发布于：2006-12-30 03:24:30
来自：环保工程/水处理
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一、水解(酸化)的概念
水解在化学上指的是化合物与水进行的一类反应的总称。比如，酯类物质水解生成醇和有机酸的反应。在废水生物处理中，水解指的是有机物(基质)进入细胞前，在胞外进行的生物化学反应。这一阶段最为典型的特征是生物反应的场所发生在细胞外，微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化氧化反应(主要包括大分子物质的断链和水溶)。研究表明，自然界的许多物质(如蛋白质、糖类、脂肪等)能在好氧、缺氧或厌氧条件下顺利进行水解。
酸化则是一类典型的发酵过程。这一阶段的基本持征是微生物的代谢产物主要为各种有机酸(如乙酸、丙酸、下酸等)。水解菌实际上是一种具有水解能力的发酵细菌，水解是耗能过程，发酵细菌付出能量进行水解的目的，是为了取得能进行发酵的水镕性基质，并通过胞内的生化反应取得能源，同时排除代谢产物（厌氧条件下主要为各种有机酸）。实际工程中希望将产酸过程控制在最小范围。因为酸化使pH值下降太多时，不利于水解的进行。
二、水解(酸化)与厌氧消化的区别
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)工艺和厌氧消化追求的目标不同，因此是截然不同的处理方法。水解(酸化)系统中的的目的主要是将原水中的非溶解态有机物转变为溶解态有机物，特别是工业废水处理，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。考虑到后续好氧处理的能耗问题，水解(酸化)主要用于低浓度难降解废水的预处理。在混合厌氧消化系统中，水解酸化是和整个消化过程有机地结台在一起，共处于一个反应器中，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，同时，产酸相对所产生的酸的形态也有要求(主要为乙酸)。此外，废水中如含有高浓度的硝咳盐、亚硝酸盐、硫酸盆、亚硫酸盐时，这些物质及其转化产物不仅对甲烷苗有毒，而且影响沼气的质量，也在产酸相中予以去除。
因此，尽管水解(酸化)一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，但由于三者的处理目的不同，各自的运行环境和条件存在着明显的差异，主要表现在以下几个方面：
(1)Eh不同
在混合厌氧消化系统中，由于完成水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共处于同一反应器中，整个反应器的氧化还原电位Eh的控制必须首先满足对Eh要求严格的甲烷菌，一般为一300mV以下，因此。系统中的水解(酸化)微生物也是在这一电位值下工作的。而两相厌氧消化系统中，产酸相的氧化还原电位一般控制在一100mV一一300mV之间。据研究，水解(酸化)一好氧处理工艺中的水解(酸化)段为——典型的兼性过程，只要置Eh控制在＋50mv以下，该过程即可顺利进行。
(2)pH值不同
在混合厌氧消化系统中，消化液的pH值控制在甲烷菌生氏的最佳pH范围，一般为6．8—7．2。而在两相厌氧消化系统中，产酸相的pH值一般控制在6．o一6．5之间，pH降低时，尽管产酸的速率增大，但形成的有机酸形态将发生变化，丙酸的相对含量增大，而丙酸对后续的甲烷相中的产甲烷菌会产生强烈的抑制作用。对于水解(酸化)一好氧处理系统来说，由于后续处理为好氧氧化，不存在丙酸的抑制问题，因此，控制的pH范围也较宽，从而可获得较高的水解(酸化)速率，一般pH维持在5．5—6．5之间。
(3)温度不同
三种工艺对温度的控制也不同，通常混合厌氧消化系统以及两相厌氧消化系统的温度均严格控制，要么中温消化(30一35oC)，要么高温消化(50一55oC)。而水解(酸化)一好氧处理工艺中的水解(酸化)段对工作温度无特殊要求，通常在常温下运行，也可获得较为满意的水解(酸化)效果。
