水解酸化、好氧生物處理工藝書(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 C3H6Cl2O√92,3二氯1丙醇C3H6OCl2√10氯乙酸C2H3OCl2√11氯化甲醚CH5OCl√122,3乙氯2甲基丙醛C4H6COCl2√132,3’氯雙（1氯）丙烷C6H12O2Cl2√141溴2氟環(huán)戊烷C5H7BrF√154氯苯酚C6H5Cl√16氯代苯酚√17氯萘C10H7Cl√182,6二（1,1二甲基乙基）苯酚C15H24O√√194,4’（1,1甲基亞乙基）雙酚C15H10O√20苯乙腈C8H7N√21萘C10H8√22乙酸苯乙酯C10H12O2√23丙酸苯乙酯C11H14O2√24未知峰√253甲基丁酸苯乙酯C13H15O2√263甲基2,6二羧基4乙烯酸C7H8O4√√序號化合物名稱分子式進水水解出水二沉出水27丙酸C3H6O2√28甘氨酸C2H5O2N√29甲基戊酸C6H12O2√30己酸C6H12O2√31庚酸C7H14O2√32辛酸C8H16O2√33壬酸C9H18O2√√343甲2,6二氯4己酸√363羥基十六酸甲酯C17H34O3√37羥基乙酸甲酯C3H6O3√38十六酸甲酯C17H40O2√39環(huán)戊基十一酸甲酯C17H32O2√4014戊基酸甲酯C16H23O2√41氯乙酸丁酯C6H11O2Cl√42磷酸三丁酯C12H27O4P√43未知峰√442甲基2甲氯基丙C6H14O√45未知峰C9H13O√462甲基環(huán)戊硫醇C9H12S√47九碳醇C9H20O√√48未知峰√49十八稀醇C18H36O√50十二基環(huán)乙醇C13H35O√51N甲基戊炔醇C6H10O√52未知峰√53未知峰√54三十二醇C32H64O√552（9十八基氯）乙醇C20H40O2√56甲基十二醇C13H28O√√57十八碳烯醛C18H34O√58甲2南乙醛C9HO2O2√592乙基4戊醛C10H8√602L比南半乳C7H14O3√61D吡喃果糖三苷C13H20O6√62（2乙基己基）噻吩C12H20S√圖213是不同反應(yīng)階段堿性/中性化合物色譜變化圖和酸性化合物色譜變化圖，圖214是根據(jù)色譜圖計算不同保留時間間隔內(nèi)山峰峰數(shù)與峰面積反應(yīng)前后的對比圖。可以分析有以下幾個現(xiàn)象。（1） 不論是酸性組分或堿性組分/中性組分色譜圖，經(jīng)水解反應(yīng)后出峰時間都大幅度提前，尤其以酸性組分更為明顯，說明經(jīng)過反應(yīng)后小分子化合物增加。（2） 酸性組分化合物個數(shù)明顯增加，由45個增至60個，同時，酸性組分總峰面積有所增加。（3） 堿性/中性化合物數(shù)由35個減至18個，而堿性/中性組分峰面積有所減少，以上事實說明堿性/中性化合物經(jīng)酸化反應(yīng)后結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。（4） 化合物峰面積與峰數(shù)分布反應(yīng)前后發(fā)生變化，原污水是隨著保留時間的增大而增加，這說明大分子化合物比例占絕大多數(shù)，在保留時間大于20min時，酸性組分出峰個數(shù)占出峰總數(shù)51%，峰面積也占同樣的比例；經(jīng)水解酸性反應(yīng)后保留時間大于20min，酸性組分峰數(shù)占總峰數(shù)的比例降為25%，%；而保留時間小于10min時，峰面積的堿性/%，%，說明小分子化合物占化合物比例的絕大部分。詳細的數(shù)據(jù)比例見圖214。（5） 堿性/中性化合物峰面積有所減少，而酸性組分總峰面積有所增加，說明堿性/中性化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝曰衔铩Ｍㄟ^上述現(xiàn)象分析，結(jié)合質(zhì)譜化合物檢索可以得出如下結(jié)論。（1） 經(jīng)水解反應(yīng)池后，酸性化合物數(shù)量和種類大幅度增加，說明水解反應(yīng)池對有機物不僅僅起到物理截留作用，而是以生物作用為主的水解酸化反應(yīng)過程，同時也說明酸化過程的工程控制措施是恰當?shù)摹＃?） 經(jīng)水解酸化反應(yīng)后，有機物的種類并沒有減少，相反增加了許多小分子的化合物，這些化合物是水解、酸化反應(yīng)的中間產(chǎn)物，這與一般生物處理構(gòu)筑物降解規(guī)律是有區(qū)別的。