長期以來，在污水處理領(lǐng)域，好氧生物處理技術(shù)一直占據(jù)著重要的位置。然而，近年來.隨著越來越多人工合成的有機(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)的單純依靠好氧生物處理技術(shù)已經(jīng)無法滿足需要。而且好氧法的高運(yùn)行費(fèi)用及剩余污泥處理或處置問題也一直是個(gè)難題。水解酸化處理技術(shù)由于其高效、低耗、投資省的特點(diǎn)，逐步成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
顧名思義，水解酸化處理方法具有水解和酸化特點(diǎn)。水解是指大分子有機(jī)物在被微生物利用前，在胞外降解為小分子有機(jī)物的生物化學(xué)反應(yīng)。酸化是有機(jī)物降解的提速過程，因?yàn)樗鼘⑺夂蟮男》肿佑袡C(jī)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞外。污水處理過程中，通過水解酸化工藝中較高的污泥濃度和厭氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)污水中難生物降解有機(jī)物的分解和去除，可以降低處理成本，提高處理效率。
一、水解酸化工藝原理
有機(jī)物的厭氧生物降解過程可分為四個(gè)階段:一是水解階段，微生物通過釋放胞外自由酶或連接在細(xì)胞外壁上的固定酶來完成生物催化氧化反應(yīng)，二是發(fā)酵(或酸化)階段，酸化菌將上述小分子轉(zhuǎn)化為更為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞外，主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸等;三是產(chǎn)乙酸階段，指上一階段產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸及新的細(xì)胞物質(zhì);四是產(chǎn)甲烷階段，指上一階段產(chǎn)物被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳及新的細(xì)胞物質(zhì)。
水解酸化工藝就是考慮到產(chǎn)甲烷菌與水解產(chǎn)酸菌生長速度不同，將厭氧處理控制在反應(yīng)時(shí)間較短的厭氧處理第一和第二階段，即在大量水解細(xì)菌、酸化菌作用下將不溶性有機(jī)物水解為溶解性有機(jī)物，將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)的過程，進(jìn)而改善有機(jī)廢水的可生化性，為后續(xù)處理奠定良好基。
二、水解酸化工藝特點(diǎn)
水解酸化工藝有著突出的特點(diǎn)：
?、偎馑峄A段的產(chǎn)物主要為小分子有機(jī)物，可生物降解性較好，為好氧工藝提供優(yōu)良的進(jìn)水水質(zhì)條件，提高好氧處理的效能，同時(shí)可利用產(chǎn)酸菌種類多、繁殖速度快及對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化控制運(yùn)行條件和縮小設(shè)備體積，減少后續(xù)處理的反應(yīng)時(shí)間和處理能耗;
?、趨捬豕に嚨漠a(chǎn)泥量遠(yuǎn)低于好氧工藝(僅為好氧工藝的1/10-1/6)，并已高度礦化，易于處理。同時(shí)其后續(xù)的好氧處理所產(chǎn)生的剩余污泥必要時(shí)可回流至厭氧段，增加厭氧段的污泥濃度同時(shí)減少污泥的處理量;
?、蹍捬跆幚韺?duì)廢水中有機(jī)物的去除可減少好氧段的需氧量，節(jié)省了整體工藝的運(yùn)行費(fèi)用。不需要密閉的池體和水-氣-固三相分離器，水解酸化階段反應(yīng)迅速，故水解池體積小，因此可以降低工程造價(jià);
④水解酸化控制在厭氧消化第二階段完成前，因此出水沒有厭氧發(fā)酵的不良?xì)馕?，可改善?a href="http://m291.cn/" target="_blank" class="keylink">水處理廠的環(huán)境;
?、菟馑峄乜箾_擊負(fù)荷能力強(qiáng)，能起到非常好的緩沖作用;水解酸化池水力停留時(shí)間短，土建費(fèi)用較低，而且運(yùn)行費(fèi)用低，電耗低，污泥水解率高，減少脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)間，降低能耗，因此，水解酸化池的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他工藝。
三、影響水解酸化的因素
