水解酸化(什么是水解酸化？)

1.什么是水解酸化工艺？

厌氧生物反应包括水解、酸化和甲烷化三个阶段。反应分两个阶段控制:水解和酸化。悬浮有机物和大分子物质(碳水化合物、脂肪和脂类等。)可被微生物胞外酶水解成小分子，小分子有机物可被酸化菌转化为挥发性脂肪酸。在这个过程中，悬浮固体可以水解为溶解的有机物，难以生物降解的大分子物质可以转化为易于生物降解的小分子物质。

首先，水解反应器中的大量微生物快速截留和吸附进水中的颗粒和胶体物质，这是一种物理过程的快速反应。一般只需要几秒到几十秒就能完成。所以反应很快。截留物质吸附在水解酸化污泥表面，缓慢分解代谢，污泥在系统中的停留时间长于水力停留时间。在大量水解酸化菌的作用下，大分子和可生物降解的物质转化为可生物降解的小分子物质，然后重新释放到液体中。在高水力负荷下，它随水流出系统。由于水解菌和产酸菌的生成周期短，往往以分钟和小时计量，降解过程也很快。在这一过程中，虽然表面对溶解性BOD和COD的去除率只有10%左右，但由于颗粒有机物的水解使系统中溶解性有机物的浓度增加，溶解性BOD和COD的去除率远高于10%。但由于酸化过程的控制不能严格划分，污泥中仍可能存在少量产甲烷菌，可能产生少量甲烷。但是甲烷在水中的溶解度也很可观，所以气体生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、生物絮凝等物理化学过程于一体，集水解、酸化、甲烷化等生物降解功能于一体。

二。水解酸化工艺的反应器类型

酸化反应器主要包括升流式水解反应器、复合水解反应器和完全混合水解反应器。此外，水解反应器还可以包括其他厌氧反应器类型来实现水解酸化，如厌氧折流板反应器、厌氧接触反应器等。

1.上流水解反应器

上流水解反应器的示意图如图1所示。水解酸化微生物和悬浮物形成污泥层。在污水通过布水装置从反应器底部均匀上升到顶部出水堰的过程中，污泥层在水解酸化菌的作用下，可以截留污水中的悬浮物，降解有机物，提高污水的可生化性。

图1升流式水解反应器示意图

2.复合水解反应器

在复合水解反应器中(示意图见图2)，既有水解酸化污泥，又有水解酸化生物膜，形成水解酸化污泥和生物膜的复合体。反应器上部为填料床，下部为污泥床，中间留有一定的空空间供悬浮的絮状污泥和颗粒污泥停留，增加了反应器的生物量，延长了微生物与废水的接触时间。

图2复合水解反应器示意图

3.完全混合水解反应器

在完全水解反应器(示意图见图3)中设置搅拌装置，实现污水和污泥的完全混合，然后设置沉淀池，回流污泥，保证反应器内高污泥浓度。

图3完全混合水解反应器示意图

4.其他厌氧反应器

这类反应器主要利用现有的厌氧反应器类型来实现水解酸化，如厌氧折流板反应器、厌氧接触反应器等。这种反应器设计可以参考相应的厌氧反应器设计规范，本规范不再重复规定。

厌氧折流板反应器(ABR)的结构特点(见图4)是在反应器内布置折板，形成若干个升流式水解反应器，废水在反应器内沿折流板流动，提高了微生物与废水的混合接触。

图4厌氧折流板反应器

厌氧接触反应器的特点是水解酸化微生物固定在反应器内的特殊载体上，形成生物膜。微生物世代周期长，抗冲击负荷能力强。这类反应器的典型代表是厌氧滤池。

三、水解酸化工艺的应用

污水处理预处理采用酸化法，水解反应器可替代初沉池，拦截悬浮物，降解有机物，提高污水的可生化性。当原水中悬浮物浓度较高或可生化性较差时，可作为预处理方法，降低后续处理的负荷和难度。一般情况下，需要连接后续处理系统。

水解法一般用于原水中悬浮物浓度较高或可生化性较差的情况，作为预处理工艺，以减轻后续处理的负荷和难度。如果进水可生化性好，COD浓度大于1500mg/L，水解酸化反应器容易进入厌氧产甲烷阶段，影响工艺的运行。因此，应选择其他厌氧反应器。因此规定水解反应器进水COD浓度应小于1500 mg/L，对于可生化性差的污水，COD浓度对水解反应器影响不大，利用水解反应器可以提高污水的可生化性。

目前已知的水解酸化法对多种废水都非常有效，如城市污水、印染废水、制药废水、造纸废水、啤酒废水、化工废水、合成洗涤剂废水等。而且悬浮固体的去除率高，去除的悬浮固体可以在水解反应器中部分消化。水解反应器设计停留时间调查统计表见表1。