從溶解性有機物的數(shù)量（以峰面積表示）上，經(jīng)過水解反應(yīng)后總量有所增加，這說明部分不溶性有機物經(jīng)過水解酸化反應(yīng)后確實轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑杂袡C物，從而使懸浮性有機物量有所減少。（3） 進水中主要有機物相當部分為大分子化合物（在C9以上），其中有很多苯系化合物（見表29），這些苯系化合物在水解池出水與最終出水中部未檢出，這說明難降解大分子物質(zhì)經(jīng)過水解酸化后可以降解。從微觀角度為說明水解好氧工藝最終出水可優(yōu)于傳統(tǒng)好氧生物處理工藝提供了理論基礎(chǔ)。（4） 經(jīng)水解酸化反應(yīng)后產(chǎn)物大部分是酸性小分子化合物，且多為C2C6化合物。經(jīng)過水解酸化反應(yīng)后，有機物的種類并沒有減少，相反增加了許多小分子的化合物，這些酸性化合物容易被生物降解，這也從一個側(cè)面說明，為什么經(jīng)過水解酸化反應(yīng)后BOD5/COD比值有所提高，即可生化性有所提高。這是由于大分子難降解化合物降解為小分子易降解的酸性小分子化合物所致。（5） 經(jīng)過活性污泥法最終處理后，出水的化合物種類和含量有明顯減少。BOD5去除率可達90%以上，但某些化合物，如4，4（1，1甲基亞乙基）雙酚等化合物由于其結(jié)構(gòu)上的特點，在處理過程中沒有被分解。并且在處理后出現(xiàn)一些新化合物，如βD嗶喃果糖三苷等化合物，它們可能是微生物生物代謝過程中的中間產(chǎn)物，或者為某些胞外酶。這些有機物的共同特點是難于為生物所降解，這也說明為什么二級處理到一定程度，最終出水COD濃度仍然保持一定水平的原因。采用色質(zhì)聯(lián)用方法研究水解酸化過程特性，進一步證實了對水解池在工藝中所起作用的分析、推斷。從理論上說明了水解好氧生物處理的機理，但在分析中也存在一些沒有解決的問題，例如，對于水解降解產(chǎn)物中一些鹵代烴產(chǎn)物的形成途徑缺乏認識，還有待于進一步分析。第五節(jié) 水解工藝對后續(xù)好氧工藝的影響水解工藝著眼于整個系統(tǒng)的處理效率和經(jīng)濟效率，放棄了厭氧反應(yīng)中甲烷發(fā)酵階段，利用厭氧反應(yīng)中水解和產(chǎn)酸作用，使得污水、污泥一次得到處理。在整個過程中，大量懸浮物水解成可溶性物質(zhì)，大分子降解為小分子，因此工藝過程中有許多不同于傳統(tǒng)工藝的特點。且由于這些特點，單從出水水質(zhì)COD、BOD5等去除率來評價水解反應(yīng)器的作用是不全面的，應(yīng)對后處理中各種現(xiàn)象進行分析，以全面評價水解反應(yīng)在整個系統(tǒng)中的功能。表210和表211為不同國家的城市污水在不同實驗條件下，原水水質(zhì)與水解出水的性質(zhì)對比。表210 原污水與水解出水水質(zhì)比較（北京市高碑店污水處理廠）項 目原污水水解出水原污水/水解出水COD/（mg/L）BOD/（mg/L）SS/（mg/L）溶解性COD比例/%BOD5/CODBOD20/（mg/L）BOD5/ BOD20動力學(xué)常數(shù)耗氣速率/【mg/（hL）】氣水比10：1：1曝氣池停留時間/h84曝氣池出水COD/（mg/L）表211水解反應(yīng)前后污水性質(zhì)的變化（HRT=，荷蘭Bennekom）項目COD（mg/L）BOD（mg/L）SS（mg/L）BOD5CODBOD5fBOD5VAFCODtBOD5fCODCODfCODtCODmCODt進水650346217出水39725433有機物含量顯著減少水解反應(yīng)器的第一個特點是對于有機污染物（特別是懸浮物）相對高的去除率，COD平均去除率為40%50%，而懸浮性COD去除率更高，為60%80%；出水懸浮物的濃度低于50mg/L，這些因素對于各種后處理是非常有利的。如采用活性污泥法后處理，由于有機物的絕大數(shù)量減少，與傳統(tǒng)的活性污泥工藝相比，停留時間也可減少50%，同時曝氣量減少50%。其基建總投資、能耗和運行費用可分別節(jié)省30%左右。如采用氧化塘后處理，與單獨采用傳統(tǒng)氧化塘相比，占地面積減少50%以上，基建投資降低50%，運行費用降低36%，并且基本上解決了一般氧化塘的淤結(jié)問題。若采用土地處理系統(tǒng)，由于經(jīng)水解池處理后污水的可生化性提高，懸浮物弄地低于50mg/L，可大大提高土地的處理負荷，減少占地，提高處理效率，可應(yīng)用于城市污水。根據(jù)實際情況的不同，后處理工藝目前的應(yīng)用有以下幾種形式。