水解酸化池设计

水解池设计

DesignofHUSB

1.水解〔酸化〕工艺简介北京市环境保护科学研究院在20世纪80年代初开发了水解〔酸化〕-好氧生物处理工艺。经过十多年的开发，围绕水解好氧技术已经形成一套完整的工艺技术。〔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处理中，如印染、纺织、轻工、酿酒、化工、焦化、造纸等行业的工业废水工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology2.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，以便形成各自的最正确环境。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。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology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工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology在水解反响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。水解池是把反响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，从而减少反响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、固三相别离器，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。反响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、第二阶段反响迅速，故水解池体积小，与初次沉淀池相当，节省基建投资。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology3.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响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说明，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%。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology5、在低温条件下仍有较好的去除效果水解反响器之所以在低温条件下仍有如此高的去除率，因为水解池属于升流式污泥床反响器，这种反响器保持大量的水解活性污泥，污泥平均浓度到达15g/L，由于生物量大，大量水解活性污泥形成的污泥层，在有机物通过时将其吸附截留，这延长了污染物在池内的停留时间，从而保证了去除率。6、有利于好氧后处理不同工艺处理北京高碑店城市污水实验结果比照项目传统工艺曝气池运行水解-好氧工艺曝气池运行穿孔管曝气中微孔曝气穿孔管曝气中微孔曝气停留时间/h864.5844气水比15:114:14.9:16.2:17.3:13.8:1回流比505060605050污泥指数SVI26523923125927370.8出水SS浓度/（mg/L）15.186.711.620.217.4出水COD浓度/（mg/L）150162.014891.687.685.1出水BOD浓度/（mg/L）9.829.512.08.812.66.6工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology7、可以同时到达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。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology水解反响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响，一般只要几秒到几十秒即可完成，因此，反响是迅速的。截留下来的物质吸附在水解污泥的外表，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，水解反响器集沉淀、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。这些过程在水解反响器中得到了强化，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

