污水处理水解酸化工艺

长期以来，好氧生物处理技术在污水处理领域一直占据着重要地位。但近年来，随着越来越多的合成有机物和有毒有害化学物质的出现，污水处理，尤其是工业污水的处理难度越来越大，传统的好氧生物处理技术已经不能满足需要。而且好氧工艺运行费用高，剩余污泥的处理或处置一直是个难题。水解酸化技术以其高效、低耗、低投资的特点逐渐成为人们关注的焦点。

顾名思义，水解酸化具有水解酸化的特点。水解是指大分子有机物在被微生物利用之前，在细胞外降解为小分子有机物的生化反应。它是酸化有机物降解的加速过程，因为它进一步将水解的小分子有机物转化为简单化合物并分泌到细胞外。在污水处理工艺中，通过水解酸化过程中的高污泥浓度和厌氧环境，实现污水中难降解有机物的分解和去除，降低处理成本，提高处理效率。

一、水解酸化工艺的原理

有机物厌氧生物降解过程可分为四个阶段:一是水解阶段，微生物通过释放胞外游离酶或附着在细胞外壁的固定化酶完成生物催化氧化反应；二是发酵(或酸化)阶段，酸化细菌将这些小分子转化为更简单的化合物并分泌到细胞外，主要产物为挥发性脂肪酸、醇类、乳酸等。第三阶段是乙酸生产，即前一阶段的产物进一步转化为乙酸、氢气、碳酸和新的细胞物质；第四阶段是产甲烷，即前一阶段的产物转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。

水解酸化工艺是一种兼顾产甲烷菌和产酸菌生长速度不同，在反应时间较短的厌氧处理第一、二阶段控制厌氧处理的工艺，即在大量水解菌和酸化菌的作用下，将不溶性有机物水解为可溶性有机物，将难以生物降解的大分子物质转化为易于生物降解的小分子物质，从而提高有机废水的可生化性，为后续处理打下良好基础。

二、水解酸化工艺的特点

水解酸化工艺具有突出的特点:

①水解酸化阶段的产物主要是小分子有机物，具有良好的可生物降解性，为好氧工艺提供了良好的进水水质条件，提高了好氧处理的效率。同时利用产酸菌种类多、繁殖速度快、对环境条件适应性强等特点，简化操作条件的控制，减小设备体积，减少后续处理的反应时间和能耗。

②厌氧工艺的污泥产量远低于好氧工艺(仅为好氧工艺的1/10-1/6)，且矿化度高，易于处理。同时，后续好氧处理产生的剩余污泥可在必要时回流至厌氧段，增加厌氧段的污泥浓度，降低污泥处理量；

③厌氧处理去除废水中的有机物，可以降低好氧阶段的需氧量，节省整个工艺的运行费用。不需要密闭的罐体和水气固三相分离器，水解酸化阶段反应迅速，水解池体积小，降低了工程成本；

④水解酸化控制在第二阶段厌氧消化完成之前，所以出水没有厌氧发酵的臭味，可以改善污水处理厂的环境；

⑤水解酸化池抗冲击负荷能力强，能起到很好的缓冲作用；水解酸化池具有水力停留时间短、建设费用低、运行费用低、动力消耗低、污泥水解率高等优点，可减少脱水机运行时间，降低能耗。因此，水解酸化池的稳定性和经济性远远优于其他工艺。

三。影响水解和酸化的因素

水解酸化过程受多种因素影响，包括污水的成分、水力停留时间、营养物质、pH值、温度、粒径和污泥浓度等，因此选择合适的运行参数对保证处理效果至关重要。

3.1污水的成分

在相同条件下，相对分子量越高，分子结构越复杂，水解酸化越困难，水解率越低。比如糖类有机物比蛋白质和月芝更容易水解，单糖比多糖更容易水解，直链比支链更容易水解。

3.2水力停留时间

不同水解底物的水解难度不同，反应器的水力停留时间也不同。因此，水力停留时间的取值应根据同类型工程经验数据，或通过小型或中试试验确定。对于同一类型的废水，水力停留时间越长，水解物与水解微生物的接触时间越长，水解程度越完全。但当超过一定限度时，COD去除率没有明显变化。这是因为在一定程度上，水解酸化主要是改变有机物的形态，即溶解态COD浓度会更高，但对总COD浓度的变化影响不大。因此，在实际工程建设中，应综合考虑工程的投资和经济效益，选择合适的水力停留时间，提高废水的可生化性，达到较高的COD去除效率。