（1） 水解活性污泥處理工藝，如北京密云污水處理廠；（2） 水解氧化溝處理工藝，如河南安陽豆腐營污水處理廠；（3） 水解接觸氧化處理工藝，如深圳白泥坑污水處理廠；（4） 水解土地處理工藝，如山東安丘污水處理廠；（5） 水解氧化塘處理工藝，如新疆昌吉污水處理廠；B/C比值和溶解性有機物比例顯著增加不同條件下的城市污水經(jīng)水解反應(yīng)后，出水B/C值有所提高，（北京），（荷蘭）。B/C比值的提高說明廢水可生化性的提高，這是水解反應(yīng)的第二個顯著特點。另外經(jīng)水解處理后，溶解性有機物比例發(fā)生了很大變化，水解出水溶解性COD比例提高了1倍。而一般經(jīng)初沉池后出水溶解性COD、BOD5的比例變化較小。眾所周知，微生物對有機物的攝取只有溶解性的小分子物質(zhì)才可直接進入細胞體內(nèi)，而不溶性大分子物質(zhì)首先要通過細胞外酶的分解才可直接進入微生物體內(nèi)的代謝過程。經(jīng)水解處理，有機物在微生物的代謝途徑上減少了一個重要環(huán)節(jié)，無疑將加速有機物的降解。這表明水解反應(yīng)器相對于曝氣池起到了預(yù)處理的作用，使得經(jīng)水解處理后出水變得更易于被好氧菌降解。水解池出水采用活性污泥后處理工藝與采用傳統(tǒng)活性污泥工藝進行對比如下：在停留時間4h左右的情況下，不論采用穿孔管或中微孔曝氣方式，BOD5和COD去除率均顯著高于傳統(tǒng)工藝流程，且出水COD低于100mg/L，傳統(tǒng)工藝停留時間8h左右仍然達不到與本工藝相接近的出水水質(zhì)，因此，從曝氣池容積上新工藝要少50%左右。曝氣量若同樣采用穿孔管曝氣設(shè)備，曝氣量可節(jié)省氣量50%，同樣采用中微孔曝氣器時節(jié)省量為40%左右。BOD5降解動力學(xué)原污水和水解出水BOD歷時變化曲線不同（圖215）。水解出水耗氧量開始變化很快，隨后迅速趨于平穩(wěn)，而原水耗氧量變化很緩慢。水解出水的BOD5/，在第8天水解出水好氧曲線開始轉(zhuǎn)平；而原污水在第20天左右開始轉(zhuǎn)平。可以得出如下結(jié)論：（1） 需氧量的差別，理論上使得處理水解池出水可降低50%的氧耗量；（2） 在相同停留時間下，水解池出水有機物去除比例可高于傳統(tǒng)工藝；（3） ，這說明采用水解好氧處理工藝可顯著縮短曝氣時間，從理論上講，這個比例可高達60%。污泥和COD去除平衡在實驗室（荷蘭）的實驗中，通過嚴格的物料平衡得到圖216所示的COD和污泥平衡關(guān)系。%（以SS計），說明水解反應(yīng)器中污泥也受到了充分的處理，這是水解反應(yīng)的第三個顯著特點。由圖216給出的COD和污泥平衡可知，COD的平均去除率為40%，而接近25%的去除的COD仍然保留在污泥中并作為剩余污泥被排放，這表明水解反應(yīng)器中污泥和污水可以同時得到處理。但從現(xiàn)在的數(shù)據(jù)很難對其余部分去除COD做完全的物料衡算分析，COD其他可能的降解途徑還包括硫酸鹽還原、氫氣的產(chǎn)生和甲烷化過程等。（2）生產(chǎn)性工程驗證通過對大型生產(chǎn)性裝置觀測（19851986年）的數(shù)據(jù)進行衡算，按以下各式計算污泥量：總輸入污泥量= 進水懸浮物量 二沉池剩余污泥量總輸出污泥量= 出水懸浮物量 厭氧排泥量系統(tǒng)去除總懸浮物=式中 Qi——第i天污水流量，m3/hQsi——二沉池第i天排泥量，m3/hQwi——水解池第i天排泥量，m3/h；SSii、SSsi——第i天進、出水懸浮物含量，kg/m3；Xri——第i天回流污泥濃度，kg/m3；Xsi——第i天厭氧排泥濃度，kg/m3。水解率按下式計算：污泥水解率=%的去除的SS在微生物作用下發(fā)生水解消失了。這樣水解池排出的污泥總量則為162kg/d，比初沉池排泥量184kg/d少13%（按50%去除率計）。如果考慮到傳統(tǒng)工藝中污泥量由兩部分組成，一部分來源于初沉池，另一部分來源則是二沉池的剩余好氧活性污泥，剩余污泥量的計算按活性污泥法運轉(zhuǎn)得到的數(shù)據(jù)為去除每公斤BOD增長1kgTSS，若曝氣池進水BOD5為120mg/L，%，則每天排放污泥量為150kg/d，初沉池與二沉池總的污泥產(chǎn)量為335kg/d，%。考慮到傳統(tǒng)工藝流量經(jīng)過消化之后，則初沉池、%。從而可以得出如下結(jié)論：新工藝曝氣池具有反應(yīng)時間短、出水水質(zhì)好、用氣量少的特點，可節(jié)約一定的基建投資和電耗；同時新工藝可以達到污水、污泥一次處理的目的，具有工藝簡單、占地少和投資省的特點。第六節(jié) 水解