水解酸化反應(yīng)過程受許多因素的影響，包括污水的成分、水力停留時(shí)間、營養(yǎng)物質(zhì)、pH值、溫度、粒徑和污泥濃度，所以選定合適的運(yùn)行參數(shù)對(duì)于保證處理效果至關(guān)重要。
3.1 污水的成分
在相同的條件下，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，水解酸化越困難，相應(yīng)地水解速率就越小。如糖類有機(jī)物比蛋白質(zhì)、月旨類容易水解，單糖比多糖容易水解，直鏈比支鏈容易水解。
3.2 水力停留時(shí)間
不同水解基質(zhì)的水解難易度不一樣，要求反應(yīng)器的水力停留時(shí)間也不一樣。因此水力停留時(shí)間的數(shù)值應(yīng)根據(jù)同類型的工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或通過小試或中試確定。對(duì)于同一類型廢水，水力停留時(shí)間越長，被水解物質(zhì)與水解微生物接觸時(shí)間越長，水解程度越徹底，但當(dāng)超過某一限值，其COD去除率就無明顯變化了。這是因?yàn)樵谀骋怀潭龋馑峄饕菍⒂袡C(jī)物的形態(tài)改變，即溶岀的COD濃度會(huì)越高，但對(duì)總COD濃度變化的影響不大。因此，在實(shí)際工程施工中，應(yīng)考慮到工程的投資和經(jīng)濟(jì)效益，選擇合適的水力停留時(shí)間，以提高廢水的可生化程度以達(dá)到最大的COD去除效率。
3.3 營養(yǎng)物質(zhì)
在實(shí)際工程應(yīng)用中，工業(yè)廢水往往缺乏營養(yǎng)物質(zhì)(如N，P及微量元素)，不能滿足微生物的需要。因此，應(yīng)對(duì)處理對(duì)象成分作詳細(xì)調(diào)查，適當(dāng)補(bǔ)充缺乏的營養(yǎng)物質(zhì)，否則會(huì)影響到水解酸化的效率。
3.4 pH值
pH值主要影響水解的速率、水解酸化產(chǎn)物的種類和含量以及污泥的形態(tài)結(jié)構(gòu)。水解酸化菌對(duì)pH的適應(yīng)性較強(qiáng)，在3.5-10.0范圍內(nèi)均可以正常進(jìn)行，最優(yōu)值為5.5-6.5，pH向酸性或堿性方向移動(dòng)時(shí)，水解速率都會(huì)減少，水解酸化反應(yīng)器的出水效果變差，且影響到后續(xù)工序的處理，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。但溫度在10-20℃之間變化時(shí)，水解酸化反應(yīng)速率變化不大，說明水解酸化微生物對(duì)低溫變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)。
3.6 粒徑
對(duì)于顆粒有機(jī)物來講，粒徑越大，水解速率越小。故對(duì)顆粒態(tài)有機(jī)物濃度高的廢水或污泥，在進(jìn)水解反應(yīng)器前可用泵或研磨機(jī)破碎，以減小污染物的粒徑，從而加快水解反應(yīng)的進(jìn)行。
3.7 污泥濃度
污泥濃度是水解酸化池的最重要的控制參數(shù)之一。水解酸化池完成功能的重要條件之一是維持反應(yīng)器內(nèi)含厭氧微生物高濃度的污泥，由于污泥受本身在重力場(chǎng)下的沉淀作用，及污水從下而上運(yùn)動(dòng)造成的污泥上升運(yùn)動(dòng)，因此，污泥與污水可充分接觸，達(dá)到良好的截留和水解酸化效果，一般建議污泥濃度控制在10-20g/L可達(dá)到良好效果。
四、水解酸化工藝對(duì)后續(xù)處理的影響
?、偎馑峄爻鏊瓸/C值提高，使得出水中溶解性的有機(jī)物比例提高，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)高的污泥濃度起到了良好的截留水解作用，在有機(jī)物通過時(shí)將其吸附截留，增加了有機(jī)物的停留時(shí)間，消除了難降解物質(zhì)對(duì)后續(xù)生化處理的抑制性，后續(xù)好氧處理工藝的選擇范圍更加靈活。
?、谒馑峄爻鏊甆H3-N基本保證在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。
?、鬯馑峄磻?yīng)水解后的溶解性COD和BOD5數(shù)量增多，可生化性強(qiáng)，利于后續(xù)好氧處理，后續(xù)需氧量也大大降低，氣水比保持在4：1即可保證碳化和硝化的需氧量，降低了后續(xù)的運(yùn)行費(fèi)用。
④水解酸化反應(yīng)對(duì)有機(jī)物有較高的去除率，COD平均去除率為40%-50%，并且對(duì)懸浮物去除率高，這些因素對(duì)后續(xù)處理非常有利，后續(xù)工藝的停留時(shí)間和曝氣量相應(yīng)減少，基建總投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)同比可減少30%-50%。
