摘  要：本文介紹了水解－酸化工藝的基本原理，綜述了水解－酸化作為難生物降解有機(jī)物廢水預(yù)處理工藝的應(yīng)用情況及處理效果；分析了影響難降解有機(jī)物水解－酸化處理效果的部分因素；闡述了用水解－酸化預(yù)處理的方法對(duì)處理難生化降解的有機(jī)廢水是一種有效的手段.

關(guān)鍵詞：污水處理； 難降解有機(jī)物； 水解－酸化

1  前言

難降解的有機(jī)化工污水處理，是環(huán)保高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的一部分。污水處理的本質(zhì)是采用各種技術(shù)手段將污水中的污染物質(zhì)分離出來，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)，使之得到凈化。在污水中，存在著各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，難降解有機(jī)物是指在一般生化處理過程中不能分解且對(duì)生化反應(yīng)有抑制或毒害作用的有機(jī)物，如有機(jī)農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯等。

國(guó)內(nèi)外處理難降解的有機(jī)物通常有兩類方法，一類是采用吹脫、吸附、膜分離、氧化、焚燒、電化學(xué)處理等物理化學(xué)法；另一類是立足于生化法，通過預(yù)處理或生物處理的一些強(qiáng)化手段，提高生物對(duì)難降解有機(jī)物的分解能力。近年來，國(guó)內(nèi)外的環(huán)?？蒲腥藛T研究了一種介于厭氧和好氧之間的水解－酸化工藝，作為難降解有機(jī)物的預(yù)處理工藝，它對(duì)提高后續(xù)生化處理的能力有顯著效果。

2  水解－酸化工藝機(jī)理

2.1 水解－酸化工藝的基本原理

水解－酸化工藝可以從有機(jī)物的厭氧分解過程的分析得出。有機(jī)物的厭氧分解一般可以分解為三個(gè)階段，第一階段是由兼性細(xì)菌產(chǎn)生的水解酶類將大分子物質(zhì)或不溶性物質(zhì)水解成低分子可溶性的有機(jī)物，這一階段主要是促使有機(jī)物增加溶解性。第二階段為產(chǎn)酸和脫氫階段。它把水解形成的溶性小分子由產(chǎn)酸菌氧化成為低分子的有機(jī)酸等，并合成新的細(xì)胞物質(zhì)。第三階段是由產(chǎn)甲烷細(xì)菌把第二階段的產(chǎn)物進(jìn)一步氧化成甲烷、二氧化碳等，并合成新的細(xì)胞物質(zhì)。難降解的有機(jī)化合物通常都是一些大分子的有機(jī)化合物、纖維素等，這類污染物的降解首先要經(jīng)過水解過程，而好氧微生物的水解能力很弱，致使有機(jī)物降解緩慢。［１］厭氧生物處理恰恰利用了水解－酸化階段，使一些難降解的物質(zhì)得到降解。只要適應(yīng)水解－酸化的微生物菌群生成，就可以使一些難降解的物質(zhì)得到降解。1967年，人們發(fā)現(xiàn)氯代烴在厭氧條件下可以脫氯而分解為較易生物降解的中間體。［2］在水解和酸化階段，主要微生物為水解菌和產(chǎn)酸菌，他們均為兼性細(xì)菌，利用水解菌和產(chǎn)酸菌，將大分子、難降解的有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物，改善廢水的可生化性，為后續(xù)處理創(chuàng)造有利條件。

2.2  水解－酸化預(yù)處理工藝的特點(diǎn)

水解和酸化處理過程不需要曝氣但又不絕對(duì)厭氧,它不以產(chǎn)甲烷為目標(biāo),僅是厭氧處理的中間過程.與完全厭氧工藝相比,有如下特點(diǎn):

（1）難降解的有機(jī)廢水經(jīng)水解－酸化處理后，BOD5／CODcr比值，有明顯的提高；

（2）不需要嚴(yán)格的厭氧條件，工藝運(yùn)行比較穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境溫度在15℃～３５℃之間、pH在6.5～9.0之間的變化范圍內(nèi)不很敏感，便于操作控制；

