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
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 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 ,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25h, 但分别可取得高达457%、42.3%和930%的COD、BODs和SS去除率。后处理的活性 泥法仅需采用25h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,在总的停留时间和能耗等方面比传统的活性污泥 要有很大的优势。 水解(酸化)工艺与厌氧发酵的区别 从原理上讲,水解(酸化)是厌氧消化过程的第一、二两个阶段。但水解(酸化) 好氧处理工艺中的水解(酸化)段和厌氧消化的目标不同,因此是两种不同的处理方 法 水解(酸化)-好氧处理系统中的水解(酸化)段的目的,对于城市污水是将原水 中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物;对于工业废水处理,主要是将其 中难生物降解物质转变为易生物降解物质,提高废水的可生化性,以利于后续的好氧生 物处理。水解工艺的开发过程是从低浓度城市污水开始的,与高浓度废水的厌氧消化中 的水解、酸化过程是不同的。在连续厌氧过程中水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过 程中的甲烷化阶段提供基质。而两相厌氧消化中的产酸段(产酸相)是将混合厌氧消化 中的产酸段和产甲烷段分开,以便形成各自的最佳环境。因此,尽管水解(酸化)-好 氧处理工艺中的水解(酸化)段、两相法厌氧发酵工艺中的产酸相和混合厌氧消化工艺 中的产酸过程均产生有机酸,但是由于三者的处理目的的不同,各自的运行环境和条件 有着明显的差异,主要表现在以下几个方面。 (1)氧化还原电位(Eh)不同 在混合厌氧消化系统中,由于完成水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共处于同 个反应器中,整个反应器的氧化还原电位(Eh)的控制必须首先满足对Eh要求严格的
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） - 6 - 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，在总的停留时间和能耗等方面比传统的活性污泥 要有很大的优势。 三、水解（酸化）工艺与厌氧发酵的区别 从原理上讲，水解（酸化）是厌氧消化过程的第一、二两个阶段。但水解（酸化） -好氧处理工艺中的水解（酸化）段和厌氧消化的目标不同，因此是两种不同的处理方 法。 水解（酸化）-好氧处理系统中的水解（酸化）段的目的，对于城市污水是将原水 中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物；对于工业废水处理，主要是将其 中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生 物处理。水解工艺的开发过程是从低浓度城市污水开始的，与高浓度废水的厌氧消化中 的水解、酸化过程是不同的。在连续厌氧过程中水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过 程中的甲烷化阶段提供基质。而两相厌氧消化中的产酸段（产酸相）是将混合厌氧消化 中的产酸段和产甲烷段分开，以便形成各自的最佳环境。因此，尽管水解（酸化）-好 氧处理工艺中的水解（酸化）段、两相法厌氧发酵工艺中的产酸相和混合厌氧消化工艺 中的产酸过程均产生有机酸，但是由于三者的处理目的的不同，各自的运行环境和条件 有着明显的差异，主要表现在以下几个方面。 （1）氧化还原电位（Eh）不同 在混合厌氧消化系统中，由于完成水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共处于同一 个反应器中，整个反应器的氧化还原电位（Eh）的控制必须首先满足对 Eh 要求严格的
