污水處理水解酸化工藝

長期以來，好氧生物處理技術(shù)在污水處理領(lǐng)域一直占據(jù)著重要地位。但近年來，隨著越來越多的合成有機(jī)物和有毒有害化學(xué)物質(zhì)的出現(xiàn)，污水處理，尤其是工業(yè)污水的處理難度越來越大，傳統(tǒng)的好氧生物處理技術(shù)已經(jīng)不能滿足需要。而且好氧工藝運(yùn)行費(fèi)用高，剩余污泥的處理或處置一直是個難題。水解酸化技術(shù)以其高效、低耗、低投資的特點逐漸成為人們關(guān)注的焦點。

顧名思義，水解酸化具有水解酸化的特點。水解是指大分子有機(jī)物在被微生物利用之前，在細(xì)胞外降解為小分子有機(jī)物的生化反應(yīng)。它是酸化有機(jī)物降解的加速過程，因為它進(jìn)一步將水解的小分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡單化合物并分泌到細(xì)胞外。在污水處理工藝中，通過水解酸化過程中的高污泥濃度和厭氧環(huán)境，實現(xiàn)污水中難降解有機(jī)物的分解和去除，降低處理成本，提高處理效率。

一、水解酸化工藝的原理

有機(jī)物厭氧生物降解過程可分為四個階段:一是水解階段，微生物通過釋放胞外游離酶或附著在細(xì)胞外壁的固定化酶完成生物催化氧化反應(yīng)；二是發(fā)酵(或酸化)階段，酸化細(xì)菌將這些小分子轉(zhuǎn)化為更簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外，主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸等。第三階段是乙酸生產(chǎn)，即前一階段的產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸和新的細(xì)胞物質(zhì)；第四階段是產(chǎn)甲烷，即前一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。

水解酸化工藝是一種兼顧產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)酸菌生長速度不同，在反應(yīng)時間較短的厭氧處理第一、二階段控制厭氧處理的工藝，即在大量水解菌和酸化菌的作用下，將不溶性有機(jī)物水解為可溶性有機(jī)物，將難以生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子物質(zhì)，從而提高有機(jī)廢水的可生化性，為后續(xù)處理打下良好基礎(chǔ)。

二、水解酸化工藝的特點

水解酸化工藝具有突出的特點:

①水解酸化階段的產(chǎn)物主要是小分子有機(jī)物，具有良好的可生物降解性，為好氧工藝提供了良好的進(jìn)水水質(zhì)條件，提高了好氧處理的效率。同時利用產(chǎn)酸菌種類多、繁殖速度快、對環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)等特點，簡化操作條件的控制，減小設(shè)備體積，減少后續(xù)處理的反應(yīng)時間和能耗。

②厭氧工藝的污泥產(chǎn)量遠(yuǎn)低于好氧工藝(僅為好氧工藝的1/10-1/6)，且礦化度高，易于處理。同時，后續(xù)好氧處理產(chǎn)生的剩余污泥可在必要時回流至厭氧段，增加厭氧段的污泥濃度，降低污泥處理量；

③厭氧處理去除廢水中的有機(jī)物，可以降低好氧階段的需氧量，節(jié)省整個工藝的運(yùn)行費(fèi)用。不需要密閉的罐體和水氣固三相分離器，水解酸化階段反應(yīng)迅速，水解池體積小，降低了工程成本；

④水解酸化控制在第二階段厭氧消化完成之前，所以出水沒有厭氧發(fā)酵的臭味，可以改善污水處理廠的環(huán)境；

⑤水解酸化池抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，能起到很好的緩沖作用；水解酸化池具有水力停留時間短、建設(shè)費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)用低、動力消耗低、污泥水解率高等優(yōu)點，可減少脫水機(jī)運(yùn)行時間，降低能耗。因此，水解酸化池的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他工藝。

三。影響水解和酸化的因素

水解酸化過程受多種因素影響，包括污水的成分、水力停留時間、營養(yǎng)物質(zhì)、pH值、溫度、粒徑和污泥濃度等，因此選擇合適的運(yùn)行參數(shù)對保證處理效果至關(guān)重要。