（3）相對(duì)厭氧處理而言，水力停留時(shí)間短，對(duì)工業(yè)污水中的有機(jī)污染物，根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)、分子量大小，水解反應(yīng)一般在4－12h完成。所需反應(yīng)器體積較小，可節(jié)省工程投資；

（4）水解和產(chǎn)酸菌的繁殖速度比產(chǎn)甲烷菌快，馴化培養(yǎng)時(shí)間較短。采用軟性纖維填料的膜法水解－酸化生物工藝，由于生物量大、容積負(fù)荷高，能適應(yīng)進(jìn)水CODcr濃度的變化，且抗沖擊負(fù)荷的能力也較強(qiáng)。

（5）水解－酸化池不產(chǎn)生厭氧反應(yīng)那樣的臭味，它可以設(shè)計(jì)成敞開式。水解－酸化池的設(shè)計(jì)深度要盡量深一點(diǎn)，在4－8m之間。

3  水解－酸化預(yù)處理的應(yīng)用

南京某化工廠的生物膜水解－酸化和生物膜好氧曝氣、塔式活性污泥法串并聯(lián)工藝組合，在處理難生化降解的有機(jī)混合廢水中取得了較好的效果。其混合的化工廢水組成見表1。

從表中可以看出，該混合廢水中水質(zhì)復(fù)雜，較難生化處理的硝基苯、硝基氯苯、含防老劑RD的氨基類廢水、防老劑4020含酮廢水等占有較大的比例，占總水量的80％以上，他們對(duì)好氧生物污泥中的微生物能產(chǎn)生抑制作用和毒害作用。沒采用生物膜水解－酸化工藝時(shí)的BOD／COD值比在0.2－0.26之間，而采用生物膜水解－酸化工藝后，在水解菌和產(chǎn)酸菌的作用下，大分子有機(jī)物降解為酸性小分子的物質(zhì)，難溶解的含防老劑RD的氨基廢水水解后，其溶解度有較大幅度的提高，便于生化處理。硝基苯在好氧生化處理時(shí)，降解效果差，但在缺氧水解－酸化的條件下，硝化廢水中的硝基可部分轉(zhuǎn)化為胺基。而苯胺廢水的可生化性強(qiáng)于硝基苯廢水，從而使混合污水中的難于生物降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)為易生物降解的物質(zhì)，BOD/CODcr的比值升高到0.3以上，提高了難生化降解污水的可生化性。

該廠的研究部門用上?？萍即髮W(xué)SKW－3型瓦勃式呼吸儀對(duì)難生化處理的硝基氯苯、混合污水等廢水進(jìn)行了采用生物膜水解－酸化處理前后可生化性的測(cè)定。其中，硝基氯苯廢水的水質(zhì)情況如表2。

3.1  試驗(yàn)原理

3.1.1  污泥培養(yǎng)及馴化

取該廠污水處理車間成熟污泥置于1000mL量筒中，用小型充氧泵供氧。培養(yǎng)期間，每天投加氮、磷營(yíng)養(yǎng)物以增加污泥數(shù)量；培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行馴化，每天去除上清液，加入稀釋的廢水以提高污泥對(duì)廢水的適應(yīng)性，提高污泥中微生物對(duì)廢水中有機(jī)物的降解能力。控制稀釋廢水的COD濃度在300－500ppm。

3.1.2  試驗(yàn)