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 甲烷菌,一般为300mV以下,因此,系统中的水解(酸化)微生物也是在这一电位值 下工作的。而两相厌氧消化系统中,产酸相的氧化还原电位一般控制在300--100mV 之间。水解(酸化)-好氧处理工艺中的水解(酸化)段为一典型的兼性过程,只要Eh 控制在OmV左右,该过程即可孙里进行 (2)pH值不同 在厌氧消化系统中,消化液的pH值控制在甲烷菌生长的最佳pH值范围,一般为 68-72。在两相厌氧消化系统中,产酸相的pH值一般控制在60-6.5之间,在酸化反应 器pH值降低时,丙酸的相对含量增大,而丙酸对后续的甲烷相中的产甲烷菌将产生强 烈的抑制作用。对于水解(酸化)-好氧处理系统来说,由于浓度低不存在酸的抑制问 题,因此,可以不控制pH值的范围,一般pH在65-7.5之间。 (3)温度不同 三种工艺对温度的控制也不同,通常厌氧消化系统以及两相厌氧消化系统的温度均 严格控制,要么中温消化(30-35℃),要么高温消化(50-55℃)。而水解处理工艺对温 度无特殊要求,通常在常温下运行,也可获得较为满意的水解(酸化效果)。 由于反应条件不同,三种工艺系统种优势菌群也不相同。在厌氧消化系统种,由于 严格地控制在厌氧条件下,系统中的优势菌群为专性厌氧菌,因此完成水解(酸化)的 微生物主要为厌氧微生物。水解(酸化)工艺控制在兼性条件下,系统中的优势菌群也 是厌氧微生物,但以兼性微生物为主,完成水解(酸化)过程的微生物相应也主要为厌 氧(兼性)菌。对于两相厌氧消化系统中的产酸相,微生物的优势菌群随控制的氧化还 原电位不同而变化。当控制的电位较低时,完成水解、产酸的微生物主要为厌氧菌;当 控制的电位较高时,则完成水解、产酸的微生物主要为兼性菌。 需要说明的是,水解-好氧工艺中的水解(酸化)过程与好氧AO(HO)、A2O和 AB等工艺A段中发生的水解过程也是有较大区别的。这表现在以下两个方面:首先是 菌中不同,如上所述在水解工艺中的优势菌群是厌氧微生物,以兼性微生物为主,而在 好氧AO(HO)、A2O和AB等工艺A段中的优势菌是以好氧菌为主,仅仅部分兼性菌 参加反应;其次,在反应器内的污泥浓度不同,水解工艺采用的是升流式反应器,其中 污泥浓度可以达到15-25g,而好氧AO(HO)、AO和AB等工艺中从二沉池回流的 污泥浓度一般最高为5g/L,并且以好氧菌为主。以上的差别造成了水解工艺是完全水解, 而好氧AO(HO)、A2O和AB等工艺中A段仅仅发生部分水解 微生物种群的差异使得三种工艺系统的最终产物也完全不同。在厌氧消化系统中 水解(酸化)产生的有机酸被立即转化为甲烷和二氧化碳(沼气)。水解(酸化)工艺 中的最终产物为低浓度有机酸,个别情况下还有极少量的甲烷。而两相厌氧消化中的产 酸相的产物主要为高浓度有机酸(主要为乙酸)、少量甲烷和二氧化碳(见表2-1)
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 - 甲烷菌，一般为 300mV 以下，因此，系统中的水解（酸化）微生物也是在这一电位值 下工作的。而两相厌氧消化系统中，产酸相的氧化还原电位一般控制在-300—-100mV 之间。水解（酸化）-好氧处理工艺中的水解（酸化）段为一典型的兼性过程，只要 Eh 控制在 0mV 左右，该过程即可孙里进行。 （2）pH 值不同 在厌氧消化系统中，消化液的 pH 值控制在甲烷菌生长的最佳 pH 值范围，一般为 6.8-7.2。在两相厌氧消化系统中，产酸相的 pH 值一般控制在 6.0-6.5 之间，在酸化反应 器 pH 值降低时，丙酸的相对含量增大，而丙酸对后续的甲烷相中的产甲烷菌将产生强 烈的抑制作用。对于水解（酸化）-好氧处理系统来说，由于浓度低不存在酸的抑制问 题，因此，可以不控制 pH 值的范围，一般 pH 在 6.5-7.5 之间。 （3）温度不同 三种工艺对温度的控制也不同，通常厌氧消化系统以及两相厌氧消化系统的温度均 严格控制，要么中温消化（30-35℃），要么高温消化（50-55℃）。而水解处理工艺对温 度无特殊要求，通常在常温下运行，也可获得较为满意的水解（酸化效果）。 由于反应条件不同，三种工艺系统种优势菌群也不相同。在厌氧消化系统种，由于 严格地控制在厌氧条件下，系统中的优势菌群为专性厌氧菌，因此完成水解（酸化）的 微生物主要为厌氧微生物。水解（酸化）工艺控制在兼性条件下，系统中的优势菌群也 是厌氧微生物，但以兼性微生物为主，完成水解（酸化）过程的微生物相应也主要为厌 氧（兼性）菌。对于两相厌氧消化系统中的产酸相，微生物的优势菌群随控制的氧化还 原电位不同而变化。当控制的电位较低时，完成水解、产酸的微生物主要为厌氧菌；当 控制的电位较高时，则完成水解、产酸的微生物主要为兼性菌。 