水解-好氧生物处理工艺的机理

水解-好氧生物处理工艺的机理

一、有机物形态对水解去除率的影响

污水中的污染物按分散划分为悬浮状、超胶体、胶体和溶解性4种不同形态。根据工程上采用的简单分离方法来划分，定义为溶解性、胶体、超胶体和可沉的COD。例如：溶解性COD为通过0.45um滤膜的组分；胶体COD为通过4.4um滤纸的过滤液与溶解性COD之差；超胶体COD为通过4.4um-100um之间的组分；可沉的COD为粒径>100um、通过4h沉淀可以去除的组分。根据以上分类，水解反应器的运行效果反应前后的污水特性见图2-9。

 

从图种实验数据可知，城市污水进水中可沉COD和超胶体COD占总COD的50%左右，经水解处理后基本上去除了可沉性COD和超胶体COD的60%。由此可见，水解池对悬浮性物质的去除能力很强，所以水解工艺适合污水中含悬浮状COD比例较高的废水。经水解反应后，出水溶解性COD比例从30%提高到占出水的47%。在运转中经常有水解池出水溶解性COD、BOD值高于进水的情况，这说明反应中确有相当数量的不溶性有机物溶解于水中，这通过污泥产量的计量可以得到进一步证实，在10-20℃条件下去除悬浮物有48%发生水解。

二、有机物降解途径

 

以COD为例，图2-10给出了对可沉性、超胶体、胶体性和溶解性等不同物理状态的有机污染物迁移转化途径的图示。首先水解反应器中的大量微生物将进水中颗粒物质和胶体物质迅速截留和吸附，这是一个物理过程的快速反应，一般只要几秒到几十秒即可完成，因此，反应是迅速的。截留下来的物质吸附在水解污泥的表面，漫漫地被分解代谢，其在系统内的污泥停留时间要大于水力停留时间。在大量水解细菌的作用下将大分子、难于生物降解物质转化为易于生物降解的小分子物质后，重新释放到液体中，在较高的水力负荷下随水流移出系统。由于水解和产酸菌世代期较短，往往以分和小时计，因此，这一降解过程也是迅速的。在这一过程中溶解性BOD、COD的去除率虽然表面上讲只有10%左右，但是由于颗粒有机物发生水解增加了系统中溶解性有机物的浓度，因此，溶解性BOD、COD去除率远远大于10%。但是由于酸化过程的控制不能严格划分，在污泥中可能仍有少量甲烷菌的存在，可能产生少量的甲烷，但甲烷在水中的溶解度也相当可观，故以气体形成释放的甲烷量很少。可以看出，水解反应器集沉淀、吸附、网捕和生物絮凝等物理化学过程以及水解、酸化和甲烷化过程等生物降解功能于一体。这些过程在水解反应器中得到了强化，这与功能单一的初沉池有本质的区别。

三、水解池动态特性分析

1、上升流速与系统内污泥浓度的关系

研究上升流速和污泥层高度（实际上是污泥浓度）之间的变化规律，可以忽略由于污泥积累造成的污泥区高度的变化。不断调整进水量，改变上升流速v_i，在一个特定的上升流速下，测定稳定后相对应的污泥层高度（一般为改变负荷1h以后），并通过整个系统内污泥总量，换算出相对应的污泥层高度内平均浓度X，则可以得出图2-11所示结果。

 

图2-11中v₀为无量纲化上升流速，v₀=v_i/v_max，v_max为密云县城市污水处理厂设计最大上升流速，m/h；X为平均污泥浓度，g/L。

从图2-11可见，在稳定状态下一个上升流速对应于一个平均污泥浓度X。这种对应关系是由于在水解池内污泥在垂直方向的运动是污泥颗粒的平均浓度v_r和水流的上升流速v_i在稳定状态达到平衡时形成，即v_r=v_i。而污泥的沉淀速度与污泥浓度可用Dick理论公式描述：

v_r=αX^-n=9.53X^-0.75

因此，通过图2-11中数据可以得到应用于城市污水水解池中的关系式：

v₀=v_i/v_max=α’X^-n=5.29X^-0.75

应用上述关系，在实际运行的密云县城市污水处理厂的平均流量、最大流量和最小流量下所对应的污泥浓度分别约为40g/L，20g/L和60g/L。从以上数据可以看出，在最大流量条件下，污泥层由于膨胀而造成污泥浓度降低，同时引起污泥成层的沉淀速度提高，自动保持反应器内污泥浓度（约20g/L）；而随着流量的减少，在最小流量时污泥浓度增加，沉速降低也达到动态平衡，这时污泥浓度为60g/L。这一特征可以在运转管理中得到运用，来制定不同的排泥措施，以减少污泥处理的投资和运转费用。

2、稳定性分析

水解反应器属上流式污泥床反应器范畴，具有两个基本功能：即生物反应和沉淀功能。图2-12给出了这两者在水解反应器中的相互约速关系。在水解酸化反应中所需微生物的浓度与水力停留时间呈反向变化（反应曲线）。从理论上讲，在给定的污泥龄下（θ_c一定），状态的稳定点一定在反应曲线之上。只要微生物量足够多，则反应不受停留时间的控制，这在工程上是十分有利的。考虑到系统运行的经济性，停留时间越短越好，这要求运行点A、B、C沿反应曲线向左上移动。随着停留时间的限制，即受污水上升流速的制约。

沉降曲线给出了这种限制关系，其将平面分为两部分，右半平面为稳定状态，左平面是不稳定状态。有两种情况会造成污泥界面上升；第一种情况，长期不排泥，这时污泥面将不断上升，这是由于污泥量增加使得污泥浓度增加，这时可通过排泥重新回到稳定状态；第二种情况，当水力停留时间缩短，水的上升流速增大造成污泥界面上升，这可通过排泥来降低系统中的污泥量，使污泥浓度与停留时间达到一个新的稳定状态。图2-12所示是设计与运行管理中的一个重要关系，其反映了生物反应与沉淀作用这对矛盾的统一关系。由此可以得出结论，对于低浓度城市污水厌氧处理过程，水力停留时间和水力负荷是较有机负荷更为本质和更有效的运行、设计参数。