(shí)，完成了對污泥的處理，使污水、污泥處理一元化，可以從傳統(tǒng)的工藝過程種取消消化池。作為一種替代的處理工藝，在總的停留時(shí)

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2012-6-17 20:37 上傳

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