1.城市污水处理

迄今为止，水解-好氧生物处理工艺已应用于数十个城市污水处理厂，累计投资数十亿元，形成百万吨/日的处理能力。十几年的工程实践表明，水解-好氧生物处理工艺是我国开发的一种独立的城市污水处理工艺，具有投资少、运行费用低、能耗低的特点，为当前城市污水处理厂的建设提供了一种新的可行的技术途径。

江苏某城市污水处理厂日进水10万吨/日。由于进水含有大量工业废水，污水的COD高于正常城市污水，可生化性低于0.4。该厂采用水解-好氧生物处理工艺。水解反应器的水力停留时间为2.5 ~ 3h，在常温下运行，基本不产生沼气。工艺简单，成本低，管理方便。由于水解酸化法集生物降解、物理沉降和吸附于一体，污水中的颗粒和胶体污染物被截留、吸附和生物降解。水解反应器中BOD5、CODCr和SS的去除率分别为20～35%、30～45%和70～85%。同时，水解反应器提高了污水的可生化性，有利于后续的好氧处理。

2.印染废水处理

目前已知水解酸化法对印染废水、啤酒废水、制药废水、造纸废水、化工废水和合成洗涤剂废水有效。

印染废水具有有机物含量高、成分复杂、颜色深、pH值高、水质变化大等特点。它是国内外公认的难处理工业废水之一。近年来，由于新型纺织纤维的开发，聚乙烯醇(PVA)浆料、人造丝碱、新型添加剂等难降解有机物大量进入印染废水，使得废水的可生化性变差，传统的生物处理工艺受到严重挑战。某印染废水的BOD5/COD为0.15~0.3，可生化性一般，水中的有机物对微生物有一定的抑制作用。采用水解酸化-好氧处理工艺，水解反应器采用厌氧折流板反应器，水力停留时间为8~10h，使污水的BOD/COD升至0.3 ~ 0.45，为后续好氧生化处理创造了条件，去除了大部分色度。印染废水经该工艺处理后，COD、BOD5、色度和ss的去除率分别可达93%、94.6%、97%和89.2%，各项指标均达到国家排放标准。

3.造纸废水处理

造纸废水排放量大、成分复杂、污染严重、BOD5/COD比值小，是一种难降解废水。造纸废水的进水CODCr、BOD5和SS浓度分别为4120毫克/升、1630毫克/升和2080毫克/升。采用水解-好氧工艺，水解反应器的水力停留时间为5.8h。采用上流式水解反应器，水解反应器内悬挂弹性填料。处理后的出水CODCr、BOD5和SS浓度分别达到354mg/L、92.5mg/L和95.6mg/L，去除率分别达到91.4%、94.3%和95.4%，优于《造纸工业水污染物排放标准》(GB 4355-2001)。

4.制药废水处理

某制药生产废水主要来自妥布霉素、洛伐他汀和盐霉素钠盐的生产过程。该废水污染物浓度高、成分复杂、色度高、毒性大，含有表面活性剂、残留抗生素、硫酸根、溶剂等多种抑制性物质。水质水量波动较大，属于抗生素废水，具有一定的处理难度。进水中CODcr、BOD5和SS的浓度分别为4000 ~ 11000 mg/L、1300 ~ 6500 mg/L和100 ~ 500 mg/L。水解反应器中COD的去除率为18% ~ 25%。水解酸化后，BOD5/COD由0.152 ~ 0.218提高到0.436 ~ 0.496。废水的可生化性大大提高，为后续好氧工艺的稳定运行创造了条件。

5.啤酒废水处理

某啤酒厂废水处理工程采用水解-生物接触氧化工艺。进水中CODcr、BOD5和SS的浓度分别为1090 ~ 4410 mg/L、734 ~ 1810 mg/L和400 ~ 796 mg/L。经过半年多的手术，治疗效果稳定。水解反应器采用上流式水解反应器，水力停留时间为6h，而传统生物氧化法处理啤酒废水的HRT一般在10h以上，有的甚至超过17h。该工艺具有明显的节能效果。其次，啤酒废水经水解酸化后，BOD5/CODCr值由0.51提高到0.72，CODCr和BOD5的去除率分别为39.2%和14.2%。水解酸化可以达到更好的预处理效果，增加废水的可生化性，充分发挥后续好氧生物处理的作用，缩短整个工艺的水力停留时间，提高生物处理效率。

6.焦化废水处理

焦化废水中含有大量的萘、吡啶、喹啉、吲哚、联苯等难生物降解的杂环和多环芳烃。它是一种可生化性差的废水。焦化废水COD为1327mg/L，BOD5/CODCr为0.2，水解反应器停留时间为4小时。处理后，BOD5/CODCr升至0.32。经过水解酸化，废水中的难降解有机污染物转化为可生物降解的物质，生物氧化率由31.2%提高到51.2%。对于联苯和吡啶，不仅提高了生物降解性，而且基本消除了对生物的抑制作用。

