淺析水解酸化預(yù)處理及其應(yīng)用

摘要：本文簡要闡述水解酸化處理的機(jī)理，分析水解酸化工藝的特點(diǎn)，對其處理過程進(jìn)行綜合評價(jià)，分析其優(yōu)勢及所存在的主要問題；同時(shí)，本文還對水解酸化過程中的影響因素進(jìn)行了簡單概述，為工業(yè)應(yīng)用過程中的實(shí)際控制提供理論基礎(chǔ)；簡要概述水解酸化處理過程目前的應(yīng)用現(xiàn)狀，分別以城市污水處理、制藥廢水及印染廢水處理為例，簡單分析水解酸化的處理效果。

關(guān)鍵詞：水解酸化；機(jī)理；應(yīng)用

1 前言

近年來發(fā)展起來的水解酸化法是一種介于好氧和厭氧之間的廢水處理方法，該法廣泛用于有機(jī)廢水的預(yù)處理。水解酸化作用被關(guān)注是因?yàn)楫a(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離[1]。研究者發(fā)現(xiàn)，對于許多難生物降解的廢水，如印染廢水、制革廢水、制藥廢水、焦化廢水等[2]，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，可以在很大程度上提高生化處理的效果。

2 水解酸化的機(jī)理

水解酸化簡單的解釋為厭氧的初級階段，在這個(gè)階段，通過厭氧微生物的作用，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)物以利于后續(xù)處理工藝的作用發(fā)揮。

1979年Bryant等人提出了厭氧消化的三階段理論。根據(jù)該理論，可以把厭氧消化分成四個(gè)階段[3]。

①水解階段：高分子有機(jī)物相對分子量巨大，不能透過細(xì)胞膜，不能為細(xì)菌直接利用，因此他們在第一階段被細(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)酶水解為多膚與氨基酸等。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（簡寫vFA）、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。

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、一氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。

3 水解酸化過程的影響因素

水解酸化的影響因素主要包括溫度、pH值、HRT、有機(jī)物組成及顆粒大小、水解產(chǎn)物濃度等[4]。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)有機(jī)廢水的具體性質(zhì)，取不同的操作條件。

3.1基質(zhì)的種類和形態(tài)

就多糖、蛋白質(zhì)和脂肪三類物質(zhì)來講，在相同的操作條件下，水解速率依次減少。同類有機(jī)物，分子量越大，水解越困難，相應(yīng)地水解速率就越小。

3.2水解液pH值

水解酸化菌對pH的適應(yīng)性較強(qiáng)，在3.5～10.0范圍內(nèi)均可以順利進(jìn)行，最優(yōu)值為5.5～6.5，pH朝酸性或堿性方向移動(dòng)時(shí)，水解速率都會(huì)減少。水解液pH值還影響到水解產(chǎn)物的種類和含量。

3.3水力停留時(shí)間（HRT）

水力停留時(shí)間是水解酸化反應(yīng)器運(yùn)行控制的重要參數(shù)之一。對于單純以水解為目的的反應(yīng)器，水力停留時(shí)間越長，被水解生物接觸時(shí)間也越長，相應(yīng)地水解效率也越高。但對于城市污水來講，水解反應(yīng)可以在很短時(shí)間內(nèi)完成，其后即使延長水力停留時(shí)間，去除率變化也不大。

4 水解酸化工藝的評價(jià)

4.1水解酸化工藝的優(yōu)點(diǎn)[5]：

（1）水解酸化可將進(jìn)水中長鏈大分子有機(jī)物，降解為小分子易利用的有機(jī)物，利用水解酸化作為預(yù)處理段，可大大減少后續(xù)工藝的運(yùn)行時(shí)間，提高整體工藝上的運(yùn)行效率。

（2）水解酸化可大幅度地去除廢水中的懸浮物和有機(jī)物，其后續(xù)好氧處理工藝的污泥量可得到有效地減少。在處理進(jìn)水懸浮物較少的污水時(shí)可省去初沉池，從而減少基建費(fèi)用。

（3）水解酸化工藝具有較好的抗沖擊負(fù)荷性能，可為后續(xù)好氧處理提供較為穩(wěn)定的進(jìn)水條件。

（4）水解酸化工藝的產(chǎn)泥量遠(yuǎn)低于好氧工藝，并已高度礦化，易于處理。同時(shí)通過合理設(shè)計(jì)，將后續(xù)的好氧處理所產(chǎn)生的剩余污泥部分回流至水解酸化段，通過水解酸化菌的新陳代謝作用，降解了污泥吸附的有機(jī)物等，達(dá)到對剩余污泥減量的目的。