3.1污水的成分

在相同條件下，相對分子量越高，分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，水解酸化越困難，水解率越低。比如糖類有機(jī)物比蛋白質(zhì)和月芝更容易水解，單糖比多糖更容易水解，直鏈比支鏈更容易水解。

3.2水力停留時間

不同水解底物的水解難度不同，反應(yīng)器的水力停留時間也不同。因此，水力停留時間的取值應(yīng)根據(jù)同類型工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)，或通過小型或中試試驗確定。對于同一類型的廢水，水力停留時間越長，水解物與水解微生物的接觸時間越長，水解程度越完全。但當(dāng)超過一定限度時，COD去除率沒有明顯變化。這是因為在一定程度上，水解酸化主要是改變有機(jī)物的形態(tài)，即溶解態(tài)COD濃度會更高，但對總COD濃度的變化影響不大。因此，在實際工程建設(shè)中，應(yīng)綜合考慮工程的投資和經(jīng)濟(jì)效益，選擇合適的水力停留時間，提高廢水的可生化性，達(dá)到較高的COD去除效率。

3.3營養(yǎng)素

在實際工程應(yīng)用中，工業(yè)廢水往往缺乏營養(yǎng)物質(zhì)(如氮、磷和微量元素)，不能滿足微生物的需要。因此，需要對處理對象的成分進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，適當(dāng)補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)的不足，否則會影響水解酸化的效率。

3.4 pH值

PH值主要影響水解速率、水解酸化產(chǎn)物的種類和含量以及污泥的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。酸化菌對pH的適應(yīng)性很強(qiáng)，在3.5-10.0范圍內(nèi)都能正常工作，最佳值為5.5-6.5。當(dāng)pH向酸性或堿性方向移動時，水解速率會降低，水解酸化反應(yīng)器的出水效果變差，影響后續(xù)工藝的處理，往往導(dǎo)致系統(tǒng)出水不達(dá)標(biāo)。

3.5溫度

根據(jù)一般的生物反應(yīng)規(guī)律，在一定范圍內(nèi)，溫度越高，水解反應(yīng)速率越大。而當(dāng)溫度從10℃變化到20℃時，水解酸化的反應(yīng)速率變化不大，說明水解酸化微生物對低溫變化有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

3.6顆粒尺寸

對于顆粒狀有機(jī)物，粒徑越大，水解速率越低。因此，顆粒有機(jī)物濃度高的廢水或污泥在進(jìn)入水解反應(yīng)器前，可以用泵或粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，以減小污染物的粒徑，加快水解反應(yīng)。

3.7污泥濃度

污泥濃度是水解酸化池最重要的控制參數(shù)之一。酸化池功能完成的重要條件之一是維持反應(yīng)器中厭氧微生物的高濃度污泥。由于污泥受到自身在重力場中的沉淀和污水自下而上的向上運(yùn)動，污泥可以與污水充分接觸，達(dá)到良好的截留和水解酸化效果。一般情況下，建議將污泥濃度控制在10-20g/L，以達(dá)到良好的效果。

四。水解酸化工藝對后續(xù)處理的影響

①水解酸化池出水B/C值增大，增加了出水溶解性有機(jī)物的比例。同時，反應(yīng)器內(nèi)較高的污泥濃度對水解起到了很好的攔截作用，在有機(jī)物通過時對其進(jìn)行吸附和攔截，增加了有機(jī)物的停留時間，消除了難降解物質(zhì)對后續(xù)生化處理的抑制，使后續(xù)好氧處理工藝的選擇范圍更加靈活。

②水解酸化池出水的NH3-N基本保持在20-30mg/L，降低了后續(xù)工藝的氨氮負(fù)荷，提高了出水的穩(wěn)定性。

③水解酸化反應(yīng)水解后的溶解COD和BOD5量增加，可生化性強(qiáng)，有利于后續(xù)好氧處理，后續(xù)需氧量也大大降低。保持氣水比為4: 1可以保證碳化和硝化的需氧量，降低后續(xù)運(yùn)行成本。

