污水处理学习之水解酸化池

一、技术简介  

水解（酸化）处理方法是一种介于好氧和厌氧处理法之间的方法，和其它工艺组合可以降低处理成本提高处理效率。水解酸化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，为后续处理奠定良好基础。  

水解是指有机物进入微生物细胞前、在胞外进行的生物化学反应。微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化反应。  

水解酸化池  

酸化是一类典型的发酵过程，微生物的代谢产物主要是各种有机酸。  

从机理上讲，水解和酸化是厌氧消化过程的两个阶段，但不同的工艺水解酸化的处理目的不同。水解酸化-好氧生物处理工艺中的水解目的主要是将原有废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，特别是工业废水，主要将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧处理。考虑到后续好氧处理的能耗问题，水解主要用于低浓度难降解废水的预处理。混合厌氧消化工艺中的水解酸化的目的是为混合厌氧消化过程的甲烷发酵提供底物。而两相厌氧消化工艺中的产酸相是将混合厌氧消化中的产酸相和产甲烷相分开，以创造各自的最佳环境。  

二、 结构  

酸化水解池内分污泥床区和清水层区，待处理污水以及滤池反冲洗时脱落的剩余微生物膜由反应器底部进入池内，并通过带反射板的布水器与污泥床快速而均匀地混合。污泥床较厚，类似于过滤层，从而将进水中的颗粒物质与胶体物质迅速截留和吸附。由于污泥床内含有高浓度的兼性微生物，在池内缺氧条件下，被截留下来的有机物质在大量水解—产酸菌作用下，将不溶性有机物水解为溶解性物质，将大分子、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的物质；同时，生物滤池反冲洗时排出的剩余污泥（剩余微生物膜）菌体外多糖粘质层发生水解，使细胞壁打开，污泥液态化，重新回到污水处理系统中被好氧菌代谢，达到剩余污泥减容化的目的。由于水解酸化的污泥龄较长（一般15～20天）。若采用水解酸化池代替常规的初沉池，除达到截留污水中悬浮物的目的外，还具有部分生化处理和污泥减容稳定的功能  

三、 处理过程  

3.1 厌氧生化处理概述  

废水厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程。  

厌氧生化处理过程：高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。  

1、水解阶段  

水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。  

2、发酵（或酸化）阶段  

发酵可定义为有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化。  

3、产乙酸阶段  

在产氢产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。  

4、甲烷阶段  

这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。  

水解酸化分析  

高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。它们在水解阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例如，纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质酶水解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。水解过程通常较缓慢，多种因素如温度、有机物的组成、水解产物的浓度等可能影响水解的速度与水解的程度。  

酸化阶段，上述小分子的化合物在酸化菌的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。  

3.2总结  

水解阶段是大分子有机物降解的必经过程，大分子有机物想要被微生物所利用，必须先水解为小分子有机物，这样才能进入细菌细胞内进一步降解。酸化阶段是有机物降解的提速过程，因为它将水解后的小分子有机物进一步转化为简单的化合物并分泌到细胞外。这也是为何在实际的工业废水处理工程中，水解酸化往往作为预处理单元的原因。  

两点普遍认同的作用：  

1、提高废水可生化性：能将大分子有机物转化为小分子。  

2、去除废水中的COD：既然是异养型微生物细菌，那么就必须从环境中汲取养分，所以必定有部分有机物降解合成自身细胞。  

四、 设计计算  

水解（酸化）池设计计算  

1、有效池容V可以根据污水在池内的水力停留时间计算的。水解（酸化）池内水力停留时间需根据污水的有机物种类（水解的速度情况）、进水有机物浓度、当地的平均气温情况综合而定。  

2、池截面面积根据污水在池内的上升流速计算。对于水解酸化反应器,为了保持其处理的高效率,必须保持池内足够多的活性污泥,同时要使进入反应器的废水尽量快地与活性污泥混合,增加活性污泥与进水有机物的接触好。上升流速需要保证污泥不沉积，同时又不能使活性污泥流失，所以保持合适的上升流速是必要的。  

3、反应池布水系统设计。水解酸化反应器良好运行的重要条件之一是保障污泥与废水之间的充分接触，为了布水均匀与克服死区，水解酸化池底部按多槽布水区设计，并且反应器底部进水布水 系统应该尽可能地布水均匀。  

水解酸化池的布水系统形式有多种，布水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了保证这两个功能的实现，需要满足以下原则。  

（1）、确保各单位面积的进水量基本相同，以防止发生短路现象；  

（2）、尽可能满足水力搅拌需要，保证进水有机物与污泥迅速混合；  

（3）、易观察到进水管的堵塞，并当堵塞发生后很容易被清除。  

水解酸化池设计停留时间为3.6h，有效容积为750m3，共分2格，每格工艺尺寸为：13m×5.5m×5.6m（超高0.35m）。中间管廊工艺尺寸为：13m×2.0m×5.6m。水解酸化池泥层高2.5m。排泥位置主要位于泥层上部，池底设有排砂设施，泥龄一般18天左右，设计污泥混合区浓度20g/L，泥区总体积约为320m3，每天产干泥量约0.25吨。  