工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology5.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响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，工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology2、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响后，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，这是水解反响的第二个显著特点。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。这说明水解反响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。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology3、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。需氧量的差异，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响时间两者相差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%。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology6.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和外表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〕和外表活性剂。如采用常规好氧方法处理，那么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和外表活性剂断链，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、涤纶纺丝油剂废水工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology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，而厌氧反响利用的酸性发酵阶段。其中厌氧反响停留时间10h，采用软性纤维填料反响器，好氧采用7-8h的接触氧化法。实践中发现经过厌氧反响，B/C比例从0.18上升到0.20，并且经厌氧反响后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〕经厌氧反响后易于生物降解了。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±13798工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology7.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响器内的积累会占据大量的池容，反响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。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology二、水解池的详细设计要求1.反响器池体水解池一般可采用矩形或圆形结构。对于圆形反响器，在同样的面积下其周长比正方形的少12%，但是圆形反响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响器时，矩形反响器可以采用公用壁。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，因此如果不考虑地形和其他因素，这是一个在设计中需要优化的参数。水解池依据水力停留时间进行设计时，反响器体积可根据停留时间计算。2.反响器的几何尺寸〔1〕反响器的高度选择适当高度的原那么应从运行上的要求和经济方面综合考虑。从运行上选择反响器的高度要考虑如下影响因素：高流速增加系统扰动，因此增加污泥与进水有机物之间的接触；过高的流速会引起污泥流失，为保持足够多的污泥，上升流速不能超过一定的限值，从而反响器的高度也就会受到限制；土方工程随池深〔或深度〕增加而增加，但占地面积那么相反；高程选择应该使得污水〔或出水〕可以不用提升或降低提升高度；考虑气候和地形条件，池子建造在半地下可减少建筑费用和保温费用；反响器的经济高度〔深度〕一般是在4-6m之间，在大多数情况下这也是系统最优的运行范围。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology〔2〕反响器的面积和反响器的长、宽度高度确定后，可以计算出反响器的截面积。在确定反响器的容积和高度后，对矩形池必须确定反响器的长和宽。从目前的实践看，反响器的宽度<10m〔单池〕是成功的。反响器长度在采用渠道或管道布水时不受限制。〔3〕反响器的升流速度反响器的高度与上升流速〔v〕之间的关系表示如下：v=Q/A=V/〔HRT·A〕=H/HRT式中V、A表示反响器的容积和截面积。水解反响器的上升流速最大上升流速在持续时间超过3h的情况下vmax≤1.8m/h工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology废水种类COD去除率/%SS去除率/%BOD/COD水力停留时间污泥水解率/%生活废水30-50>80提高2-430-50造纸综合废水30-50>80大为提高4-650印染废水<10很低大为提高6-1050焦化废水<1080大为提高450啤酒废水40-5080-90不变2-430-50屠宰废水30-5080-90不变2-430-50三、反响器的配水系统1.配水孔口负荷水解池良好运行的重要条件之一是保障污泥和废水之间的充分接触，因此系统底部的布水系统应该尽可能地均匀。水解反响器进水管的数量是一个关键的设计参数，为了使反响器底部进水均匀，有必要采用将进水均匀分配到多个进水点的分配装置。一个进水点效劳的最大面积是应该进行深入研究的问题。下表是Lettings等人根据UASB反响器的大量实践，对于处理主要含溶解性COD废水时推荐的进水管口负荷。由于UASB反响器与水解池存在一定的差异〔主要是水解池不产生沼气〕，其混合程度较差，仅作为考虑问题时的参考。对于低浓度城市污水，主要设计参数是停留时间而不是有机负荷。污泥状态每个进水口负荷面积/m2COD负荷/kg/（m3/d）凝絮状污泥干固体（DS）含量>40kg/m30.5～11～22～3<1.01～2>2中等浓度絮状污泥120～40kg/m31～22～5<2>2工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology2〕配水方式适当设计的进水分配系统对于一个运转良好的水解系统是至关重要的。水解池进水系统有多种形式，进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了保证这两个功能的实现，需要满足如下原那么：1〕确保各单位面积的进水量根本相同，以防止短路等现象发生；2〕尽可能满足水力搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合；3〕很容易观察到进水管的堵塞状况；4〕当发现的色后，很容易被去除。〔1〕一管一孔配水方式工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology为了确保进水可以等量分布在反响器截面，每个进水管线仅仅与一个进水点相连是最为理想的情况，上图所示为一种专利布水装置。这种配水系统的特点是一根配水管只效劳于一个配水点，只要保证每根配水管流量相等，即可取得等流量的配水要求，为了保证每一个进水点到达其应得的进水流量，建议采用高于反响器的水箱式〔或渠道式〕进水分配系统。这种情况下的一个好处是可以容易用肉眼观察堵塞状况。这类配水方式很容易通过在进水管或渠道与分配箱之间的三角堰来保证等量的进水，在恰当地调整每箱中三角咽水位后获得均匀的流量分配。配水系统的形式确定后，就可进行管道布置、计算管径和水头损失，根据水头损失和反响器〔或配水渠〕水面至调节池〔或集水池〕水面高程差计算进水水泵所需的扬程，可以选择适宜的水泵。在由较长的进水布水渠道分配到很多堰的情况时，沿池长由于水位差问题可能出现分配不均匀，这时可以通过适当地配置进水分布渠道的尺寸来防止。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology采用在反响器池底配水横管上开孔的方式布水，其中几个进水孔由一个进水管负担。为了配水均匀，要求出水流速不小于2.0m/s，使出水孔阻力损失大于空孔管的沿程阻力损失。为了增大污水在出水孔的流速，可采用脉冲间歇进水。配水管的直径最好不小于100mm，配水管中心距池底一般位20-25cm。在一根管上均匀布水虽然在理论上是可行的，但在实际中往往是不可实现的，因为这种系统随着时间有些孔口将不可防止发生堵塞。而进水将从没有堵塞的其他孔口重新分配，从而导致在反响器池底的进水分布不均匀，因此应该尽可能防止在一个管上有过多的孔口。目前这种布水方式已较少采用。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology〔2〕一管多孔配水方式〔3〕分枝式配水方式在分枝式配水系统中配水均匀性与水头损失是一对矛盾。考察一组采用大阻力配水系统，即孔口直径较小，孔口流速较大，这时配水均匀程度很好，但水头损失较大；第二组将孔口适当扩大，这时配水均匀性没有很大改变，水头损失较小，处理效率不受影响。因此，采用小阻力配水系统，可减少水头损失和系统的复杂程度。为了配水均匀一般采用对称布置，各支管出水口向下距池底约20cm，位于所效劳面积的中心。如下图位15000m3/d污水处理厂厌氧反响器的分枝式布水形式。管口对准池底所设的反射锥体，使射流向四周散开，均布于池底。这种形式的配水系统的特点是采用较长的配水支管增加沿程阻力，以到达布水均匀的目的。只要施工安装正确，配水根本能够到达均匀分布的要求。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology四、管道设计采用穿孔管布水器〔一管多孔或分枝状〕时，不宜采用大阻力配水系统，需考虑设反冲洗装置，采用停水分池分段反冲。用液体反冲时，压力为100-200kPa，流量为正常进水量的3-5倍；用气反冲时，反冲压力大于100kPa，气水比〔5-10〕：1。管道设计时需注意以下问题：1〕进水采用重力流〔管道及渠道〕或压力流，后者需设逆止装置；2〕水力筛缝隙>3mm，出水孔>15mm，一般在15-25mm之间；3〕单孔布水负荷2，出水孔处需设置45°导流板；4〕采用布水器时，从布水器到布水口应尽可能少地采用弯头等非直管；5〕污水通过布水器进入池内时会吸入空气，大于2.0mm的气泡以的速度上升，在管道垂直段的流速〔或顶部〕应低于这一数值；6〕管径的上部应大于下部，可适当地防止大的空气泡进入反响器；7〕反响器底部采用较小直径的管道以产生较高的流速，从而产生较强的扰动，使进水与污泥之间密切接触；8〕为了增强污泥和废水之间的接触和减少在底部进水管的堵塞，建议进水点距反响器池底100-200mm。工业废水污染防治Prevention&TreatmentofTradeWastewater安徽工程科技学院生化系AnhuiUniversityofScienceandTechnology五、出水收集设备1〕水解