④水解酸化反應(yīng)有機(jī)物去除率高，COD平均去除率40%-50%，懸浮物去除率高。這些因素對后續(xù)處理非常有利，后續(xù)工藝的停留時間和曝氣量相應(yīng)減少，總基建投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用可同比降低30%-50%。

動詞 （verb的縮寫）水解酸化反應(yīng)器的類型

根據(jù)廢水的不同性質(zhì)和后續(xù)處理工藝的不同類型，水解酸化反應(yīng)器根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)微生物的生長狀態(tài)可分為三種類型:懸浮反應(yīng)器、接觸反應(yīng)器和復(fù)合反應(yīng)器。

懸浮反應(yīng)器包括兩種類型:完全混合式和污泥床式。在完全混合水解酸化反應(yīng)器中設(shè)置攪拌裝置，實現(xiàn)完全混合，然后設(shè)置沉淀池，回流污泥，保證較高的污泥濃度，適用于高固含量的污水；污泥床反應(yīng)器中水解后的污泥可以很好的保留在反應(yīng)器中，污泥層對懸浮物有很強(qiáng)的截留作用。之后一般不設(shè)沉淀池，適用于懸浮物濃度相對較低的城市污水和難降解工業(yè)廢水。由于水解酸化菌難以形成致密的絮體，容易流失，且難以維持反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度，工程上常采用接觸式反應(yīng)器。

接觸反應(yīng)器的特點是水解酸化微生物固定在反應(yīng)器內(nèi)的特殊載體上，在其表面形成一層主要由生物細(xì)胞組成的生物膜。該微生物世代周期長，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，對水質(zhì)變化大、阻力大的有機(jī)廢水具有穩(wěn)定的處理效果。

復(fù)合反應(yīng)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復(fù)合體。復(fù)合反應(yīng)器一般采用上流式，下部為污泥層，上部設(shè)有一定的固定填料，增加了反應(yīng)器內(nèi)的生物量，延長了微生物與廢水的接觸時間。在復(fù)合反應(yīng)器中，厭氧污泥的濃度可以達(dá)到10-20g VSS/L，另外，高濃度的污泥可以自行保持，因此不需要污泥回流。

不及物動詞水解酸化池的設(shè)計參數(shù)

6.1水力停留時間

酸化池的水力停留時間一般為4-6h，具體參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)被處理對象的水質(zhì)類型而定。相對可生物降解的工業(yè)廢水，如糧食加工廢水、屠宰廢水、啤酒廢水等。可以取低值，但應(yīng)該短于3h。對于難生物降解處理的工業(yè)廢水，如制藥廢水、造紙印染廢水、化工廢水等。其成分復(fù)雜，顏色大，可以適當(dāng)延長水解酸化池的停留時間，一般水力停留時間在8h以上，使水解酸化菌與難降解有機(jī)物有更長的接觸轉(zhuǎn)化時間，提高難降解有機(jī)物的轉(zhuǎn)化率。

6.2上升速度

酸化池的上升速度與池內(nèi)污泥層高度和污泥濃度有關(guān)。由于污水處理廠早晚水量變化較大，應(yīng)分別選取較大流量、較小流量和平均流量情況下的上升流量進(jìn)行校核計算。在大流量的情況下，由于污泥層的膨脹，污泥濃度降低，同時污泥層的沉降速率增加，可以自動保持池內(nèi)污泥濃度處于動態(tài)平衡狀態(tài)。當(dāng)流量較小時，污泥濃度會增加，沉降速率會降低，使污泥濃度達(dá)到動態(tài)平衡。根據(jù)北京密云污水處理廠的數(shù)據(jù)，高流速時污泥濃度為20g/L，低流速時可達(dá)60g/L。水解酸化池污水上升流速為1.5-2.0m/h，黑龍江省某市污水處理廠設(shè)計規(guī)模為2萬t/d，水解酸化池污水上升速度為1.76m/h，污泥濃度波動范圍為15-20g/L

6.3配水方式

酸化池的進(jìn)水系統(tǒng)要兼顧布水和攪拌功能，要保證布水均勻，保證每個單位面積的進(jìn)水量基本一致，防止發(fā)生短路。水力攪拌應(yīng)能使進(jìn)水有機(jī)物與水解池中的污泥快速混合，同時應(yīng)盡可能設(shè)置必要的反沖洗系統(tǒng)，以避免配水管堵塞。