需要说明的是，水解-好氧工艺中的水解（酸化）过程与好氧 AO（HO）、A2O 和 AB 等工艺 A 段中发生的水解过程也是有较大区别的。这表现在以下两个方面：首先是 菌中不同，如上所述在水解工艺中的优势菌群是厌氧微生物，以兼性微生物为主，而在 好氧 AO（HO）、A2O 和 AB 等工艺 A 段中的优势菌是以好氧菌为主，仅仅部分兼性菌 参加反应；其次，在反应器内的污泥浓度不同，水解工艺采用的是升流式反应器，其中 污泥浓度可以达到 15-25g/L，而好氧 AO（HO）、A2O 和 AB 等工艺中从二沉池回流的 污泥浓度一般最高为 5g/L，并且以好氧菌为主。以上的差别造成了水解工艺是完全水解， 而好氧 AO（HO）、A2O 和 AB 等工艺中 A 段仅仅发生部分水解。 微生物种群的差异使得三种工艺系统的最终产物也完全不同。在厌氧消化系统中， 水解（酸化）产生的有机酸被立即转化为甲烷和二氧化碳（沼气）。水解（酸化）工艺 中的最终产物为低浓度有机酸，个别情况下还有极少量的甲烷。而两相厌氧消化中的产 酸相的产物主要为高浓度有机酸（主要为乙酸）、少量甲烷和二氧化碳（见表 2-1）
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 表2-1水解(酸化)-好氧处理工艺中是水解(酸化)与厌氧消化的比较 工艺水解(酸化)-好中的水解(酸化 项目 段 两相厌氧消化中的产酸相厌辄消化 Eh/My 100~-300 <300 6.8~72 温度 不控制 控制 优势微生物 兼性菌 兼性菌+厌氧菌 厌氧菌 「产气中甲烷含量 极少 少量 大量 最终产物 低浓度的有机酸 高浓度的有机酸如乙酸、少量 CHA/CO CH4/CO 水解工艺的研究工作是从污水的厌氧-好氧生物处理小试验开始,经过反复实验和 理论分析,逐步发展为水解(酸化)-好氧生物处理工艺。在水解反应器中实际上完成 水解和酸化两个过程(酸化也可能不十分彻底),但为了简化称呼,简称为水解。如上 章所述厌氧发酵产生沼气过程可分为水解阶段、酸化阶段、乙酸化阶段和甲烷阶段等 四个阶段。水解池是把反应控制在第二阶段完成之前,不进入第三阶段。采用水解池较 之全过程的厌氧池(消化池)具有以下的优点。 (1)水解、产酸阶段的产物主要为小分子有机物,可生物降解性一般较好。 故水解池可以改变原污水的可生化性,从而减少反应的时间和处理的能耗。 (2)对固体有机物的降解可减少污泥量,其功能与消化池一样。工艺仅产 生很少的难厌氧降解的生物活性污泥,故实现污水、污泥一次性处理,不需要经 常加热的中温消化池。 (3)不需要密闭的池,不需要搅拌器,不需要水、气、固三相分离器,降 低了造价和便于维护。由于这些特点,可以设计出适应大、中、小型污水处理厂 所需的构筑物 (4)反应控制在第二阶段完成之前,出水无厌氧发酵的不良气味,改善处 理厂的环境 (5)第一、第二阶段反应迅速,故水解池体积小,与初次沉淀池相当,节 省基建投资 因此,水解-好氧生物处理工艺是有自己特点的一种新型的水处理工艺 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 水解池的启动采用了动力学控制措施,通过调整水力停留时间,利用水解细菌、产 酸菌与甲烷菌生长速度不同,利用水的流动造成甲烷菌在反应器中难于繁殖的条件。图 2-6是水解池在启动期间污泥甲烷活性的变化,随着水解池的运行甲烷菌的活性逐步降
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） - 8 - 表 2-1 水解（酸化）-好氧处理工艺中是水解（酸化）与厌氧消化的比较 工艺 项 目 水解（酸化）-好氧中的水解（酸化） 段 两相厌氧消化中的产酸相 厌氧消化 Eh/Mv 0 -100～-300 <-300 pH 值 6.5～7.5 6.0～6.5 6.8～7.2 温度 不控制 控制 控制 优势微生物 兼性菌 兼性菌+厌氧菌 厌氧菌 产气中甲烷含量 极少 少量 大量 最终产物 低浓度的有机酸 高浓度的有机酸如乙酸、少量 CH4/CO2 CH4/CO2 水解工艺的研究工作是从污水的厌氧-好氧生物处理小试验开始，经过反复实验和 理论分析，逐步发展为水解（酸化）-好氧生物处理工艺。在水解反应器中实际上完成 水解和酸化两个过程（酸化也可能不十分彻底），但为了简化称呼，简称为水解。如上 一章所述厌氧发酵产生沼气过程可分为水解阶段、酸化阶段、乙酸化阶段和甲烷阶段等 四个阶段。水解池是把反应控制在第二阶段完成之前，不进入第三阶段。