水解酸化

水解酸化工艺技术与运行控制目录1、水解酸化工艺简介2、水解酸化工艺与厌氧发酵的区别3、水解-好氧生物处理工艺特点4、水解酸化工艺对有机物降解途径5、水解酸化工艺对后续好氧工艺的影响6、水解酸化工艺的进一步开发和应用7、水解酸化-好氧生物处理工艺设计8、水解酸化池的启动和运行控制1.水解（酸化）工艺简介水解酸化的广泛应用起源于城市污水的厌氧生物处理。最早的研究始于20世纪70年代初日本的稻森悠平博士。20世纪80年代初，北京环保所开发了水解（酸化）—好氧生物处理工艺。经过十多年的研究开发，围绕水解（酸化）—好氧技术已经形成一套完整的工艺技术体系。（一）城市污水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）；等；（二）工业废水印染废水：水解-好氧-生物碳工艺焦化废水：水解和AO工艺2.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。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。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/Mv0-100～-300-300pH值6.5～7.56.0～6.56.8～7.2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/CO2CH4/CO2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），如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。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。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。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。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。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。3.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。2、水解池可取代初沉池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。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，可以从占进水溶解性组分9%上升到出水的25%。7、可以同时达到对剩余污泥的稳定如前所述，水解-好氧工艺的一个最显著的特点就是污水、污泥一次得到处理，可以在传统的工艺流程中取消消化池。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，慢慢地被分解代谢，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。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。4.水解酸化工艺对有机物降解途径5.水解工艺对后续好氧工艺的影响1、有机物含量显著减少水解反应器的第一个特点是对于有机污染物（特别是悬浮物）相对高的去除率，COD平均去除率为40%-50%，而悬浮性COD去除率更高，为60%-80%；出水悬浮物的浓度低于50mg/L，这些因素对于各种后处理是非常有利的。如采用活性污泥法后处理，由于有机物的绝大数量减少，与传统的活性污泥工艺相比，停留时间也可减少50%，同时曝气量减少50%。其基建总投资、能耗和运行费用可分别节省30%左右。根据实际情况的不同，后处理工艺目前的应用有以下几种形式。水解-活性污泥处理工艺，水解-氧化沟处理工艺，水解-接触氧化处理工艺，水解-土地处理工艺，水解-氧化塘处理工艺，2、B/C比值和溶解性有机物比例显著增加不同条件下的城市污水经水解反应后，出水B/C值有所提高，如从0.345提高到0.414（北京），从0.53提高到0.64（荷兰）。B/C比值的提高说明废水可生化性的提高，这是水解反应的第二个显著特点。另外经水解处理后，溶解性有机物比例发生了很大变化，水解出水溶解性COD比例提高了1倍。而一般经初沉池后出水溶解性COD、BOD5的比例变化较小。众所周知，微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞体内，而不溶性大分子物质首先要通过细胞外酶的分解才可直接进入微生物体内的代谢过程。经水解处理，有机物在微生物的代谢途径上减少了一个重要环节，无疑将加速有机物的降解。