摘要：作為一種廣泛運用于污水處理的工藝步驟，水解酸化在整體工藝中承擔了分解高分子有機物、提高污水可生化性的重要作用。水解酸化的效果好壞直接影響著整個工藝的主要污染物去除率，本次課題研究以水解酸化為一個窗口，通過分析水解酸化池的各個可控參數(shù)對整體工藝中氨氮去除率的影響，來探討細化水解酸化工藝控制以提高各類污染物整體去除率的可行性。

以開發(fā)區(qū)污水處理廠為模板分析，水解池水溫控制在20-35℃、水解池碳氮比在16-24區(qū)間時，生化系統(tǒng)對氨氮的去除率可達到94.09%，可有效保證穩(wěn)定的達標排放。

關鍵詞：水解酸化；氨氮去除率；水力負荷；PH；水溫；碳氮比

1水解酸化處理方法總述

水解酸化處理方法是一種介于好氧和厭氧處理法之間的方法，和其它工藝組合可以降低處理成本提高處理效率。水解酸化工藝根據產甲烷菌與水解產酸菌生長速度不同，將厭氧處理控制在反應時間較短的厭氧處理第一和第二階段，即在大量水解細菌、酸化菌作用下將不溶性有機物水解為溶解性有機物，將難生物降解的大分子物質轉化為易生物降解的小分子物質的過程，從而改善廢水的可生化性，為后續(xù)處理奠定良好基礎。為了更加有效的處理印染廢水，目前，該工藝已應用在開發(fā)區(qū)污水處理廠，并取得了良好的效果。

水解是指有機物進入微生物細胞前、在胞外進行的生物化學反應。微生物通過釋放胞外自由酶或連接在細胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應。

酸化是一類典型的發(fā)酵過程，微生物的代謝產物主要是各種有機酸。

從機理上講，水解和酸化是厭氧消化過程的兩個階段，但不同的工藝水解酸化的處理目的不同。

水解酸化-好氧生物處理工藝中的水解目的主要是將原有廢水中的非溶解性有機物轉變?yōu)槿芙庑杂袡C物，特別是工業(yè)廢水，主要將其中難生物降解的有機物轉變?yōu)橐咨锝到獾挠袡C物，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧處理?？紤]到后續(xù)好氧處理的能耗問題，水解主要用于低濃度難降解廢水的預處理。混合厭氧消化工藝中的水解酸化的目的是為混合厭氧消化過程的甲烷發(fā)酵提供底物。而兩相厭氧消化工藝中的產酸相是將混合厭氧消化中的產酸相和產甲烷相分開，以創(chuàng)造各自的最佳環(huán)境。

酸化水解池內分污泥床區(qū)和清水層區(qū)，待處理污水以及濾池反沖洗時脫落的剩余微生物膜由反應器底部進入池內，并通過帶反射板的布水器與污泥床快速而均勻地混合。污泥床較厚，類似于過濾層，從而將進水中的顆粒物質與膠體物質迅速截留和吸附。由于污泥床內含有高濃度的兼性微生物，在池內缺氧條件下，被截留下來的有機物質在大量水解—產酸菌作用下，將不溶性有機物水解為溶解性物質，將大分子、難于生物降解的物質轉化為易于生物降解的物質；同時，生物濾池反沖洗時排出的剩余污泥（剩余微生物膜）菌體外多糖粘質層發(fā)生水解，使細胞壁打開，污泥液態(tài)化，重新回到污水處理系統(tǒng)中被好氧菌代謝，達到剩余污泥減容化的目的。由于水解酸化的污泥齡較長（一般15～20天）。若采用水解酸化池代替常規(guī)的初沉池，除達到截留污水中懸浮物的目的外，還具有部分生化處理和污泥減容穩(wěn)定的功能

厭氧生化處理的概述

廢水厭氧生物處理是指在無分子氧的條件下通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中各種復雜有機物分解轉化成甲烷和二氧化碳等物質的過程。

厭氧生化處理過程：高分子有機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發(fā)酵（或酸化）階段、產乙酸階段和產甲烷階段。

1、水解階段

水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。

2、發(fā)酵（或酸化）階段

發(fā)酵可定義為有機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性有機物被轉化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產物，因此這一過程也稱為酸化。

3、產乙酸階段

在產氫產乙酸菌的作用下，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、甲烷階段

這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇被轉化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。

水解酸化分析

高分子有機物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不可能為細菌直接利用。它們在水解階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如，纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白質酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。水解過程通常較緩慢，多種因素如溫度、有機物的組成、水解產物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。