采用水解池较 之全过程的厌氧池（消化池）具有以下的优点。 （1）水解、产酸阶段的产物主要为小分子有机物，可生物降解性一般较好。 故水解池可以改变原污水的可生化性，从而减少反应的时间和处理的能耗。 （2）对固体有机物的降解可减少污泥量，其功能与消化池一样。工艺仅产 生很少的难厌氧降解的生物活性污泥，故实现污水、污泥一次性处理，不需要经 常加热的中温消化池。 （3）不需要密闭的池，不需要搅拌器，不需要水、气、固三相分离器，降 低了造价和便于维护。由于这些特点，可以设计出适应大、中、小型污水处理厂 所需的构筑物。 （4）反应控制在第二阶段完成之前，出水无厌氧发酵的不良气味，改善处 理厂的环境。 （5）第一、第二阶段反应迅速，故水解池体积小，与初次沉淀池相当，节 省基建投资。 因此，水解-好氧生物处理工艺是有自己特点的一种新型的水处理工艺。 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 水解池的启动采用了动力学控制措施，通过调整水力停留时间，利用水解细菌、产 酸菌与甲烷菌生长速度不同，利用水的流动造成甲烷菌在反应器中难于繁殖的条件。图 2-6 是水解池在启动期间污泥甲烷活性的变化，随着水解池的运行甲烷菌的活性逐步降
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 低。这也初步证实了采用动力学控制措施的有效性。采用城市污水直接培养成熟的水解 泥外观呈黑色,结构密实。污泥中杂质较多,Ⅴ SS/MLSS底部为57.5%,上部为55.1% 泥层的平均污泥浓度为15gL,污泥层在2.5-3.5m之间。在高倍显微镜下发现细菌的 形态以长短杆菌为主。 按种污泥) HUSB反应器的运行时间 7=60d 百60稳定化污泥 …“日…O 善一 810121416 运行时间d 图26接种污泥和水解池(HUSB) 泥甲烷活性数据 由于进水的溶解氧为零,所以好氧细菌得不到发展。系统中微生物主要是兼性微生 物。一般认为水解、产酸菌属于兼性微生物,而产甲烷细菌是专性厌氧菌,不具备过氧 化氢酶。工艺希望在水力学控制条件下,系统中以水解和产酸菌为主。为此,对接触酶 的活性与甲烷菌活性进行检验。定性结果如表2-5中的数据所示 表2-5生物污泥活性检验 污泥种类 接触藤活性 甲烷活性 0 结果表明,消化污泥的厌氧程度最高,而系统中水解污泥接触酶反应呈阳性,说明 存在大量兼性微生物,而甲烷菌的活性不高,说明只有极少量的甲烷菌参加了反应。从 水质监测结果看,进水的挥发性有机酸从54mgL上升到909mg,这充分正证实了采 用动力学控制系统处于水解酸化阶段是行之有效的 2、水解池可取代初沉池 从表26给出的水解池与初沉池运行结果可知,在停留时间相当的情况下,水解池 对悬浮物的去除率显著高于初沉池,平均出水SS只有50mgL,其COD、BOD、蛔虫 卵的去除率也显著地高于初沉池。因初沉池的去除率受水质影响较大,出水水质波动范 围较大,而水解池出水水质比较稳定。在拿不出大量投资修建二级污水处理厂的地方, 先采用水解池进行一级处理,出水水质将比初沉池有很大程度的改善
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） - 9 - 低。这也初步证实了采用动力学控制措施的有效性。采用城市污水直接培养成熟的水解 污泥外观呈黑色，结构密实。污泥中杂质较多，VSS/MLSS 底部为 57.5%，上部为 55.1%。 污泥层的平均污泥浓度为 15g/L，污泥层在 2.5-3.5m 之间。在高倍显微镜下发现细菌的 形态以长短杆菌为主。 由于进水的溶解氧为零，所以好氧细菌得不到发展。系统中微生物主要是兼性微生 物。一般认为水解、产酸菌属于兼性微生物，而产甲烷细菌是专性厌氧菌，不具备过氧 化氢酶。工艺希望在水力学控制条件下，系统中以水解和产酸菌为主。为此，对接触酶 的活性与甲烷菌活性进行检验。定性结果如表 2-5 中的数据所示。 表 2-5 生物污泥活性检验 污泥种类 好氧活性污泥 水解污泥 肉联厂厌氧污泥 接触酶活性 + + + + + 甲烷活性 0 1 ① 25.7 结果表明，消化污泥的厌氧程度最高，而系统中水解污泥接触酶反应呈阳性，说明 存在大量兼性微生物，而甲烷菌的活性不高，说明只有极少量的甲烷菌参加了反应。从 水质监测结果看，进水的挥发性有机酸从 54mg/L 上升到 90.9mg/L，这充分正证实了采 用动力学控制系统处于水解酸化阶段是行之有效的。 2、水解池可取代初沉池 从表 2-6 给出的水解池与初沉池运行结果可知，在停留时间相当的情况下，水解池 对悬浮物的去除率显著高于初沉池，平均出水 SS 只有 50mg/L，其 COD、BOD5、蛔虫 卵的去除率也显著地高于初沉池。因初沉池的去除率受水质影响较大，出水水质波动范 围较大，而水解池出水水质比较稳定。在拿不出大量投资修建二级污水处理厂的地方， 先采用水解池进行一级处理，出水水质将比初沉池有很大程度的改善
