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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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是厭氧的初級(jí)階段。在這個(gè)階段，主要通過(guò)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(guò)程的甲烷發(fā)酵提供底物。

總的來(lái)說(shuō)，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(lái)，我們就來(lái)好好說(shuō)道說(shuō)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(wú)氧條件下通過(guò)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(guò)程。

而在厭氧生化處理過(guò)程中，高分子有機(jī)物的厭氧降解過(guò)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(guò)細(xì)胞膜，不能為細(xì)菌直接利用，因此它們?cè)诘谝浑A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(guò)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(jiǎn)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(lèi)、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(guò)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(shì)

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(lèi)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(chēng)作水解酸化，是一種不徹底的有機(jī)物厭氧轉(zhuǎn)化過(guò)程，其作用在于使復(fù)雜的不溶性高分子有機(jī)物經(jīng)過(guò)水解和產(chǎn)酸過(guò)程，轉(zhuǎn)化為溶解性的簡(jiǎn)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(guò)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(guò)程中，根據(jù)廢水內(nèi)各類(lèi)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(guò)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(zhǎng)，負(fù)荷過(guò)大，也會(huì)引起某一物質(zhì)的含量過(guò)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(lèi)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(jiàn)圖 1，水解酸化微生物與懸浮物形成污泥層，污水通過(guò)布水裝置自反應(yīng)器底部均勻上升至頂部出水堰排出過(guò)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(jiàn)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(zhǎng)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(jiàn)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(lèi)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(lèi)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(jiàn)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(zhǎng)，耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，此類(lèi)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(wèn)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(wèn)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(lèi)、CO、二甲苯以及甲苯通過(guò)這樣的工藝能夠被快速除去。

由此可見(jiàn)，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(wú)毒、廢水處理簡(jiǎn)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(guó)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(lèi)和顆粒粒徑

基質(zhì)不同，其水解難易亦不同?；|(zhì)的種類(lèi)對(duì)水解酸化過(guò)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(lèi)型有機(jī)物來(lái)說(shuō)，分子量大的要比分子量小的更難水解；從分子結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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(zhǎng)，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(guò)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(wú)法保證水解池的去除效果。

06

寫(xiě)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。