試驗(yàn)前一天空曝一天，使污泥處于內(nèi)源呼吸階段。整個(gè)過程約需10～15天。廢水與馴化后的污泥置于密閉的反應(yīng)瓶中，并與檢壓管相連接，經(jīng)振蕩，污泥與水充分接觸后起反應(yīng)，污泥中的微生物將大分子有機(jī)物將降解成小分子化合物，最終將之分解成二氧化碳、水、NOX，降解過程中消耗反應(yīng)瓶中的氧氣，生成的二氧化碳被反應(yīng)瓶中心小杯內(nèi)的10％KOH溶液吸收，反應(yīng)瓶?jī)?nèi)形成負(fù)壓，反映在減壓管上，記錄不同時(shí)刻的開管度數(shù)，根據(jù)一定的換算公式，計(jì)算出耗氧值。

換算公式：       
式中：△h：檢壓管壓差（mm）；
          X：  污泥干重（g）；
          K：  常數(shù)（由廠家隨設(shè)備提供）。

3.2  原始記錄及數(shù)據(jù)處理

將蒸餾水、廢水和馴化后的污泥按照一定的比例定量放在不同反應(yīng)瓶中，并與檢壓管相連接，裝于瓦勃式呼吸儀上。記錄不同時(shí)間檢壓管開管讀數(shù)，分別列于表3、表4，計(jì)算結(jié)果列于表5、表6。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，分別以7h和以8h處的值，計(jì)算耗氧值得：

沒有加水解－酸化工藝：ΔW×X/COD＝（11.62-10.00）×10.5/350=0.11＜0.3

已經(jīng)加水解－酸化工藝：ΔW×X/COD＝（31.70-23.66）×10.5/280＝0.301＞0.3

一般來說，以上比值大于0.3廢水能夠生化處理。

設(shè)B＝ΔW×X/COD，表7列出了不同廢水在水解－酸化前后的可生化性變化情況。（不同廢水的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果略。）

通過對(duì)比，增加水解－酸化工藝后，對(duì)提高廢水的可生化性效果非常明顯，這對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)處理效果的提高起了至關(guān)重要的作用。使裝置的污染物去除能力提高15％～25％。處理后廢水的達(dá)標(biāo)率更加穩(wěn)定。表8列出了未增加水解－酸化處理系統(tǒng)前的總排水COD值。表9列出了增加水解－酸化處理系統(tǒng)后的總排水COD值。

從上表中可以看出，在處理水量基本相同的條件下，增加了水解－酸化預(yù)處理工藝后，雖然COD進(jìn)水濃度有較大幅度的增加，達(dá)到２５％以上，但裝置的總排出水COD值并沒有增加,仍然處于達(dá)標(biāo)水平。（該廠的COD排放指標(biāo)為COD≤120mg/L。整個(gè)裝置的處理效率提高是顯而易見的。

3.3  微生物鏡檢情況

由于水解－酸化工藝是使用軟性纖維填料的生物膜進(jìn)行的，而生物膜是固定生長(zhǎng)的，具有形成穩(wěn)定生態(tài)的條件，能夠棲息增殖速度慢、世代時(shí)間長(zhǎng)的細(xì)菌和較高級(jí)的微生物如硝化菌，它的繁殖速度要比一般的假單胞菌慢40～50倍。南京某化工廠的水解－酸化預(yù)處理裝置，在經(jīng)過連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月后，部分脫落的微生物漂浮在水解－酸化池的表面，形成一個(gè)隔絕空氣的厭氧生物層。在此生物層上出現(xiàn)的生物,在種屬上要比在活性污泥中豐富得多。鏡檢中除看到細(xì)菌和原生動(dòng)物外,而且還能看見真菌、藻類以及鞭毛蟲、纖毛蟲和豆形蟲等，生物種群相當(dāng)?shù)呢S富。

4  水解－酸化工藝的影響因素與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1  進(jìn)水COD濃度變化的影響