这表明水解反应器相对于曝气池起到了预处理的作用，使得经水解处理后出水变得更易于被好氧菌降解。3、BOD5降解动力学水解出水耗氧量开始变化很快，随后迅速趋于平稳，而原水耗氧量变化很缓慢。需氧量的差别，理论上使得处理水解池出水可降低50%的氧耗量；在相同停留时间下，水解池出水有机物去除比例可高于传统工艺；可生物降解物质的降解所需的反应时间两者相差2.5倍，这说明采用水解-好氧处理工艺可显著缩短曝气时间，从理论上讲，这个比例可高达60%。6.水解工艺的进一步开发和应用一、芳香类化合物的去除二、奈的去除三、卤代烃的去除四、难生物降解工业废水处理的实际应用1、含PVA和表面活性剂废水国内某染整厂生产含COD为761-904mg/L，BOD5为100-169mg/L，B/C只有0.16，废水克生化性差，废水中含难处理的化学浆料聚乙烯醇（PVA）和表面活性剂。如采用常规好氧方法处理，则因好氧池充气曝气而泡沫漫溢，从而导致整个处理流程无法正常运行；采用水解酸化处理后COD有所下降，而BOD反而增加，使得废水的可生化性改善，并可使大分子PVA和表面活性剂断链，从而减少曝气所产生的泡沫，使得废水在好氧中有较高的去除效果。2、涤纶纺丝油剂废水在油剂废水中，COD为2000mg/L左右，而BOD5为350mg/L，B/C为0.18。采用各种物化处理费用高，生化好氧处理有大量泡沫产生，因此采用厌氧、好氧串联工艺流程，而厌氧反应利用的酸性发酵阶段。其中厌氧反应停留时间10h，采用软性纤维填料反应器，好氧采用7-8h的接触氧化法。实践中发现经过厌氧反应，B/C比例从0.18上升到0.20，并且经厌氧反应后COD、BOD值都有所增加，这说明一些很难降解的物质（甚至COD也测不出的化合物）经厌氧反应后易于生物降解了。经过厌氧、好氧处理后，BOD5去除可达89%，COD去除可达89%。水解池处理不同高含量悬浮物或脂类废水不同COD含量/（mg/L）生活污水T=17℃，HRT=3h，SRT=20d，OLR=5.6Gcod/（L.d）剩余污泥T=20℃，HRT=9.6h，SRT=1.4d，OLR=4.5gCOD/（L.d）奶制品废水T-20℃，HRT=4.5h，SRT=2d，OLR=21.2gCOD/（L.d）进水出水去除率/%进水出水去除率/%进水出水pH=4去除率/%总量697432382010±105129±10943890±431563±5360悬浮COD3551246533±1198320±84115±6764胶体COD1451110.727±592303±108235±84溶解性COD（非VFA）13895758±561265±101400±2921VFA脂类5910711±32±2290±0813±13798高悬浮物含量废水的水解处理工艺五、高悬浮物含量废水的水解处理工艺水解池处理不同高含量悬浮物或脂类废水不同COD含量/（mg/L）生活污水T=17℃，HRT=3h，SRT=20d，OLR=5.6Gcod/（L.d）剩余污泥T=20℃，HRT=9.6h，SRT=1.4d，OLR=4.5gCOD/（L.d）奶制品废水T-20℃，HRT=4.5h，SRT=2d，OLR=21.2gCOD/（L.d）进水出水去除率/%进水出水去除率/%进水出水pH=4去除率/%总量697432382010±105129±10943890±431563±5360悬浮COD3551246533±1198320±84115±6764胶体COD1451110.727±592303±108235±84溶解性COD（非VFA）13895758±561265±101400±2921VFA脂类5910711±32±2290±0813±137987.水解-好氧生物处理工艺设计一、预处理设施预处理的目的之一是去除粗大固体物以及无机可沉固体，这对配水有特殊要求的水解池尤为重要。另外，不可生物降解的固体在水解反应器内的积累会占据大量的池容，反应器池容的减少最终将导致系统完全失效。一般预处理系统包括去除大的固体、较小颗粒的格栅和水力筛及去除砂和砾石的沉砂池。（1）格栅格栅是污水预处理的通用设施。为保证水解池布水系统不被堵塞，建议采用固定式格栅或回转筛、水力筛作补充处理。（2）除砂池对小型污水处理厂，由于污水流量变化较大，沉砂池设计的难点需要在变化的水量条件下保持系统中液体流速有相对不变的数值。因为较高的流速会降低无机固体在渠道中的去除效果，而较低的流速导致有机物与砂一起沉积。对于有一定规模的污水处理厂，可以考虑采用平流式沉砂池。在存在较多的砂和有机物共同沉淀的情况下，可采用体外洗砂装置，如螺旋洗砂器或水力固体螺旋洗砂器。考虑到后续水解处理工艺，一般不用曝气沉砂池作为预处理装置。二、水解池的详细设计要求1.反应器池体水解池一般可采用矩形或圆形结构。对于圆形反应器，在同样的面积下其周长比正方形的少12%，但是圆形反应器的这一优点仅仅在采用单个池子时才成立。当建立两个或两个以上反应器时，矩形反应器可以采用公用壁。对于采用公共壁的矩形反映器，池型的长宽比对造价也有较大的影响，因此如果不