五、水解酸化反應(yīng)器類型
針對(duì)不同性質(zhì)的廢水，以及結(jié)合不同類型的后續(xù)處理工藝，可以根據(jù)微生物在反應(yīng)器內(nèi)的生長狀態(tài)，把水解酸化反應(yīng)器分為三大類型：懸浮式反應(yīng)器、接觸式反應(yīng)器和復(fù)合式反應(yīng)器。
懸浮式反應(yīng)器包含完全混合式和污泥床兩種型式。完全混合式水解酸化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置攪拌裝置實(shí)現(xiàn)完全混合，其后設(shè)置沉淀池并回流污泥以保證較高的污泥濃度，適用于含固率較高的污水;污泥床反應(yīng)器內(nèi)水解污泥能較好地保留在反應(yīng)器內(nèi)，污泥層對(duì)懸浮物等有較強(qiáng)的截留作用，其后一般不設(shè)沉淀池，適用于含懸浮物濃度相對(duì)較低的城市污水及難降解工業(yè)廢水。由于水解酸化菌難以形成密實(shí)的絮凝體，易流失，難以維持反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度，工程中多采用接觸式反應(yīng)器。
接觸式反應(yīng)器特點(diǎn)是將水解酸化微生物固定在反應(yīng)器內(nèi)特設(shè)的載體上，在其表面形成一層以生物細(xì)胞為主的生物膜。微生物的世代期較長，耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，因此對(duì)水質(zhì)變化較大以及有抵制性作用的有機(jī)廢水具有較穩(wěn)定的處理效果。
復(fù)合式反應(yīng)器內(nèi)既存在水解酸化污泥，又存在水解酸化生物膜，形成水解酸化污泥和生物膜的復(fù)合體。復(fù)合式反應(yīng)器一般采用上流式，下部為污泥層，上部設(shè)置一定的固定填料，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(shí)間。復(fù)合式反應(yīng)器內(nèi)，厭氧污泥的濃度可達(dá)10-20gVSS/L，另外可自行保留高濃度污泥，因此也無需污泥回流。
六、水解酸化池的設(shè)計(jì)參數(shù)
6.1 水力停留時(shí)間
水解酸化池的水力停留時(shí)間一般為4-6h，具體參數(shù)的選取應(yīng)根據(jù)處理對(duì)象的水質(zhì)類型而定。糧食深加工廢水、屠宰廢水、啤酒廢水等相對(duì)易生物降解的工業(yè)廢水可取低值，但最短不應(yīng)少于3h。對(duì)于醫(yī)藥廢水、造紙印染廢水、化工廢水等難生物降解而且較難處理的工業(yè)廢水，其成分復(fù)雜、色度大，可適當(dāng)延長水解酸化池停留時(shí)間，一般水力停留時(shí)間大于8h，使水解酸化細(xì)菌和難降解有機(jī)物有更長的接觸轉(zhuǎn)化時(shí)間，提高難降解有機(jī)物的轉(zhuǎn)化
6.2 上升流速
水解酸化池上升流速關(guān)系到池內(nèi)污泥層的高度和污泥濃度。由于污水處理廠早晚水量變化較大，應(yīng)選取最大流量、最小流量和平均流量下的上升流速分別驗(yàn)算。在最大流量條件下，污泥層由于膨脹而造成污泥濃度降低，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致污泥層的沉淀速度提高，可自動(dòng)保持池內(nèi)的污泥濃度處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。而在最小流量時(shí)污泥濃度將增加，沉速降低使污泥濃度可達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。根據(jù)北京密云污水處理廠的數(shù)據(jù)，在最高流量條件下污泥濃度為20g/L，在最低流量條件下污泥濃度可達(dá)60g/L，水解酸化池污水上升流速為1.5-2.0m/h。黑龍江某城市污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為2.0萬t/d，水解酸化池內(nèi)污水最大上升流速為1.76m/h，污泥濃度波動(dòng)范圍為15-20g/L。
6.3 配水方式
水解酸化池的進(jìn)水系統(tǒng)應(yīng)兼顧配水和攪拌功能，需要注意保證配水的均勻性，確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同，防止短路現(xiàn)象的發(fā)生。水力攪拌要能使進(jìn)水有機(jī)物能夠與水解池內(nèi)的污泥迅速混合，同時(shí)盡量設(shè)置必要的反沖洗系統(tǒng)，避免布水管的堵塞。