酸化階段，上述小分子的化合物在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。發(fā)酵細菌絕大多數(shù)是嚴格厭氧菌，但通常有約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環(huán)境中，這些兼性厭氧菌能夠起到保護嚴格厭氧菌免受氧的損害與抑制。這一階段的主要產物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，產物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。

水解階段是大分子有機物降解的必經過程，大分子有機物想要被微生物所利用，必須先水解為小分子有機物，這樣才能進入細菌細胞內進一步降解。酸化階段是有機物降解的提速過程，因為它將水解后的小分子有機物進一步轉化為簡單的化合物并分泌到細胞外。這也是為何在實際的工業(yè)廢水處理工程中，水解酸化往往作為預處理單元的原因。

兩點普遍認同的作用：

1、提高廢水可生化性：能將大分子有機物轉化為小分子。

2、去除廢水中的COD：既然是異養(yǎng)型微生物細菌，那么就必須從環(huán)境中汲取養(yǎng)分，所以必定有部分有機物降解合成自身細胞。

穩(wěn)定性

水解酸化池抗沖擊負荷能力強，在進水COD為1000mg/L時，仍能保證出水在200mg/L，能起到非常好的緩沖作用；水解酸化池水力停留時間短，土建費用較低，而且運行費用低，無任何電耗，污泥水解率高，減少脫水機運行時間，降低能耗，因此水解酸化池的穩(wěn)定性和經濟性要遠遠超過其他預處理工藝。

污泥沉積

運行一段時間后發(fā)現(xiàn)曝氣池前段水解酸化池發(fā)生污泥沉積在池內，最嚴重時甚至整個池內全是污泥，并有部分死泥上浮。經分析發(fā)現(xiàn)主要原因是水解酸化池潛水攪拌機功率太小，再加上污泥回流量過大，池內介質密度太大，潛水攪拌機無法使整池泥水混合物翻滾起來，導致發(fā)生污泥沉積現(xiàn)象。通過降低水解酸化池污泥回流量至10%以下，能基本解決污泥沉積問題，但系統(tǒng)除磷效率和水解酸化功能明顯降低，最好的解決辦法是把潛水攪拌器更換為大功率潛水攪拌器。

機理分析

一般認為，污水進入水解酸化池后進行充分的氨化作用，水解池出水氨氮比進水有所增加。而根據開發(fā)區(qū)污水處理廠實際運行情況，水解酸化池水力停留時間在4.4h，污泥齡在6d左右，水解酸化池氨氮平均去除率達到42.34%，凱氏氮去除率為40.1%，總氮去除率為37.92%；具體分析原因：去除氨氮一般以同化作用、硝化反硝化作用實現(xiàn)，同化作用去除一般較少，通過計算去除率僅在10%左右，而一般硝化反硝化的條件也不具備，如溶解氧、水力停留時間等因素；因此必然存在另一種形式的去除氨氮的反應存在，初步分析可能存在厭氧氨氧化的現(xiàn)象，但需進一步的分析與研究。

操作規(guī)程

一般厭氧發(fā)酵過程可分為四個階段，即水解階段、酸化階段、酸衰退階段和甲烷化階段。而在水解酸化池中把反應過程控制在水解與酸化兩個階段。在水解階段，組合填料可使固體有機物質降解為溶解性物質，大分子有機物質降解為小分子物質。在產酸階段，碳水化合物等有機物降解為有機酸，主要是乙酸、丁酸和丙酸等。水解和酸化反應進行得相對較快，一般難于將它們分開，此階段的主要微生物是水解—酸化細菌。

廢水經過水解酸化池后可以提高其可生化性，降低污水的pH值，減少污泥產量，為后續(xù)好氧生物處理創(chuàng)造了有利條件。組合填料在設置水解酸化池可以提高整個系統(tǒng)對有機物和懸浮物的去除效果，減輕好氧系統(tǒng)的有機負荷，使整個系統(tǒng)的能耗相比于單獨使用好氧系統(tǒng)大為降低。