3.3营养素

在实际工程应用中，工业废水往往缺乏营养物质(如氮、磷和微量元素)，不能满足微生物的需要。因此，需要对处理对象的成分进行详细调查，适当补充营养物质的不足，否则会影响水解酸化的效率。

3.4 pH值

PH值主要影响水解速率、水解酸化产物的种类和含量以及污泥的形态和结构。酸化菌对pH的适应性很强，在3.5-10.0范围内都能正常工作，最佳值为5.5-6.5。当pH向酸性或碱性方向移动时，水解速率会降低，水解酸化反应器的出水效果变差，影响后续工艺的处理，往往导致系统出水不达标。

3.5温度

根据一般的生物反应规律，在一定范围内，温度越高，水解反应速率越大。而当温度从10℃变化到20℃时，水解酸化的反应速率变化不大，说明水解酸化微生物对低温变化有很强的适应性。

3.6颗粒尺寸

对于颗粒状有机物，粒径越大，水解速率越低。因此，颗粒有机物浓度高的废水或污泥在进入水解反应器前，可以用泵或粉碎机进行粉碎，以减小污染物的粒径，加快水解反应。

3.7污泥浓度

污泥浓度是水解酸化池最重要的控制参数之一。酸化池功能完成的重要条件之一是维持反应器中厌氧微生物的高浓度污泥。由于污泥受到自身在重力场中的沉淀和污水自下而上的向上运动，污泥可以与污水充分接触，达到良好的截留和水解酸化效果。一般情况下，建议将污泥浓度控制在10-20g/L，以达到良好的效果。

四。水解酸化工艺对后续处理的影响

①水解酸化池出水B/C值增大，增加了出水溶解性有机物的比例。同时，反应器内较高的污泥浓度对水解起到了很好的拦截作用，在有机物通过时对其进行吸附和拦截，增加了有机物的停留时间，消除了难降解物质对后续生化处理的抑制，使后续好氧处理工艺的选择范围更加灵活。

②水解酸化池出水的NH3-N基本保持在20-30mg/L，降低了后续工艺的氨氮负荷，提高了出水的稳定性。

③水解酸化反应水解后的溶解COD和BOD5量增加，可生化性强，有利于后续好氧处理，后续需氧量也大大降低。保持气水比为4: 1可以保证碳化和硝化的需氧量，降低后续运行成本。

④水解酸化反应有机物去除率高，COD平均去除率40%-50%，悬浮物去除率高。这些因素对后续处理非常有利，后续工艺的停留时间和曝气量相应减少，总基建投资、能耗和运行费用可同比降低30%-50%。

动词 （verb的缩写）水解酸化反应器的类型

根据废水的不同性质和后续处理工艺的不同类型，水解酸化反应器根据反应器内微生物的生长状态可分为三种类型:悬浮反应器、接触反应器和复合反应器。

悬浮反应器包括两种类型:完全混合式和污泥床式。在完全混合水解酸化反应器中设置搅拌装置，实现完全混合，然后设置沉淀池，回流污泥，保证较高的污泥浓度，适用于高固含量的污水；污泥床反应器中水解后的污泥可以很好的保留在反应器中，污泥层对悬浮物有很强的截留作用。之后一般不设沉淀池，适用于悬浮物浓度相对较低的城市污水和难降解工业废水。由于水解酸化菌难以形成致密的絮体，容易流失，且难以维持反应器内的污泥浓度，工程上常采用接触式反应器。

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，在其表面形成一层主要由生物细胞组成的生物膜。该微生物世代周期长，抗冲击负荷能力强，对水质变化大、阻力大的有机废水具有稳定的处理效果。

复合反应器中既有水解酸化污泥，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。复合反应器一般采用上流式，下部为污泥层，上部设有一定的固定填料，增加了反应器内的生物量，延长了微生物与废水的接触时间。在复合反应器中，厌氧污泥的浓度可以达到10-20g VSS/L，另外，高浓度的污泥可以自行保持，因此不需要污泥回流。

不及物动词水解酸化池的设计参数

6.1水力停留时间

酸化池的水力停留时间一般为4-6h，具体参数的选择应根据被处理对象的水质类型而定。相对可生物降解的工业废水，如粮食加工废水、屠宰废水、啤酒废水等。可以取低值，但应该短于3h。对于难生物降解处理的工业废水，如制药废水、造纸印染废水、化工废水等。其成分复杂，颜色大，可以适当延长水解酸化池的停留时间，一般水力停留时间在8h以上，使水解酸化菌与难降解有机物有更长的接触转化时间，提高难降解有机物的转化率。

