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來源：環(huán)保水處理

在眾多的污水處理工藝中，水解酸化一直是不可忽視的存在。 

水解酸化，簡單來說就是厭氧的初級(jí)階段。在這個(gè)階段，主要通過胞外酶的作用將水中的高分子有機(jī)物分解成為小分子的有機(jī)物。

不同工藝水解酸化的處理目的不同。比如耗氧生物處理工藝中的目的是將原有廢水中的非溶解性有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑杂袡C(jī)物，而混合厭氧消化工藝中的水解酸化目的是為混合厭氧消化過程的甲烷發(fā)酵提供底物。

總的來說，水解酸化工藝有機(jī)物去除率高，廢水處理濃度高，水處理能力大，耐沖擊負(fù)荷，運(yùn)行成本低，在污水處理中依然起著重要作用。

接下來，我們就來好好說道說道水解酸化工藝。

01水解酸化工藝原理

廢水厭氧生物處理是指在無氧條件下通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程。

而在厭氧生化處理過程中，高分子有機(jī)物的厭氧降解過程可以被分為四個(gè)階段：

1、水解階段

高分子有機(jī)物相對(duì)分子量巨大，不能透過細(xì)胞膜，不能為細(xì)菌直接利用，因此它們在第一階段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。

例如：纖維素被纖維素水解酶水解為纖維素二糖與葡萄糖，淀粉被水解為淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)酶水解為多肽與氨基酸等。這些小分子的產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。

2、發(fā)酵（或酸化）階段

在這一階段，上述小分子的化合物在發(fā)酵細(xì)菌（即酸化菌）的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外。

這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時(shí)，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，因此未酸化廢水厭氧處理時(shí)產(chǎn)生更多的剩余污泥。

3、乙酸階段

在此階段，上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。

4、產(chǎn)甲烷階段

這一階段里，乙酸，氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。

利用前面的水解酸化階段可以使廢水中有機(jī)大分子物質(zhì)被細(xì)胞外酶分解為小分子，這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用，可改善廢水的可生化性。

02水解酸化工藝優(yōu)勢

1、厭氧生物處理

厭氧生物處理是經(jīng)大量微生物的協(xié)同作用共同完成的。

根據(jù)有機(jī)物所達(dá)到的分解程度的不同，厭氧處理可以分為兩種類型：酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵。前者是以有機(jī)酸為主要發(fā)酵產(chǎn)物，而后者則以甲烷為主要發(fā)酵產(chǎn)物。

所謂酸發(fā)酵也稱作水解酸化，是一種不徹底的有機(jī)物厭氧轉(zhuǎn)化過程，其作用在于使復(fù)雜的不溶性高分子有機(jī)物經(jīng)過水解和產(chǎn)酸過程，轉(zhuǎn)化為溶解性的簡單低分子有機(jī)物。

2、有效去除能力

因?yàn)閺U水多為酸性，故廢水處理時(shí)通常會(huì)用 Na2CO3 對(duì)廢水進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其從酸性變?yōu)閴A性，從而增強(qiáng)緩沖能力。

另需注意的一點(diǎn)是，微生物的數(shù)量會(huì)隨著 pH 值的變化而變化。所以，如果將 pH 值始終保持為4.8，廢水中有機(jī)物就會(huì)加快反應(yīng)與擴(kuò)散的速度，數(shù)量明顯減少，進(jìn)而提升了技術(shù)的去污能力。

3、總磷的去除

用該技術(shù)處理廢水中的總磷，是用微生物同化的方式，因此，磷的消除率取決于產(chǎn)生的微生物數(shù)量。

而水解酸化技術(shù)處理廢水的過程中，會(huì)根據(jù)這一特點(diǎn)，適當(dāng)增加微生物的數(shù)量，待這些微生物的數(shù)量與廢水內(nèi)微生物融合后，可高效率地與磷發(fā)生反應(yīng)以減少磷的數(shù)量。

4、提高可生化性

該技術(shù)的最大功效即為提高生化性。它是指廢水處理的過程中，根據(jù)廢水內(nèi)各類物質(zhì)的特點(diǎn)，用不同的方式優(yōu)化廢水的處理，并逐步提升可生化性。

這項(xiàng)工藝已經(jīng)可以處理大分子的有機(jī)物，完成時(shí)間為3h，使處理更加高效，盡量完全消除廢水中的有機(jī)物。

5、較強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力

實(shí)際處理廢水的過程中，容積負(fù)荷可直接影響最終的處理效果。如果負(fù)荷較小，會(huì)抑制微生物的生長，負(fù)荷過大，也會(huì)引起某一物質(zhì)的含量過高，失去對(duì) pH 值的控制。