三、影响水解(酸化)过程的主要因素
(1)基质的种类和形态
基质的种类和形态对水解(酸化)过程的速率有着重要影响。就多糖、蛋白质和脂肪三类物质来说，在相同的操作条件下，水解速率依次减小。同类有机物，分子量越大，水解越困难，相应池水解速率就越小。比如，就糖类物质来说，二聚糖比三聚糖容易水解；低聚糖比高聚糖容易水解。就分子结构来说，直链比支链易于水解；支链比环状易于水解；单环化合物比杂环或多环化合物易于水解。
(2)水解液的pH值 ’
水解液的pH值主要影响水解的速率、水解(酸化)的产物以及污泥的形态和结构。大量研究结果表明，水解(酸化)微生物对pH值变化的适应性较强，水解过程可在pH值宽达3.5—10.0的范围内顺利进行，但最佳的pH值为5．5—6．5。pH朝酸性方向或碱性方向移动时，水解速率都将减小。水解液pH值同时还影响水解产物的种类和含量。
3)水力停留时间
水力停留时间是水解反应器运行控制的重要参数之一。它对反应器的影响，随着反应器的功能不同而不同。对于单纯以水解为目的的反应器，水力停留时间越长，被水解物质与水解微生物接触时间也就越长，相应地水解效率也就越高。
(4)温度
水解反应是一典型的生物反向，因此．温度变化对水解反应的影响符合一般的生物反应规律，即在一定的范围内，温度越高，水解反应的速率越大。但研究表明，当温度在10一20 oC之间变化时，水解反应速率变化不大，由此说明，水解微生物对低温变化的适应较强。
(5)粒径
粒径是影响颗粒状有机物水解(酸化)速率的重要因素之—粒径越大，单位重量有机物的比表面积越小．水解速率也就越小。由于颗粒态有机物的粒径对水解速宰相效率影响较大，因此，一些研究者建议，对含颗粒态有机物浓度较高的废水或污泥，在进入水解反应器前可利用泵或研磨机破碎，以减小污染物的粒径，从而加快水解反应的进行。
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1 处理食品厂废水
（1）啤酒厂废水
采用水解酸化- 接触氧化- 气浮工艺处理, 经水解酸化处理后出水的BOD5/ CODCr由原来的0.51 提高至0.72。由于水解酸化段的这种对有机物的去除和对BOD5/ CODCr的改善, 不仅有利于后续好氧处理功能的充分发挥, 缩短了整个系统的总HRT , 而且使系统具有较强的抗冲击负荷能力而运行稳定。CODCr和BOD5去除率分别可达到96.9%和98.7%。
（2）屠宰厂废水
屠宰厂的废水的可生化性高, 但悬浮物浓度很高。需要预处理。采用的工艺为: 水解酸化- 生物吸附再生结合处理系统。CODCr去除率可达93%以上。
（3）淀粉厂废水
某淀粉加工厂排放的废水, 其中大分子物质较多，故采用水解酸化-接触氧化工艺处理。实验结果显示，原水经过水解阶段，BOD5/ CODCr 从0.69 上升到0.82, 使后续的好氧处理效率得到提高。CODCr 和BOD5 去除率分别可达到97%和98%。
2 处理化工类废水
（1）晴纶废水
某厂干法晴纶工艺废水采用两相厌氧反应器处理，出水BOD5/ CODCr由原来的0.43 上升到0.58～0.71，可生化性得到了很大的提高。
（2）苯胺类废水
某化工厂废水的可生化性不高, 不太适合生化处理。但采用厌氧水解- 生物接触氧化法处理这类化工废水。结果表明: 该工艺厌氧段能增强系统耐冲击负荷能力, 并有效地提高废水的可生化性, 使BOD5/CODCr值上升到0.4 。好氧段投加特效菌STR -Ni TRO 能有效地去除废水中的苯胺。最终CODCr 、BOD5 和苯胺的去除率分别为85.9%、78% 和97.8%。
（3）感光胶片废水
某胶片厂废水中存在多种可生化性不高的有机组分, 采用水解酸化- 活性污泥法串联处理工艺, 水解酸化HRT 为8h，处理效果后BOD/ CODCr有所提高，从0.47 提高到0.55。CODCr和BOD5 去除率分别可达到90%和95%。
