城市污水生物處理新技術 開發與應用——水解-好氧生物處理工藝

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目  錄

第一節  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... 5

三、水解（酸化）工藝與厭氧發酵的區別... 6

第三節  水解-好氧生物處理工藝特點... 8

1、水解池與厭氧UASB工藝啟動方式不同... 8

2、水解池可取代初沉池... 9

3、較好的抗有機負荷沖擊能力... 10

4、水解過程可改變污水中有機物形態及性質，有利于后續好氧處理... 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、可以同時達到對剩余污泥的穩定... 12

第四節  水解-好氧生物處理工藝的機理... 12

一、有機物形態對水解去除率的影響... 12

二、有機物降解途徑... 13

三、水解池動態特性分析... 14

四、難降解有機物的降解... 15

第五節  水解工藝對后續好氧工藝的影響... 20

1、有機物含量顯著減少... 21

2、B/C比值和溶解性有機物比例顯著增加... 21

3、BOD5降解動力學... 22

4、污泥和COD去除平衡... 22

第六節  水解工藝的污泥處理... 24

一、傳統污泥處理的目的和手段... 24

二、污泥有機物的降解表... 25

三、污泥脫水性能及處理... 25

第七節  水解池的啟動和運行... 27

一、水解池的啟動方式... 27

二、配水系統... 30

三、排泥... 32

四、負荷變化對水解池處理效果的影響... 33

第八節 水解工藝的進一步開發和應用... 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、難生物降解工業廢水處理的實際應用... 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  水解-好氧工藝技術經濟分析... 39

一、厭氧處理應用的經濟分析... 39

二、水解-好氧系統設計參數... 40

第十節  水解-好氧生物處理工藝設計指南... 42

一、預處理設施... 42

二、水解池的詳細設計要求... 42

三、反應器的配水系統... 43

四、管道設計... 46

五、出水收集設備... 46

六、排泥設備... 47

水解-好氧生物處理工藝

根

據傳統活性污泥工藝基建投資高、運行費用高以及電耗高等問題，北京市環境保護科學研究院（原北京市環境保護研究所）在20世紀80年代初開發了水解（酸化）-好氧生物處理工藝。經過十多年的開發，圍繞水解好氧技術已經形成一套完整的工藝技術。相繼開發了水解-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濟可行的工藝技術，這些工藝被先后應用建成城市污水處理廠10余座，取得了較好的環境效益和經濟效益。特別是北京市密云縣城污水處理廠（4.5萬m3/d規模）、河南安陽市豆腐營污水處理廠（規模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，國內同行開發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工藝相結合的工藝，在啤酒廢水和屠宰廢水方面水解-好氧工藝相結合的工藝已是具有競爭力的一種標準工藝。水解（酸化）工藝還應用于工業廢水處理中，如印染、紡織、輕工、釀酒、化工、焦化、造紙等行業的工業廢水。

水解-好氧工藝在推廣過程中，全國各地有關部門及行業累計建設了上百座水解-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立自主開發的污水處理工藝，為我國的水污染控制作出了積極的貢獻。在以上的這一系列實踐過程中，通過對各種不同工藝流程的推廣應用，筆者認為有必要對生產性工程進行總結，以滿足研究、設計和應用三方面要求。

第一節  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缺點。隨著生物處理技術的發展，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間和提高處理負荷，是值得進一步研究的課題。各種類型有機污染物的厭氧（缺氧）、好氧降解反應過程匯總如下。

好氧（微需氧）過程                                   厭氧（缺氧）過程

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

傳統好氧工藝                                                傳統厭氧工藝

（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

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

好氧反應                                                         厭氧反應

從化學反應式（1）-（8）來看，除反應式（1）、（2）為傳統的好氧和厭氧工藝外，其他均為兼性菌的反應。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。

事實上，利用兼性細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（反應式（3）、（4）），是利用了兼性菌在好氧條件下進行好氧代謝，而在厭氧條件下進行不同代謝反應的工藝。在含有硫酸鹽的有機廢水中，厭氧反應將有機物和硫酸鹽分別轉化為有機酸和硫化氫（反應式（6）），產生的硫化氫被微需氧細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（反應式（5））。最新研究表明，一些在好氧狀態下難降解芳香族和鹵代烴在厭氧條件下容易分解（反應式（7）、（8））。

以上反應是一些新工藝的化學反應基礎，其基本原理是新工藝開發的基礎和生長點。例如，目前國際和國內上流行的AB工藝和序批式活性污泥（SBR）工藝。前者是在A段的高吸附段發生了水解和部分酸化反應，大分子物質降解為小分子物質，所以使得整個工藝的效率大為提高。對于后者而言，在SBR的反應過程同樣經歷了好氧-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境保護研究院在20世紀80年代開發的水解-好氧生物處理工藝。水解池利用水解和產酸微生物，將污水中的固體、大分子和不易生物降解的有機物降解為易于生物降解的小分子有機物，使得污水在后續的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時間下得到處理。采用水解-活性污泥法與傳統的活性污泥相比，其基建投資、能耗和運行費用可分別節省30%左右。由于水解池具有改善污水可生化性的特點，使得本工藝不僅適用于易于生物降解的城市污水等，同時更加適用于處理不易生物降解的某些工業廢水，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

水解-好氧工藝開發的目的是針對傳統的活性污泥工藝具有投資大、能耗高和運轉費用高等缺點，試圖采用厭氧處理工藝替代傳統的好氧活性污泥工藝。1983-1984年在北京進行了第一階段實驗，采用37L的UASB反應器，并配有三相分離器，停留時間為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%。盡管停留時間很長（8.0h），但沼氣產量很低，僅為0.02m3/（m3·d）。從實驗結果來看厭氧階段的處理不足以使出水達到排放標準，不得不采用好氧后處理。另外，UASB反應器的反應時間太長，盡管其在運行費用和能耗等方面有一定的優勢，但在基建投資方面不足以與傳統活性污泥工藝相競爭。在北京進行的實驗屬于冬季水溫（最低為9℃）較低的實驗。

在溫暖氣候條件下常溫（10-20℃）厭氧處理生活污水的實驗，存在兩個問題。首先總的去除效果不理想，這是針對達標和總的停留時間而言。事實上，厭氧的停留時間在8-12h的去除效果還是相當高的，但是，要考慮到其與傳統好氧工藝應有競爭力。第二，停留時間在8-24h的厭氧系統的競爭能力將大為降低，COD的去除率僅30-60%。這樣還需要相當客觀的好氧后處理設備。

為了解決上述問題，將UASB反應器的運行方式改變為部分厭氧，即主要在厭氧反應的水解和酸化階段（這也是稱為水解-好氧工藝的原因），從而在反應器中取消了三相分離器，使得反應器結構十分簡單，便于放大。雖然水解反應器的停留時間僅有2.5h，但分別可取得高達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停留時間。

新工藝有兩個最為顯著的特點：其一，水解池取代了傳統的初沉池，水解池對有機物的去除率遠遠高于傳統的初沉池，更為重要的是經過水解處理，污水中的有機物不但在數量上發生了很大變化，而且在理化性質上發生了更大變化，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間內完成凈化；其二，這種工藝在處理污水的同時，完成了對污泥的處理，使污水、污泥處理一元化，可以從傳統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

水解酸化、好氧生物處理工藝書.pdf (576.29 KB, 下載次數: 0, 售價: 3 金幣)

2012-6-17 20:37 上傳

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