4.2水解酸化工藝目前存在的主要問題

水解酸化工藝雖然在一些工業(yè)廢水中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，但還有一些理論問題沒有得到突破，在工程設(shè)計(jì)中照搬別人模式設(shè)計(jì)或需在實(shí)際運(yùn)行中臨時(shí)取得運(yùn)行參數(shù)的現(xiàn)象普遍存在，沒有形成較系統(tǒng)理論。水解酸化工藝的不足之處有[6-7]：

（1）單獨(dú)經(jīng)過水解酸化工藝處理的污水一般不能達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)，其工藝一般要與其它工藝聯(lián)合運(yùn)用。

（2）水解酸化工藝微生物對有毒物質(zhì)較為敏感，因此，如對有毒廢水了解得不足或是操作不當(dāng)，在嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)行條件的惡化，導(dǎo)致工藝運(yùn)行失敗。

5 水解酸化處理的應(yīng)用

國內(nèi)食品、飼料和添加劑等生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中排出大量的有機(jī)廢水葡萄糖溶液、醬油廢水和毗淀廢水。水解酸化工藝實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，借助好氧、兼氧、厭氧生物的共同作用，不僅有效地?cái)U(kuò)大了生物系統(tǒng)對水中有機(jī)成分的生化降解范圍，提高了生化處理的污染物去除率，而且通過消化作用分解好氧系統(tǒng)的剩余污泥，減少了剩余污泥的排放量，降低了污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

5.1 在城市污水處理中的研究和應(yīng)用

隨著城市生活小區(qū)的日益發(fā)展，生活小區(qū)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，生活小區(qū)污水排放量也越來越多。城市生活污水的處理成本越來越高，低能耗的水解酸化工藝逐漸被研究和應(yīng)用到城市污水處理中。李宇偉[8]應(yīng)用水解酸化-好氧工藝處理廣東某城鎮(zhèn)污水，研究表明：對CODCr≤200mg/L，BOD5≤100 mg/L低濃度進(jìn)水，水解酸化段處理效率可達(dá)50%～60%或更高。當(dāng)水力停留時(shí)間延長到10 h，系統(tǒng)對COD和BOD去除率分別增加了9%和19%。

5.2 在制藥廢水處理中的應(yīng)用

制藥廢水成分復(fù)雜、水質(zhì)多變，廢水有機(jī)物濃度高、pH值變化大、含鹽量高、帶顏色和氣味、懸浮物含量高、含有大量難降解和生物抑制物質(zhì)，具有一定的生物毒性。白利云等[9]應(yīng)用水解酸化-SBR工藝處理制藥廢水，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試運(yùn)行表明，該工藝對處理有機(jī)物濃度高、成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大的高濃度混合制藥廢水是切實(shí)可行的。

6 結(jié)束語

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。厭氧水解酸化處理工藝具有廣闊的應(yīng)用前景。對大多數(shù)有機(jī)廢水來說，水解酸化是一種有效的預(yù)處理方法，值得在工業(yè)上大量推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]任南琪，王愛杰.厭氧生物技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004

[2]劉帥霞，何 松.水解酸化—生物接觸氧化工藝處理印染廢水[J].中國給水排水，2002，18（11）：75

[3]王元軍.高濃度有機(jī)廢水處理工藝的研究[B].江南大學(xué).2008

[4]孫美琴，彭超英，梁多.水解酸化預(yù)處理工藝及應(yīng)用[J].四川環(huán)境，2003，22（4）：52-55

[5]馬溪平.厭氧微生物學(xué)與污水處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005，2.

[6]Robert Y.Ning，Jeffrey P.Netwig.Complete elimination of acid injection in reverse osmosis plants.Desalination.143（2002）：29-34.

[7]Dong-Qing Zhang，Pin-Jing He，Lin-Zhong Yu，et al.Effect of inoculation time on the bio-drying performance of combined hydrolytic-aerobicpro-cess.BioresourceTechnology.100（2009）1 087-1 093.

[8]李宇偉.水解酸化工藝在低濃度城市廢水中的應(yīng)用[J].化學(xué)與化工，2008（2）：69-69.

[9]白利云，胡曉東，肖永勝，等.水解酸化-SBR工藝處理混合制藥廢水[J].環(huán)境工程，2008，25（4）：25-27.