3 处理制药类废水
（1）生物发酵药
某生物制药厂的废水是一种高COD 浓度、直接采用好氧法处理存在所需曝气时间长、运转费用高且处理效果不甚理想的问题。采用厌氧—好氧序列间隙式反应器进行处理, 使其BOD5/ CODCr由原来的0.34～0.39 升高到0.6～0.62, 使其可生化性大为提高, 而有利于后续好氧处理功能的发挥。研究表明, 整个系统运行稳定高效, COD 总去除率达78.9%～92.8%，出水COD 低于250～300mg/ L。
（2）中成药
某中成制药厂的废水由于其悬浮物浓度较高, 含有单宁、甙类、蒽醌、生物碱等许多不宜生物降解的有机物。采用了水解—好氧组合生物处理工艺。水解池出水同进水相比, 我们发现其CODCr并没有降低，而是pH 值降低, 挥发有机酸升高, BOD5/CODCr值提高，为后续好氧生物降解提供了保证。整个实验结果显示, CODCr去除率和BOD5去除率均大于90%，SS去除率大于85%，完全达到处理目的。
4 处理制浆类废水
（1）处理制浆中段废水
制浆中段废水由于其含有较高浓度(10～200mg/L)的氯代有机物, 因而对好氧处理将产生强烈的抑制作用。采用的工艺为水解酸化- 活性污泥法。研究表明，水解酸化- 好氧工艺不仅可将难生物降解的氯代有机物降解还原, 削弱乃至消除上述抑制作用, 提高废水的可生化性, 而且可借助于水解酸化污泥的吸附作用使废水中的部分木质素沉淀去除, 从而有利于提高好氧段的有机负荷并稳定和改善处理出水水质, CODCr去除率可达80%以上。
（2）处理龙须草制浆废水
龙须草制浆废水中含有大量难降解的木质素质及各种有毒的木质素降解产物。研究表明, 单独使用物化法、好氧法或厌氧法, 都不能获得满意的处理效果。而采用水解酸化预处理, BOD5/ CODCr由进水的0.5 提高到0.65 左右, 出水的可生化性大为提高, 为后续的好氧处理创造了良好的条件。
（3）处理浆粕黑液
浆粕黑液较难生物处理。采用完全混合式生物水解池, 对高分子有机物进行了预分解并提高了废水的可生化性。COD、SS 去除率分别为28%～38% ，54 %～68 % , VFA 提高3.4～4.7倍, BOD5/ CODCr提高13%。
5 处理染料类废水
染料生产废水因水中含有难降解的蒽醌和蒽酮及中间体,及磺酸盐、醇类等溶剂物质及和SO42- ,Cl - , Br - 等无机物, 使得废水难以生化处理。采用水解酸化- 好氧曝气方法来处理, 水解阶段降解了对生化处理有抑制作用的物质, 使得后续好氧反应顺利进行, 最终COD 去除率可以达到92%。
6 处理城市垃圾渗滤液
城市垃圾填埋场渗滤液是一种有毒有害的有机废水, 通常含有难以生物降解的蒽、1 - 甲基奈、二苯并噻吩、苯丙酸、芴、对甲酚和莰烯等多种杂环和多环化合物, 因而如不进行有效的处理, 则将造成严重的二次污染问题, 并影响垃圾卫生填埋技术的应用。
采用新型的厌氧反应器—ABR对按不同比例混合的渗滤液与城市污水的混合废水进行了水解酸化—好氧工艺的研究。研究表明, 借助于水解酸化作用明显地改善了混合废水的可生化性, 并促进了系统的处理效能和运行稳定性。经ABR 反应器处理后, 混合废水的BOD5/ CODCr由进水的0.2～0.3 提高到0.4～0.6，原水的BOD5/ CODCr越低则效果更为显著。其后续好氧处理的运行稳定性和处理效果比单独采用好氧工艺时得到显著的改善。
水解酸化工艺作为预处理, 可以比较明显地提高废水的可生化性, 为后续的好氧处理提供可靠的保证。对于含有大量悬浮物质和大分子物质的废水, 利用水解酸化作为厌氧反应器的预处理, 可以保证产甲烷反应器的稳定运行, 并可以大幅度地缩短处理时间。
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