所以，合理控制容積負(fù)荷的大小，是提高廢水處理效率的保證。數(shù)據(jù)證明，當(dāng) BOD5 容積負(fù)荷在 1.14～6.56kg/m3/d 之間時(shí)，有較強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力。

03水解酸化工藝的反應(yīng)器類型

水解酸化反應(yīng)器主要包括升流式水解反應(yīng)器、復(fù)合式水解反應(yīng)器及完全混合式水解反應(yīng)器。此外，水解反應(yīng)器還可以包括采用其他厭氧反應(yīng)器型式實(shí)現(xiàn)水解酸化的反應(yīng)器，如厭氧折流板反應(yīng)器、厭氧接觸反應(yīng)器等。

1、升流式水解反應(yīng)器

升流式水解反應(yīng)器的示意圖見圖 1，水解酸化微生物與懸浮物形成污泥層，污水通過布水裝置自反應(yīng)器底部均勻上升至頂部出水堰排出過程中，污泥層可截留污水中懸浮物，并在水解酸化菌作用下降解有機(jī)物、提高污水可生化性等。

升流式水解反應(yīng)器示意圖

2、復(fù)合式水解反應(yīng)器

復(fù)合式水解反應(yīng)器（示意圖見圖2）內(nèi)既存在水解酸化污泥，又存在水解酸化生物膜，形成水解酸化污泥和生物膜的復(fù)合體。反應(yīng)器上部為填料層，下部為污泥床，中間留出一定的空間以便懸浮狀態(tài)的絮狀污泥和顆粒污泥停留，增加了反應(yīng)器的生物量，延長了微生物與廢水的接觸時(shí)間。

復(fù)合式水解反應(yīng)器示意圖

3、完全混合式水解反應(yīng)器

完全混合式水解反應(yīng)器（示意圖見圖3）內(nèi)設(shè)置攪拌裝置實(shí)現(xiàn)污水和污泥的完全混合，其后設(shè)置沉淀池并回流污泥以保證反應(yīng)器內(nèi)有較高的污泥濃度。

完全混合式水解反應(yīng)器示意圖

4、其他厭氧反應(yīng)器

此類反應(yīng)器主要利用已有厭氧反應(yīng)器型式實(shí)現(xiàn)水解酸化，如厭氧折流板反應(yīng)器、厭氧接觸反應(yīng)器等。此類反應(yīng)器設(shè)計(jì)可參考相應(yīng)的厭氧反應(yīng)器設(shè)計(jì)規(guī)范，本規(guī)范中不再重復(fù)規(guī)定。

厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）（見圖 4）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是反應(yīng)器中設(shè)置折板形成數(shù)個(gè)升流式水解反應(yīng)器，廢水在反應(yīng)器內(nèi)沿折流板流動(dòng)，提高了微生物與廢水的混合接觸作用。

厭氧折流板反應(yīng)器

厭氧接觸反應(yīng)器的特點(diǎn)是水解酸化微生物固定在反應(yīng)器內(nèi)特設(shè)的載體上形成生物膜，微生物的世代期較長，耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，此類反應(yīng)器的典型代表為厭氧濾池。

04

水解酸化工藝的應(yīng)用領(lǐng)域

水解酸化的作用被廣受關(guān)注是因?yàn)楫a(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離。

對(duì)于許多難生物降解的廢水，如生物化工廢水、石油化工廢水、精細(xì)化工廢水等，在其常規(guī)的生化處理前添加一個(gè)水解酸化預(yù)處理單元（即 HRT 很短的厭氧處理單元），可以在很大程度上提高生化處理的效果。

1、在紡織印染廢水領(lǐng)域中的應(yīng)用

印染廢水處理的主要問題是：印染廢水量大，成分復(fù)雜，生物難降解物多，脫色困難，運(yùn)行費(fèi)用高，因此對(duì)印染廢水的處理也必須要選擇恰當(dāng)?shù)墓に嚱M合去完成。

用水解酸化 -- UASB -- SBR 組合法處理印染廢水，酸化池采用厭氧折流方式，培養(yǎng)酸化菌，可以有效克服印染廢水可生化性差的問題。

2、在處理生活污水領(lǐng)域中的應(yīng)用

在處理城市生活污水時(shí)候， 可以采用水解--好氧工藝的原理， 使用將污水與污泥處理合二為一的高效組合水解池——三相生物流化床流程。

這種水解池對(duì)懸浮物有較高的去除率， 但是對(duì) COD、BOD5、TN 和 TP 的去除率一般。

3、在石油化工廢水領(lǐng)域中的應(yīng)用

煉油生產(chǎn)的石腦油以及重油或者輕油是石油化工廢水在進(jìn)行熱裂解反應(yīng)時(shí)候的主要原料。這個(gè)反應(yīng)能夠產(chǎn)生比如乙烯、丙烯、丁烯等一些化工原料，各種各樣的有機(jī)化學(xué)產(chǎn)品能夠在后續(xù)的反應(yīng)當(dāng)中被合成。