五、 设计参数  

对于设计来说较难掌控的是水解酸化池的停留时间，因为废水的种类不同，所含的有机物水解速度不同，所以停留时间自然不会相同。这就需要对所做的工程总结经验数据，或者通过做实验确定。对于水解酸化工艺本人并没有什么实际经验，从理论来看，觉得可以放大停留时间，保证水解时间，让其适当过渡到厌氧后两个阶段。  

本文的设计计算部分摘录了《水解（酸化）反应器在工程应用中的研究与展望》—中山市环境科学研究所论文的内容，另外该论文里有介绍了水解（酸化）反应器的类型及其在工程应用中的效果，其常规设计的两个参数如下：  

1、停留时间：一般为2.5-4.5h，考虑综合情况。  

2、池内上升流速：一般控制在0.8-1.8 m/h 较合适。  

水解酸化主要用于有机物浓度较高、SS较高的污水处理工艺，是一个比较重要的工艺。如果后级接入UASB工艺，可以大大提高UASB的容积负荷，提高去除效率。水中有机物为复杂结构时，水解酸化菌利用H2O电离的H+和-OH将有机物分子中的C-C打开，一端加入H+，一端加入-OH，可以将长链水解为短链、支链成直链、环状结构成直链或支链，提高污水的可生化性。水中SS高时，水解菌通过胞外粘膜将其捕捉，用外酶水解成分子断片再进入胞内代谢，不完全的代谢可以使SS成为溶解性有机物，出水就变的清澈了。这其间水解菌是利用了水解断键的有机物中共价键能量完成了生命的活动形式。但是COD在表象上是不一定有变化的，这要根据你在设计时选择的参数和污水中有机物的性质共同确定的，长期的运行控制可以让菌种产生诱导酶定向处理有机物，这也就是调试阶段工艺控制好以后，处理效果会逐步提高的原因之一。水解工艺并不是简单的，设计时要考虑污水中有机物的性质，确定水解的工艺设计，水解停留时间、搅拌方式、循环方式、污泥回流方式、设计负荷、出水酸化度、污泥消解能力、后级配套工艺（UASB或接触氧化）。  

有人提到水解后COD不降反升，可能有以下原因：一是复杂有机物在COD检测中不能显示出来，但是水解后就可能显示COD；另一种可能是调试时，运行参数控制不准确，造成水解菌胶团上升随出水流失；再一可能是没有考虑有机物的生物毒性浓度和系统的生物忍耐性，造成菌种中毒流失，流失的菌胶团在出水检测中显示COD增高，这就要求调试时加强生物相的观察和记录对比。  

六、 机理分析  

一般认为，污水进入水解酸化池后进行充分的氨化作用，水解池出水氨氮比进水有所增加。而根据某水务某污水处理厂实际运行情况，水解酸化池水力停留时间在4.4h，污泥龄在6d左右，水解酸化池氨氮平均去除率达到42.34%，凯氏氮去除率为40.1%，总氮去除率为37.92%；具体分析原因：去除氨氮一般以同化作用、硝化反硝化作用实现，同化作用去除一般较少，通过计算去除率仅在10%左右，而一般硝化反硝化的条件也不具备，如溶解氧、水力停留时间等因素；因此必然存在另一种形式的去除氨氮的反应存在，初步分析可能存在厌氧氨氧化的现象，但需进一步的分析与研究。  

七、 操作规程  

一般厌氧发酵过程可分为四个阶段，即水解阶段、酸化阶段、酸衰退阶段和甲烷化阶段。而在水解酸化池中把反应过程控制在水解与酸化两个阶段。在水解阶段，组合填料可使固体有机物质降解为溶解性物质，大分子有机物质降解为小分子物质。在产酸阶段，碳水化合物等有机物降解为有机酸，主要是乙酸、丁酸和丙酸等。水解和酸化反应进行得相对较快，一般难于将它们分开，此阶段的主要微生物是水解—酸化细菌。  

废水经过水解酸化池后可以提高其可生化性，降低污水的pH值，减少污泥产量，为后续好氧生物处理创造了有利条件。组合填料在设置水解酸化池可以提高整个系统对有机物和悬浮物的去除效果，减轻好氧系统的有机负荷，使整个系统的能耗相比于单独使用好氧系统大为降低。  

水解酸化池的处理效果增强措施：  

a、水解酸化池底部安装有大阻力布水系统，利用二沉池的回流污泥搅动水解酸化池底部的污泥，使其处于悬浮状态并且与进入的废水充分混合，从而提高了水解酸化池的处理效果，减轻后续好氧处理的负荷。二沉池的污泥回流水解酸化池，可以增加水解酸化池内的污泥浓度、提高处理效果，同时使污泥得到消化，减少了剩余污泥的排放量、降低污泥处理费用，从而减少了运行费用。  

b、在水解酸化池内安装弹性填料，对搅动的废水进行水力切割，使悬浮状态的污泥与水充分混合。为水解酸化菌的生长提供有利条件。  

c、水解酸化池底部还装有排泥管道系统，是由UASB厌氧反应器排泥系统改进而成，可以保证水解酸化池长期稳定的运行。  

为保证设施的稳定运行，必须保证均匀进水！根据车间的日产生污水量，分次分阶段的从调节池提升至水解酸化池。  

污泥回流量控制在总污泥量为池容的1/3即可。

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