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 表2-6水解池与初沉池处理效果 项目 水解反应器 平流多斗沉淀池 停留时间/h 3.5 3.33 COD去除率/% 43.0 41.3 BOD去除率/% 29.8 33.1 28.1 SS去除率/% 82.6 74.8 42 47 3、较好的抗有机负荷冲击舱力 图2-7是进水浓度与去除率的关系,从图2-7可见,进水浓度越高,COD去除率越 高。进水平均浓度为500mg/L时,COD去除率在45%左右。水解池对于进水浓度变化 而引起的冲击负荷有很大得抵抗能力,在实验中曾观察到COD负荷从195kg/(m3·d) 变化到88kg/(m3·d),出水COD从207mgL变化到3l6mgL。 0600 20 00400500600700 COD浓度/mgL) 图27进水浓度与去除率关系 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 般城市污水可沉COD占总COD的50%左右,经水解处理后基本上去除了可沉 性COD,所以水解工艺适用于污水中含悬浮状COD比例较高的废水。如屠宰废水、啤 酒废水虽然可生物降解的可溶性COD成分髙,但是废水中悬浮性颗粒状COD含量也很 髙,所以适合采用水解处理。对于城市污水,实验表明经水解反应后溶解性COD、BOD 比例分别从进水的50%、65%提高到出水的78%、77%,不溶性COD、BOD的去除率 分别为745%、55.3%。在运转中经常出现水解池出水溶解性COD、BOD值高于进水的 情况,这说明反应中有相当数量的不溶性有机物溶解于水中,在10-20℃条件下去除悬 浮物有48%发生水解。但由于进、出水溶解性COD、BOD的数值相差不大,因此,人 们会误认为水解池仅仅起到物理解留作用。通过对水解池进、出水有机酸分析结果表明, 出水的溶解性COD已不是原来的溶解性COD,其中挥发性有机酸浓度大幅度上升,可
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） - 10 - 表 2-6 水解池与初沉池处理效果 项目 水解反应器 平流多斗沉淀池 停留时间/h 2.5 3.0 3.5 1.67 2.22 3.33 COD 去除率/% 43.0 41.3 40.6 BOD 去除率/% 29.8 33.1 28.1 18 12 17 SS 去除率/% 82.6 74.8 79 42 40 47 3、较好的抗有机负荷冲击能力 图 2-7 是进水浓度与去除率的关系，从图 2-7 可见，进水浓度越高，COD 去除率越 高。进水平均浓度为 500mg/L 时，COD 去除率在 45%左右。水解池对于进水浓度变化 而引起的冲击负荷有很大得抵抗能力，在实验中曾观察到 COD 负荷从 1.95kg/（m3·d） 变化到 8.8kg/（m3·d），出水 COD 从 207mg/L 变化到 316mg/L。 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 一般城市污水可沉 COD 占总 COD 的 50%左右，经水解处理后基本上去除了可沉 性 COD，所以水解工艺适用于污水中含悬浮状 COD 比例较高的废水。如屠宰废水、啤 酒废水虽然可生物降解的可溶性 COD 成分高，但是废水中悬浮性颗粒状 COD 含量也很 高，所以适合采用水解处理。对于城市污水，实验表明经水解反应后溶解性 COD、BOD 比例分别从进水的 50%、65%提高到出水的 78%、77%，不溶性 COD、BOD 的去除率 分别为 74.5%、55.3%。在运转中经常出现水解池出水溶解性 COD、BOD 值高于进水的 情况，这说明反应中有相当数量的不溶性有机物溶解于水中，在 10-20℃条件下去除悬 浮物有 48%发生水解。但由于进、出水溶解性 COD、BOD 的数值相差不大，因此，人 们会误认为水解池仅仅起到物理解留作用。通过对水解池进、出水有机酸分析结果表明， 出水的溶解性 COD 已不是原来的溶解性 COD，其中挥发性有机酸浓度大幅度上升，可