對(duì)此，主要采用水解酸化--反應(yīng)沉淀--接觸氧化組合工藝。石化廢水當(dāng)中的苯酚、石油類、CO、二甲苯以及甲苯通過這樣的工藝能夠被快速除去。

由此可見，水解酸化工藝不但能夠在廢水的可生化性上有很大的改善作用，同時(shí)還能夠?qū)U水當(dāng)中的有機(jī)物進(jìn)行有效的去除，讓后續(xù)的耗氧處理能夠順利的進(jìn)行。

數(shù)據(jù)表明，水解酸化工藝是具備先進(jìn)技術(shù)的一種處理廢水的方法，還有著很高的 CODcr 去除率，同時(shí)其投資成本也比較低，特別適合用在難降解石油化工以及高濃度有機(jī)廢水的處理。

4、在精細(xì)化工廢水領(lǐng)域的應(yīng)用

精細(xì)化工業(yè)廢水中的污染物多為成份復(fù)雜、有毒有害和難降解的有機(jī)物質(zhì)，治理成本高且難度大，其難點(diǎn)即在于如何有效去除廢水中的有毒污染物，從而使廢水無毒、廢水處理簡單化。

因此，可以采用混凝-水解酸化-二級(jí)接觸氧化處理工藝，應(yīng)用后，有機(jī)廢水的出水水質(zhì)符合國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即COD≤500mg/L，BOD≤300mg/L。

水解酸化不但可以提高廢水的可生化性，而且還對(duì)水質(zhì)變化起緩沖作用。

05水解酸化的影響因素

1、基質(zhì)的種類和顆粒粒徑

基質(zhì)不同，其水解難易亦不同?；|(zhì)的種類對(duì)水解酸化過程的速率有重要影響。如脂肪、蛋白質(zhì)、多糖在其他條件相同的條件下，水解速率逐漸增大；對(duì)同類型有機(jī)物來說，分子量大的要比分子量小的更難水解；從分子結(jié)構(gòu)來說，水解難易程度為直鏈結(jié)構(gòu)＞支鏈結(jié)構(gòu)＞環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且單環(huán)化合物易于雜環(huán)化合物。污染物的顆粒的大小對(duì)水解速率的影響也很大。顆粒粒徑越大，單位重量的比表面積就小，越難于水解。因此，對(duì)于顆粒大有機(jī)污染物濃度較高的廢水或污泥，先破碎后再進(jìn)入水解池，加速水解（酸化）速率。

2、容積負(fù)荷

容積負(fù)荷是水解過程的重要工藝參數(shù)之一，它反映了進(jìn)水濃度與停留時(shí)間對(duì)厭氧過程的綜合影響。對(duì)于水解反應(yīng)器，容積負(fù)荷設(shè)計(jì)取值較低，提高水力停留時(shí)間，使污染物質(zhì)與水解微生物接觸時(shí)間加長，溶解出COD濃度變高，水解也越完全。對(duì)于對(duì)于城市污水，水解反應(yīng)可在很短時(shí)間內(nèi)完成，容積負(fù)荷可取相對(duì)較高值；而對(duì)于工業(yè)廢水比例較大的的污水，容積負(fù)荷需根據(jù)廢水性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3、配水系統(tǒng)

水解池良好運(yùn)行的重要條件之一是保障污泥和廢水之間的充分接觸，因此系統(tǒng)底部的布水系統(tǒng)應(yīng)該盡可能地均勻。水解反應(yīng)器的配水系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為了使反應(yīng)器底部進(jìn)水均勻，有必要采用將進(jìn)水均勻分配到多個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的分配裝置。

4、上升流速

為確保水解反應(yīng)器中泥水的充分接觸及出水水質(zhì)，水解池的上升流速應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。當(dāng)上升流速偏低時(shí)，大量的較密實(shí)的活性污泥沉積在水解池的底部，在污水上升的過程中，泥水不能充分接觸反應(yīng)，從而導(dǎo)致了去除效果較差。當(dāng)上升流速偏高時(shí)，會(huì)造成水解池的活性污泥大量流失。出水帶泥，一方面對(duì)后續(xù)好氧生化處理的微生物造成毒性，另一方面無法保證水解池的去除效果。

06寫在最后

水解酸化工藝作為預(yù)處理，可以比較明顯地提高廢水的可生化性，為后續(xù)的好氧處理提供可靠的保證。

對(duì)于含有大量懸浮物質(zhì)和大分子物質(zhì)的廢水，利用水解酸化作為厭氧反應(yīng)器的預(yù)處理，可以保證產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行，并可以大幅度地縮短處理時(shí)間。

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