無論布水方式是一管一孔還是布水，主要原則是保證每個單位面積的涌水量基本一致。目前，根據(jù)國內(nèi)工業(yè)園區(qū)水解酸化池的運(yùn)行情況，一管一孔布水方式管道堵塞嚴(yán)重，建議采用脈沖布水方式布水。

6.4污泥排放系統(tǒng)

對于升流式和復(fù)合式水解反應(yīng)器，排泥管的設(shè)計應(yīng)考慮排出低活性污泥，將高活性污泥保留在反應(yīng)器內(nèi)。為防止污泥流失，清水區(qū)高度應(yīng)在1.0m以上，定期排放污泥以穩(wěn)定污泥界面；否則，隨著池內(nèi)污泥量的增加，污泥界面會上升，上升到一定液位時，水解酸化池內(nèi)的污泥會隨集水池溢流。為了使反應(yīng)池排泥均勻，應(yīng)采用多點排泥。

七、水解酸化工藝的應(yīng)用

各種類型的水解酸化反應(yīng)器集沉淀、吸附、生物絮凝等物理化學(xué)過程和水解、酸化、甲烷化等生物降解功能于一體，在生活污水、混合市政污水、石化廢水等工業(yè)廢水的處理中發(fā)揮了重要作用，取得了令人滿意的效果。

7.1生活污水處理

趙大川等研究表明，水解酸化反應(yīng)器對COD、BOD5和ss的去除率可分別達(dá)到73.2%、58.3%和24.2%，處理后出水COD和BOD可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)，SS可達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)最佳水力停留時間為3h時，廢水的B/C值可從0.42提高到0.67，提高了廢水的可生化性，減少了后續(xù)好氧生物處理負(fù)荷，降低了后續(xù)接觸氧化池的曝氣量，降低了設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。酸化反應(yīng)器的流出物可以在隨后的好氧處理后重復(fù)使用。

7.2混合城市污水處理

由于混合城市污水中含有大量工業(yè)廢水，進(jìn)水負(fù)荷波動較大，水質(zhì)復(fù)雜，C/N值較低，一般生物處理工藝脫氮除磷效果較差。枝江市城西污水處理廠進(jìn)水為工業(yè)廢水60%-70%，生活污水30%-40%。采用水解酸化工藝作為預(yù)處理工藝，混合污水的可生化性明顯提高，處理效果好。通過對B/C值、pH值、VFA和VSS濃度的檢測，發(fā)現(xiàn)水解酸化工藝水力停留時間為5h時，水解酸化出水的可生化性較好且較為經(jīng)濟(jì)。此外，通過優(yōu)化水解酸化池的布水方式和泥位，水解酸化工藝對COD、BOD5和SS的去除率分別可達(dá)36.80%、24.82%和95.92%，污水處理廠最終出水水質(zhì)可達(dá)到《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-GB 18918)

7.3石化廢水處理

針對石化廢水污染嚴(yán)重、可生化性差的特點，采用水解酸化工藝進(jìn)行處理。鐘的研究表明，石化廢水經(jīng)水解酸化后，COD和石油類的去除率分別為46.5%和67.3%，廢水的B/C比由27.9%提高到34.4%。不僅在一定程度上降低了石化廢水的污染程度，而且可生化性也有了很大的提高，為后續(xù)的生化處理打下了良好的基礎(chǔ)。

八。結(jié)論。

水解酸化工藝作為預(yù)處理，可以顯著提高廢水的可生化性，為后續(xù)好氧處理提供可靠保障。其高效率和經(jīng)濟(jì)性也得到了全國各地污水處理工廠的青睞。結(jié)合其他工藝，水解酸化反應(yīng)器具有巨大的潛力和廣闊的發(fā)展前景。今后應(yīng)解決污泥沉積和配水孔堵塞問題，旨在提高水解酸化反應(yīng)器的處理效率，為我國污水處理產(chǎn)業(yè)做出貢獻(xiàn)。(來源:南京工程學(xué)院；江蘇楊芳水務(wù)有限公司】

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