7.纺织废水处理

在聚酯纤维的生产过程中，为了改善纤维性能，增强纤维的可纺性，需要使用纺丝油剂对纤维进行处理。纺丝油剂主要由一些抗静电剂、软化剂、渗透剂、润滑剂和一些乳化剂组成，乳化剂中还含有一些阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，如烷基磷酸钾、脂肪酸聚乙二醇酯、烷基醚硫酸钠等。这些含油废水的COD约为2000mg/L，而BOD5为350mg/L，BOD5/COD为0.18。各种物理化学处理花费很大，生化好氧处理产生很多泡沫。选择水解-好氧工艺，其中水解反应器停留时间为10h，投加软性纤维填料，好氧处理单元采用接触氧化法，停留时间为7 ~ 8h。经过水解酸化后，废水的BOD5/COD由0.18上升到0.20，COD和BOD值均有所上升，说明部分难降解物质经过水解酸化后变成了可生物降解的物质。水解酸化后，BOD5和COD的去除率在好氧处理后可达89%和89%，使得一般油浓度超过1000mg/L时不能生化处理的废水，在浓度高达2000mg/L时也能稳定生化处理。

四。水解酸化工艺存在的问题

1.水解酸化法的发展和应用时间短。由于水解酸化法设计的参考资料较少，工程设计中存在许多错误。水解酸化法的工艺效果难以发挥，影响了技术的推广。

2.水解酸化不同于传统的厌氧工艺，需要考虑其特有的布水和排泥等问题。不能简单套用，需要根据工艺要求合理施工。

3.水解酸化是厌氧降解的前两个阶段，需要合理的设计和调试。否则容易进入产甲烷阶段，难以实现水解酸化的功能。

4.水解酸化法已用于各行业的废水处理，其特定的工艺设计参数存在于各种工程应用中。目前还没有统一合理的设计标准。

动词 （verb的缩写）水解酸化工艺的运行和维护

1.操作控制器

(1)接种污泥

反应器可通过自然培养和二沉池接种活性污泥启动，应选择处理同一类型工业废水的接种污泥和厌氧消化池的污泥。全池容积污泥平均浓度可达5-10g/L，接种污泥的启动方式为原水SS浓度在100mg/L以下，污水中菌种较少时。如果污水可生化性差，污泥生长缓慢，此时不接种污泥直接启动水解反应器，启动周期达到3-6个月，短时间内出水水质几乎达不到要求。如果原水SS浓度高于100mg/L，可以不接种污泥启动。

(2)启动水解反应器

反应器启动时，应尽量在池底形成污泥层，可通过污水自然培养或加入一定量的接种污泥来加速。运行时，首先打开反应器的入口阀，观察反应器中的液位。一旦形成污泥层，就可以控制进水流量，确保污泥不会流失，直到达到设计水力负荷。启动过程通常需要2 ~ 6周。

(3)污泥排放

水解反应器污泥排放，特别是城市污水，具有水力负荷变化。高水力负荷下排泥的优点是容易控制泥面高度，缺点是高负荷下泥层膨胀率大，污泥浓度低，后续污泥浓度负荷大。水力负荷低，排泥浓度高，排泥量低。缺点是污泥层难以控制，过多的污泥排放会减少系统中的污泥总量，影响处理效果。新建污水处理厂最好采用高水力负荷排泥法，但运行一定时间后，对水量变化规律有一定了解后，采用低水力负荷排泥法。

升流式水解反应器的污泥层应保持在出口堰以下1.0~1.5m，否则，一旦系统完全充满污泥或在高水力负荷的情况下，由于污泥层膨胀的空间有限空，任何微小的污泥层都会膨胀，造成严重的污泥流失。污泥界面计可用于控制水解反应器中的污泥排放。

(4)pH值调节pH值是废水生物处理最重要的影响因素之一。通常水解酸化菌的适宜生长pH范围为4.0 ~ 9.0，指的是反应器内反应区的pH值。当pH值小于4或大于9时，水解反应器的出水效果变差，影响后续工艺的处理，导致系统出水不能稳定达标。为了使水解反应器中的pH值稳定在一个合适的范围内，在实际操作中，主要是通过向进水中加入碱性或酸性物质来实现的。经常添加的碱性物质主要有Na2CO3、NaHCO3、NaOH等。，酸性物质主要有盐酸等。石灰是一种碱性物质，成本低，但由于沉淀碳酸钙难以去除，碳酸钙逐渐占据反应器的有效容积，对反应器的运行有潜在的危害。所以石灰是一种容易出问题的碱性来源，使用前要检查。

中和剂应有一定的储存量和相应的储存设备。应在加药现场设置溶解、混合和加药设备。根据pH值调节，必要时应设置二次调节。

2.停止生产控制

对于工业废水处理，水解反应器可能因工厂维修或季节性生产而关闭。此次停车对反应器系统的维护没有明显影响，因为水解酸化微生物的活性可以在不进水的情况下长时间运行。

停工期间，应采取相应的防冻措施。停机后再启动，一般只需提高系统温度，然后按原运行中的平均负荷率进水，即可在短时间内达到停机前的效率水平。

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