配水方式無論是一管一孔還是分支配水，主要原則還是確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同。根據(jù)目前國內(nèi)工業(yè)園區(qū)水解酸化池的運(yùn)行情況，一管一孔配水方式出現(xiàn)管道堵塞的情況較為嚴(yán)重，因此推薦采用脈沖布水的分支配水方式。
6.4 排泥系統(tǒng)
對(duì)于升流式和復(fù)合式水解反應(yīng)器，污泥排泥管的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮排出低活性的污泥，并將高活性污泥保留在反應(yīng)器中。為防止污泥流失，清水區(qū)的高度應(yīng)在1.0m以上。污泥排放應(yīng)采用定時(shí)排泥穩(wěn)定污泥界面，否則污泥界面將隨著池內(nèi)污泥量的不斷增多而上升，上升至一定液面標(biāo)高處將發(fā)生水解酸化池內(nèi)污泥隨集水槽溢流現(xiàn)象。為使反應(yīng)池排泥均勻，應(yīng)采用多點(diǎn)排泥方式。
七、水解酸化工藝的應(yīng)用
多種類型的水解酸化反應(yīng)器集沉淀、吸附和生物絮凝等物理化學(xué)過程以及與水解、酸化和甲烷化過程等生物降解功能于一體，在生活污水、混合型城市污水、石化廢水等工業(yè)廢水的治理工程中發(fā)揮著重要的作用，獲得了令人滿意的效果。
7.1 生活污水處理
趙大傳等在研究水解酸化反應(yīng)器對(duì)生活污水的處理效果時(shí)表明，水解酸化反應(yīng)器對(duì)COD、BOD5和SS的去除率分別可達(dá)到73.2%、58.3%和24.2%，處理后的出水COD、BOD均可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，SS可達(dá)到國家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。在最佳水力停留時(shí)間3h時(shí)，污水的B/C值可由0.42上升到0.67，提高了廢水的可生化性，降低了后繼好氧生物處理負(fù)荷.減少了后繼接觸氧化池的曝氣量，降低了設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。水解酸化反應(yīng)器出水再經(jīng)后續(xù)好氧處理后，可以考慮回用。
7.2 混合型城市污水處理
混合型城市污水由于其中含有大量的工業(yè)廢水，進(jìn)水負(fù)荷波動(dòng)較大且水質(zhì)復(fù)雜，C/N值較低，一般生物處理工藝對(duì)其脫氮除磷效果較差。枝江市城西污水處理廠的進(jìn)水為60%-70%的工業(yè)廢水和30%-40%的生活污水，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得到明顯提高，處理效果良好。通過檢測(cè)B/C值、pH值、VFA和VSS濃度等指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水解酸化工藝的水力停留時(shí)間為5h時(shí)，水解酸化出水的可生化性最好且比較經(jīng)濟(jì);另外，通過對(duì)水解酸化池的布水方式、泥位等因素的優(yōu)化，水解酸化工藝對(duì)COD，BOD5和SS的去除率分別可達(dá)到36.80%，24.82%和95.92%，污水處理廠最終出水水質(zhì)能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)3。
7.3 石化廢水處理
針對(duì)石化廢水污染嚴(yán)重、可生化性差的問題，采用水解酸化工藝進(jìn)行處理。鐘華文等研究表明，石化廢水經(jīng)水解酸化處理后，COD和石油類的去除率分別達(dá)到46.5%和67.3%，廢水的B/C由進(jìn)水的27.9%提高到34.4%。不僅石化廢水的污染程度得到了一定的降低，而且可生化性也得到了較大的改善，為后續(xù)生化處理奠定了較好的基礎(chǔ)。
八、結(jié)語
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)的好氧處理提供可靠的保證，其高效性和經(jīng)濟(jì)性也得到了全國各地污水處理廠的青睞。嘗試與其他工藝的結(jié)合，水解酸化反應(yīng)器有很大的潛力可挖，也具有廣闊的發(fā)展前景。未來應(yīng)解決完善污泥沉積及配水孔堵塞問題，以提高水解酸化反應(yīng)器的處理效率為目標(biāo)，為我國污水處理行業(yè)做出貢獻(xiàn)。( >
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