淺析水解酸化預處理及其應用

摘要：本文簡要闡述水解酸化處理的機理，分析水解酸化工藝的特點，對其處理過程進行綜合評價，分析其優勢及所存在的主要問題；同時，本文還對水解酸化過程中的影響因素進行了簡單概述，為工業應用過程中的實際控制提供理論基礎；簡要概述水解酸化處理過程目前的應用現狀，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。

關鍵詞：水解酸化；機理；應用

1 前言

近年來發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，該法廣泛用于有機廢水的預處理。水解酸化作用被關注是因為產酸相和產甲烷相的分離[1]。研究者發現，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]，在其常規的生化處理前添加一個水解酸化預處理單元，可以在很大程度上提高生化處理的效果。

2 水解酸化的機理

水解酸化簡單的解釋為厭氧的初級階段，在這個階段，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物分解成為小分子的有機物以利于后續處理工藝的作用發揮。

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

①水解階段：高分子有機物相對分子量巨大，不能透過細胞膜，不能為細菌直接利用，因此他們在第一階段被細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，蛋白質被蛋白質酶水解為多膚與氨基酸等。這些小分子的產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。

②發酵（或酸化）階段：在這一階段，上述小分子的化合物在發酵細菌（即酸化菌）的細胞內轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。這一階段的主要產物有揮發性脂肪酸（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，上一階段的產物被進一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質。

④產甲烷階段：這一階段里，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、一氧化碳和新的細胞物質。

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、有機物組成及顆粒大小、水解產物濃度等[4]。在實際應用中，可根據有機廢水的具體性質，取不同的操作條件。

3.1基質的種類和形態

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

3.2水解液pH值

水解酸化菌對pH的適應性較強，在3.5～10.0范圍內均可以順利進行，最優值為5.5～6.5，pH朝酸性或堿性方向移動時，水解速率都會減少。水解液pH值還影響到水解產物的種類和含量。

3.3水力停留時間（HRT）

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

4 水解酸化工藝的評價

4.1水解酸化工藝的優點[5]：

（1）水解酸化可將進水中長鏈大分子有機物，降解為小分子易利用的有機物，利用水解酸化作為預處理段，可大大減少后續工藝的運行時間，提高整體工藝上的運行效率。

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

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

（4）水解酸化工藝的產泥量遠低于好氧工藝，并已高度礦化，易于處理。同時通過合理設計，將后續的好氧處理所產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物等，達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廢水中進行了實際應用，但還有一些理論問題沒有得到突破，在工程設計中照搬別人模式設計或需在實際運行中臨時取得運行參數的現象普遍存在，沒有形成較系統理論。水解酸化工藝的不足之處有[6-7]：

（1）單獨經過水解酸化工藝處理的污水一般不能達到直接排放標準，其工藝一般要與其它工藝聯合運用。

（2）水解酸化工藝微生物對有毒物質較為敏感，因此，如對有毒廢水了解得不足或是操作不當，在嚴重時可能導致反應器運行條件的惡化，導致工藝運行失敗。

5 水解酸化處理的應用

國內食品、飼料和添加劑等生產企業在生產過程中排出大量的有機廢水葡萄糖溶液、醬油廢水和毗淀廢水。水解酸化工藝實現產業化后，借助好氧、兼氧、厭氧生物的共同作用，不僅有效地擴大了生物系統對水中有機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的運行費用。

5.1 在城市污水處理中的研究和應用

隨著城市生活小區的日益發展，生活小區的規模不斷擴大，生活小區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用到城市污水處理中。李宇偉[8]應用水解酸化-好氧工藝處理廣東某城鎮污水，研究表明：對CODCr≤200mg/L，BOD5≤100 mg/L低濃度進水，水解酸化段處理效率可達50%～60%或更高。當水力停留時間延長到10 h，系統對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用

制藥廢水成分復雜、水質多變，廢水有機物濃度高、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，具有一定的生物毒性。白利云等[9]應用水解酸化-SBR工藝處理制藥廢水，經過一段時間的調試運行表明，該工藝對處理有機物濃度高、成分復雜、水質水量變化大的高濃度混合制藥廢水是切實可行的。

6 結束語

水解酸化工藝作為預處理，可以比較明顯地提高廢水的可生化性，為后續的好氧處理提供可靠的保證。對于含有大量懸浮物質和大分子物質的廢水，利用水解酸化作為厭氧反應器的預處理，可以保證產甲烷反應器的穩定運行，并可以大幅度地縮短處理時間。厭氧水解酸化處理工藝具有廣闊的應用前景。對大多數有機廢水來說，水解酸化是一種有效的預處理方法，值得在工業上大量推廣應用。

參考文獻：

[1]任南琪，王愛杰.厭氧生物技術原理與應用[M].北京：化學工業出版社，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.高濃度有機廢水處理工藝的研究[B].江南大學.2008

[4]孫美琴，彭超英，梁多.水解酸化預處理工藝及應用[J].四川環境，2003，22（4）：52-55

[5]馬溪平.厭氧微生物學與污水處理[M].北京：化學工業出版社，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用[J].化學與化工，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].環境工程，2008，25（4）：25-27.