6.2上升速度

酸化池的上升速度与池内污泥层高度和污泥浓度有关。由于污水处理厂早晚水量变化较大，应分别选取较大流量、较小流量和平均流量情况下的上升流量进行校核计算。在大流量的情况下，由于污泥层的膨胀，污泥浓度降低，同时污泥层的沉降速率增加，可以自动保持池内污泥浓度处于动态平衡状态。当流量较小时，污泥浓度会增加，沉降速率会降低，使污泥浓度达到动态平衡。根据北京密云污水处理厂的数据，高流速时污泥浓度为20g/L，低流速时可达60g/L。水解酸化池污水上升流速为1.5-2.0m/h，黑龙江省某市污水处理厂设计规模为2万t/d，水解酸化池污水上升速度为1.76m/h，污泥浓度波动范围为15-20g/L

6.3配水方式

酸化池的进水系统要兼顾布水和搅拌功能，要保证布水均匀，保证每个单位面积的进水量基本一致，防止发生短路。水力搅拌应能使进水有机物与水解池中的污泥快速混合，同时应尽可能设置必要的反冲洗系统，以避免配水管堵塞。

无论布水方式是一管一孔还是布水，主要原则是保证每个单位面积的涌水量基本一致。目前，根据国内工业园区水解酸化池的运行情况，一管一孔布水方式管道堵塞严重，建议采用脉冲布水方式布水。

6.4污泥排放系统

对于升流式和复合式水解反应器，排泥管的设计应考虑排出低活性污泥，将高活性污泥保留在反应器内。为防止污泥流失，清水区高度应在1.0m以上，定期排放污泥以稳定污泥界面；否则，随着池内污泥量的增加，污泥界面会上升，上升到一定液位时，水解酸化池内的污泥会随集水池溢流。为了使反应池排泥均匀，应采用多点排泥。

七、水解酸化工艺的应用

各种类型的水解酸化反应器集沉淀、吸附、生物絮凝等物理化学过程和水解、酸化、甲烷化等生物降解功能于一体，在生活污水、混合市政污水、石化废水等工业废水的处理中发挥了重要作用，取得了令人满意的效果。

7.1生活污水处理

赵大川等研究表明，水解酸化反应器对COD、BOD5和ss的去除率可分别达到73.2%、58.3%和24.2%，处理后出水COD和BOD可达到《污水综合排放标准》一级标准，SS可达到国家二级排放标准。当最佳水力停留时间为3h时，废水的B/C值可从0.42提高到0.67，提高了废水的可生化性，减少了后续好氧生物处理负荷，降低了后续接触氧化池的曝气量，降低了设备运行费用。酸化反应器的流出物可以在随后的好氧处理后重复使用。

7.2混合城市污水处理

由于混合城市污水中含有大量工业废水，进水负荷波动较大，水质复杂，C/N值较低，一般生物处理工艺脱氮除磷效果较差。枝江市城西污水处理厂进水为工业废水60%-70%，生活污水30%-40%。采用水解酸化工艺作为预处理工艺，混合污水的可生化性明显提高，处理效果好。通过对B/C值、pH值、VFA和VSS浓度的检测，发现水解酸化工艺水力停留时间为5h时，水解酸化出水的可生化性较好且较为经济。此外，通过优化水解酸化池的布水方式和泥位，水解酸化工艺对COD、BOD5和SS的去除率分别可达36.80%、24.82%和95.92%，污水处理厂最终出水水质可达到《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-GB 18918)

7.3石化废水处理

针对石化废水污染严重、可生化性差的特点，采用水解酸化工艺进行处理。钟的研究表明，石化废水经水解酸化后，COD和石油类的去除率分别为46.5%和67.3%，废水的B/C比由27.9%提高到34.4%。不仅在一定程度上降低了石化废水的污染程度，而且可生化性也有了很大的提高，为后续的生化处理打下了良好的基础。

八。结论。

水解酸化工艺作为预处理，可以显著提高废水的可生化性，为后续好氧处理提供可靠保障。其高效率和经济性也得到了全国各地污水处理工厂的青睐。结合其他工艺，水解酸化反应器具有巨大的潜力和广阔的发展前景。今后应解决污泥沉积和配水孔堵塞问题，旨在提高水解酸化反应器的处理效率，为我国污水处理产业做出贡献。(来源:南京工程学院；江苏杨芳水务有限公司】

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