水解酸化好氧生物处理工艺书.doc
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1、实用水解决技术丛书城市污水生物解决新技术开发与应用水解-好氧生物解决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京2023年10月第一版2023年1月北京第1次印刷目录目 录2水解-好氧生物解决工艺4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-好氧生物解决工艺特点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,有助于后续好氧解决105、在低温条件下仍有较好的去除效果116、有助于好氧后解决117、可以同时
2、达成对剩余污泥的稳定12第四节 水解-好氧生物解决工艺的机理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长213、BOD5降解动力学224、污泥和COD去除平衡22第六节 水解工艺的污泥解决24一、传统污泥解决的目的和手段24二、污泥有机物的降解表25三、污泥脱水性能及解决25第七节 水解池的启动和运营27一、水解池的启动方式27二、配水系统30三、排泥32四、负荷变化对水解池解决效果的影响33第八节 水解工艺的进一步开发
3、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解决的实际应用35五、高悬浮物含量废水的水解解决工艺36六、水解工艺的合用范围及规定37第九节 水解-好氧工艺技术经济分析39一、厌氧解决应用的经济分析39二、水解-好氧系统设计参数40第十节 水解-好氧生物解决工艺设计指南42一、预解决设施42二、水解池的具体设计规定42三、反映器的配水系统43四、管道设计46五、出水收集设备46六、排泥设备47水解-好氧生物解决工艺根据传统活性污泥工艺基建投资高、运营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
4、了水解(酸化)-好氧生物解决工艺。通过十数年的开发,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-好氧生物解决工艺、水解-氧化塘解决工艺和水解-土地解决工艺等解决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解决厂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解决厂(4.5万m3/d规模)、河南安阳市豆腐营污水解决厂(规模1.0万m3/d)、新疆昌吉市污水解决厂(1.5万m3/d)和深圳宝胺安县石岩污水解决厂(2.0万m3/d)都相继采用了该解决工艺。此外,国内同行开发了解决印染废水的水解-好氧-生物碳工艺,解决焦化废水的水解和AO工艺相结合的工艺
5、,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解决中,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-好氧工艺的污水解决厂。因此,可以讲水解-好氧生物解决工艺是我国独立自主开发的污水解决工艺,为我国的水污染控制作出了积极的奉献。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、设计和应用三方面规定。第一节水解(酸化)工艺与厌氧工艺一、基本原理污水生物解决工艺分好氧工艺和厌氧工艺,这两类
6、工艺各有其优缺陷。随着生物解决技术的发展,作为生物解决的主角仍是微生物。如何能使好氧生物解决工艺提高污泥浓度,减少氧的消耗如何使厌氧生物解决工艺缩短解决时间和提高解决负荷,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)、好氧降解反映过程汇总如下。好氧(微需氧)过程厌氧(缺氧)过程(1)CODH2O+CO2(2)CODCH4+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)H2SS0(6)SO42-H2S微需氧或好氧工艺厌氧反映(7)R-ClCO2+Cl-(8)R3CClCH4+CO2+Cl-好氧反映厌氧反映从化学反映式(1)-(8)
7、来看,除反映式(1)、(2)为传统的好氧和厌氧工艺外,其他均为兼性菌的反映。人们过去对于好氧微生物和专性厌氧微生物研究十分充足,而对兼氧性微生物的研究不够。事实上,运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(反映式(3)、(4),是运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映的工艺。在具有硫酸盐的有机废水中,厌氧反映将有机物和硫酸盐分别转化为有机酸和硫化氢(反映式(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(反映式(5)。最新研究表白,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(反映式(7
8、)、(8)。以上反映是一些新工艺的化学反映基础,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映,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的反映过程同样经历了好氧-缺氧和厌氧的过程。成功地运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-好氧生物解决工艺。水解池运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解决。
9、采用水解-活性污泥法与传统的活性污泥相比,其基建投资、能耗和运营费用可分别节省30%左右。由于水解池具有改善污水可生化性的特点,使得本工艺不仅合用于易于生物降解的城市污水等,同时更加合用于解决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陷,试图采用厌氧解决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反映器,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
10、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/(m3d)。从实验结果来看厌氧阶段的解决局限性以使出水达成排放标准,不得不采用好氧后解决。此外,UASB反映器的反映时间太长,尽管其在运营费用和能耗等方面有一定的优势,但在基建投资方面局限性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)厌氧解决生活污水的实验,存在两个问题。一方面总的去除效果不抱负,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的去除效果还是相称高的,但是,要考虑到其与传统好氧工艺应有竞
11、争力。第二,停留时间在8-24h的厌氧系统的竞争能力将大为减少,COD的去除率仅30-60%。这样还需要相称客观的好氧后解决设备。为了解决上述问题,将UASB反映器的运营方式改变为部分厌氧,即重要在厌氧反映的水解和酸化阶段(这也是称为水解-好氧工艺的因素),从而在反映器中取消了三相分离器,使得反映器结构十分简朴,便于放大。虽然水解反映器的停留时间仅有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。后解决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
12、的是通过水解解决,污水中的有机物不仅在数量上发生了很大变化,并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解决,可以用较少的气量在较短的停留时间内完毕净化;其二,这种工艺在解决污水的同时,完毕了对污泥的解决,使污水、污泥解决一元化,可以从传统的工艺过程种取消消化池。作为一种替代的解决工艺,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)-好氧解决工艺中的水解(酸化)段和厌氧消化的目的不同,因此是两种不同的解决方法。水解(酸化)-好氧解决系统中的水解(酸化)段的目的,对于
13、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;对于工业废水解决,重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解决。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)-好氧解决工艺中的水解(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,但是由于三者的解决目的的不
14、同,各自的运营环境和条件有着明显的差异,重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,由于完毕水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共处在同一个反映器中,整个反映器的氧化还原电位(Eh)的控制必须一方面满足对Eh规定严格的甲烷菌,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)-好氧解决工艺中的水解(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
15、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,在酸化反映器pH值减少时,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克制作用。对于水解(酸化)-好氧解决系统来说,由于浓度低不存在酸的克制问题,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)。而水解解决工艺对温度无特殊规定,通常在常温下运营,也可获得较为满意的水解(酸化效果)。由于反映条件不同,三种工艺系统种优势菌群也
16、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,因此完毕水解(酸化)的微生物重要为厌氧微生物。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,完毕水解(酸化)过程的微生物相应也重要为厌氧(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,完毕水解、产酸的微生物重要为厌氧菌;当控制的电位较高时,则完毕水解、产酸的微生物重要为兼性菌。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
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