從南京某化工廠水解－酸化預(yù)處理的污水處理裝置實(shí)際運(yùn)行的情況看，在水解－酸化處理過程中，進(jìn)水COD的濃度在一定范圍內(nèi)的增加，如COD的變化值在短時(shí)間內(nèi)，超過設(shè)計(jì)進(jìn)水值的1.2～1.3倍時(shí)，對(duì)出水水質(zhì)指標(biāo)的影響不大。但是，如果持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)或進(jìn)水的COD值超過設(shè)計(jì)值的1.5倍以上，則會(huì)對(duì)微生物帶來較大的影響，其生物活性明顯的受到抑制，出水效果也會(huì)變差。因此，水解－酸化預(yù)處理對(duì)進(jìn)水COD濃度在短時(shí)間內(nèi)的急劇變化，所引起的沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力相對(duì)較強(qiáng)。

4.2  水力停留時(shí)間

水力停留時(shí)間（HRT）主要取決于廢水的溶解度、組份等性質(zhì)，工業(yè)廢水的水質(zhì)比較復(fù)雜，其HRT在14h～20h之間。在設(shè)計(jì)水解－酸化工藝時(shí)，要綜合考慮水解－酸化工藝的處理目標(biāo)、COD的去除效率等。通常隨著HRT的增加，COD、BOD及BOD5／COD均為先上升后下降，表明在一定停留時(shí)間內(nèi)，水解－酸化使一些大分子、難降解有機(jī)物降解為小分子、易生物降解的有機(jī)物，使廢水BOD升高；但隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)甲烷菌開始生長(zhǎng)，使一部分小分子有機(jī)物徹底降解，故BOD、COD均降低。因此，選擇使BOD5／COD達(dá)到最大值時(shí)的HRT為最佳HRT，這樣可充分發(fā)揮后繼耗氧生物處理的作用，縮短系統(tǒng)的總水力停留時(shí)間，減少處理設(shè)備的容積。

4.3  水解-酸化池的設(shè)計(jì)

 水解－酸化池的池形設(shè)計(jì)要造成良好的水力工況，應(yīng)控制池深、池長(zhǎng)、池寬的比例，池內(nèi)要分格，造成上下推流、水平推流、減少水流的死區(qū)。以保證在相同池容積下，有最大的停留時(shí)間。水解－酸化池是否加蓋，可視進(jìn)水溫度、水力停留時(shí)間以及所在地區(qū)冬季溫度等因素來考慮。如果冬季溫度低且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，則一定要加蓋。否則在冬季運(yùn)行效果就會(huì)變差。

4.4  溫度

大量文獻(xiàn)表明，在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度的變化對(duì)COD的去除率有一定的影響。在水溫大于25℃時(shí)，水解－酸化的效果較好。水解－酸化池在水溫13℃時(shí)仍可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但效果有所下降，當(dāng)水溫小于10℃時(shí)，處理效果明顯變差。溫度對(duì)難降解有機(jī)物的COD去除率確有一定的影響。由此可以看出水解菌和酸化菌對(duì)溫度的變化有一定的敏感，但是，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)進(jìn)水量，延長(zhǎng)污染物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，或在冬季運(yùn)行時(shí)，在水解－酸化池上加蓋保溫，仍能達(dá)到一定的處理效果。

5  結(jié)束語(yǔ)

水解－酸化預(yù)處理工藝，對(duì)于處理含有難降解有機(jī)物的廢水是一種有效的手段。它能將大分子難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子易降解的有機(jī)物，改善廢水的可生化性，為后繼生化處理創(chuàng)造條件。同時(shí)，經(jīng)水解－酸化預(yù)處理，出水水質(zhì)穩(wěn)定，減少了進(jìn)水COD濃度在短時(shí)間急劇變化對(duì)整個(gè)生化處理系統(tǒng)裝置的沖擊。

總之，水解－酸化預(yù)處理工藝對(duì)環(huán)境條件的要求不高，易于操作管理，只要工藝設(shè)計(jì)得當(dāng)，其優(yōu)越性是不言而喻的。

參考文獻(xiàn)
[1] 許保玖，龍騰銳.當(dāng)代給水與廢水處理處理原理（第二版）.北京：高等教育出版社，2002.
[2] 錢易等.現(xiàn)代廢水處理新技術(shù)（第一版）.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

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