水解酸化池的處理效果增強措施：

a、水解酸化池底部安裝有大阻力布水系統(tǒng)，利用二沉池的回流污泥攪動水解酸化池底部的污泥，使其處于懸浮狀態(tài)并且與進入的廢水充分混合，從而提高了水解酸化池的處理效果，減輕后續(xù)好氧處理的負荷。二沉池的污泥回流水解酸化池，可以增加水解酸化池內的污泥濃度、提高處理效果，同時使污泥得到消化，減少了剩余污泥的排放量、降低污泥處理費用，從而減少了運行費用。

b、在水解酸化池內安裝彈性填料，對攪動的廢水進行水力切割，使懸浮狀態(tài)的污泥與水充分混合。為水解酸化菌的生長提供有利條件。

c、水解酸化池底部還裝有排泥管道系統(tǒng)，是由UASB厭氧反應器排泥系統(tǒng)改進而成，可以保證水解酸化池長期穩(wěn)定的運行。

為保證設施的穩(wěn)定運行，必須保證均勻進水！根據車間的日產生污水量，分次分階段的從調節(jié)池提升至水解酸化池。

污泥回流量控制在總污泥量為池容的1/3即可。

水解反硝化的基本過程為：在缺氧條件下，利用反硝化菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從無水中逸出，從而達到除氮的目的。反硝化是將硝化反應過程中產生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮氣的過程，反硝化菌是一類化能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物。

當有分子態(tài)氧存在時，反硝化菌氧化分解有機物，利用分子氧作為最終電子受體，當無分子態(tài)氧存在時，反硝化細菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽中的N3+和N5+做為電子受體，O2-作為受氫體生成水和OH-

有機物則作為碳源提供電子供體提供能量并得到氧化穩(wěn)定，由此可知反硝化反應須在缺氧條件下進行。從NO3-還原為N2的過程如下：

NO3-→NO2-→NO→N2O→N2

反硝化過程中，反硝化菌需要有機碳源（如碳水化合物、醇類、有機酸類）作為電子供體，利用NO3-

中的氧進行缺氧呼吸。其反應過程可以簡單用下式表示：

NO3-+4H（電子供體有機物）→ 1/2N2+H2O+2OH-

NO2-+3H（電子供體有機物）→ 1/2N2+H2O+OH-

2我廠工藝簡述 流程圖，水解工藝在其中的重要性說明

圖（1）

開發(fā)區(qū)污水處理廠一期設計2萬噸/日，綜合生化池有兩組，目前由于進水量的限制只有一組1萬噸/日在運行。該處理系統(tǒng)采用水解酸化+A/O工藝，即上圖所示。眾所周知，水解酸化對于后面A/O工藝的脫氮作用是十分重要，若水解酸化池的反硝化反應沒有起到應有的作用，那么對于A/O工藝段的硝化作用會有相當大的抑制。

3目前的運行狀況

開發(fā)區(qū)污水處理廠目前平均日處理約6000噸。由于該處理系統(tǒng)的中試有一定的難度，故本討論以往年的實際生產數(shù)據為依據。

3.1、溫度因素

3.2、PH因素

3.3、進水COD

3.4、進水碳氮比

以上數(shù)據可以看出，針對開發(fā)區(qū)污水處理廠，影響整個處理工藝氨氮去除率較為明顯的影響因素為水溫及碳氮比，可以看出，水解池溫度在20度以下和35度以上的情況下，出水氨氮值明顯要高于溫度在20度至35度之間。水解池碳氮比的列表可以看出，碳源過多造成的不利影響很明顯，過多的碳源在后續(xù)A/O工藝中占用了大量的好氧菌資源，從而造成了污染物去除率降低。

3.5、細化分析水溫對水解酸化除氨的影響：

氨氮去除率的峰值出現(xiàn)在水解池水溫在20-35℃階段，在這一水溫區(qū)間，污水處理系統(tǒng)的整體氨氮去除率可達93%--95%，出水氨氮平均為2.11mg/L，可完全確保滿足排放標準。20℃以下及35℃以上的情況，明顯可以看出水溫與氨氮去除率的線性下降關系。

3.6細化分析水解池碳氮比對氨氮去除率的影響：

對比上圖，水解池碳氮控制在16-24區(qū)間時，氮氮去除率有一個較為平穩(wěn)的峰值，此區(qū)間的平均93.07%，峰值去除率為93.60%，而其余區(qū)間的平均去除率僅為90.05%。特別是在碳氮比超過24之后，隨碳氮比的上升，氨氮去除率線性下降，最低僅為87%。

4控制參數(shù)與影響因素

4.1布水方式

配水是否均勻是影響水解酸化效果的重要因素，開發(fā)區(qū)污水處理廠池底布水系統(tǒng)采用DN50ABS穿孔管，穿孔直徑6mm，間距150mm，交叉向下斜45°角開；干管采用DN200ABS管，不開孔，使水解酸化池進水達到布水均勻的效果。填料采用彈性填料，將其上下均勻固定，每束填料有效長度3.4米，總填料有效體積3100m3。

4.2水力負荷

水力負荷主要體現(xiàn)在上升流速和配水方式的設計上，上升流速是設計水解酸化池的主要參數(shù)，一般建議上升流速設計在0.5m/h-1.8m/h，目前運行上升流速在0.54m/h（有效水深H為6.5m，水力停留時間HRT為12h）；配水方式為小阻力配水，主管為DN200，分管為DN50，在分管交叉向下斜45°方向開孔，穿孔直徑6mm，間距150mm，具體見圖4。分枝狀形式的配水形式基本上達到了配水均勻的目的。

圖（4）

4.3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。水解池功能得以完成的重要條件之一是維持池內高濃度的厭氧微生物（污泥）。由于污泥受到兩個方向的作用，即其本身在重力場下的沉淀作用，及污水從下而上運動造成的污泥上升運動，因此污泥與污水可充分接觸，達到良好的截留和水解酸化效果。

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值的提高，使得出水中溶解性的COD比例提高，同時反應器內高的污泥濃度起到了良好的截留水解作用，在有機物通過時將其吸附截留，增加了有機物的停留時間，提高了難降解物質和不易降解物質的可降解性，消除了難降解物質對后續(xù)生化處理的抑制性。

（2）污水進入水解酸化池后進行充分的氨化作用，水解池出水氨氮比進水有所增加。根據開發(fā)區(qū)污水處理廠實際運行情況，水解池水力停留時間為10小時，泥齡6天情況下，水解池出水中，氨氮占總氮的比例提高了10.4%，進水中大量的硝酸鹽氮在水解細菌的反硝化作用下，將高分子有機物 轉換為低分子耦氨有機物，為后續(xù)好氧環(huán)境的處理提供了微觀環(huán)境下更均勻的碳氮比，提高了工藝整體的氨氮去除率。

（3）水解酸化池水解后的溶解性COD和BOD5數(shù)量增多，可生化性強，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3.96：1，即可保證碳化和硝化的需氧量，降低了后續(xù)的運行費用。

（4）水解酸化池在截留大量懸浮物和去除部分BOD5的同時，對污泥還有一定的水解率，通過開發(fā)區(qū)污水處理廠長時間的運行發(fā)現(xiàn)，水解酸化池理論產泥量在19044kg/d，而實際處理泥量在13974kg/d，根據計算污泥水解率約在26.6%；以體積計算，污泥水解率在28.4%，減輕了脫水機的運行負荷，同時降低了運行費用，由此可以看出水解酸化池57.62%的COD去除率，其中一部分通過剩余污泥進行排放，其他可能通過硫酸鹽還原、氫氣的產生等途徑降解。

5、結論

作為一種廣泛運用于污水處理的工藝步驟，水解酸化在整體工藝中擔當了后續(xù)A/O工藝的支撐者角色，承擔了分解高分子有機物、提高污水可生化性的重要作用。各種污染物指標在水解酸化階段雖然去除率不高、甚至反而有所增高，但水解酸化的效果好壞直接影響著整個工藝的主要污染物去除率，本次課題研究以水解酸化為一個窗口，通過分析水解酸化池的各個可控參數(shù)對整體工藝中氨氮去除率的影響，來探討細化水解酸化工藝控制以提高各類污染物整體去除率的可行性。

通過調研，可見水溫、碳氮比、PH等可控參數(shù)對水解酸化池的運行效果起著至關重要的影響。以開發(fā)區(qū)污水處理廠為模板分析，水解池水溫控制在20-35℃、水解池碳氮比在16-24區(qū)間時，生化系統(tǒng)對氨氮的去除率可達到94.09%，可有效保證穩(wěn)定的達標排放。為我們以后的精細化生產工藝控制提供了重要的參數(shù)依據。本文雖然僅使用開發(fā)區(qū)污水處理廠近兩年的生產化驗數(shù)據進行統(tǒng)計匯總，但對其它同樣使用水解酸化工藝的污水處理體系有一定的借鑒作用。

參考文獻：

[1] 水解酸化池分污泥床區(qū) 清水層區(qū)介紹 .慧聰水工業(yè)網 [引用日期2014-06-27] .

[2] 水解酸化池設計圖 . [引用日期2014-06-27] .

[3] 水解酸化池污泥沉積對策 .工業(yè)360 [引用日期2014-06-27] .