1水解酸化處理工藝簡介

水解是指有機(jī)物進(jìn)入微生物細(xì)胞前、在胞外進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)。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反應(yīng)。

酸化是一類典型的發(fā)酵過程，微生物的代謝產(chǎn)物主要是各種有機(jī)酸。

水解和酸化是厭氧消化過程的兩個(gè)階段，但不同的工藝水解酸化的處理目的不同。對于部分工業(yè)廢水，主要將其中難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生物降解的有機(jī)物，去除部分COD_Cr并提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧處理。并降低好氧處理的能耗。厭氧消化工藝中的水解酸化的目的是為厭氧消化過程的產(chǎn)甲烷菌提供底物。

難降解高分子有機(jī)物因相對分子量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不能為細(xì)菌直接利用。它們在水解階段被細(xì)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(zhì)被蛋白質(zhì)酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。水解過程通常較緩慢，多種因素如溫度、有機(jī)物的組成、水解產(chǎn)物的濃度等均能影響水解的速度與水解的程度。

上述小分子的化合物在酸化菌的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外。酸化階段的主要產(chǎn)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(chǎn)物的組成取決于酸化降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。

2水解酸化池工作原理

水解酸化主要用于有機(jī)物濃度較高、SS較高的污水處理工藝，是一個(gè)比較重要的工藝。如果后級(jí)接入好氧工藝，可以大大提高好氧池的容積負(fù)荷，提高去除效率。水中有機(jī)物為復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，水解酸化菌利用H₂O電離的H⁺和OH^-將有機(jī)物分子中的C-C打開，一端加入H⁺，一端加入OH^-，可以將長鏈水解為短鏈、支鏈成直鏈、環(huán)狀結(jié)構(gòu)成直鏈或支鏈，提高污水的可生化性。水中SS高時(shí)，水解菌通過胞外粘膜將其捕捉，用外酶水解成分子斷片再進(jìn)入胞內(nèi)代謝，不完全的代謝可以使SS成為溶解性有機(jī)物，出水就變的清澈了。這期間水解菌是利用了水解斷鍵的有機(jī)物中共價(jià)鍵能量完成了生命的活動(dòng)形式。

3制漿造紙廢水水解酸化處理

3.1制漿廢水成分及特點(diǎn)

造紙工業(yè)廢水是指制漿造紙生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水。造紙工業(yè)生產(chǎn)分為兩個(gè)主要工藝階段，即制漿和抄紙。制漿是把植物原料中的纖維分離出來，制成漿料，再經(jīng)漂白；抄紙則是把漿料稀釋、成型、壓榨、烘干制成紙張。這兩項(xiàng)工藝都要耗用大量的水，其中大部分作為廢水排出。

制漿造紙廢水大致可分為：制漿蒸煮液、洗滌廢水、漂白廢水和紙機(jī)白水等。堿法紙漿蒸煮廢液，又稱“黑液”，是制漿廠的主要污染源。制漿造紙廢水成分復(fù)雜，其組分不僅取決于紙漿的方法，也取決于所產(chǎn)品種和原料種類等多種因素。廢水中的懸浮物質(zhì)主要來自制漿造紙各工序流失的纖維、填料等；BOD主要來源于制漿蒸煮工序，如纖維素分解生成的糖類、醇類、有機(jī)酸等，在化學(xué)漿中，蒸煮廢液的BOD₅發(fā)生量占80%以上；COD和著色物質(zhì)主要來源于制漿蒸煮工序的木素及其衍生物。

制漿造紙廢水的主要特點(diǎn)歸納如下：

(1)污染物濃度高。尤其是制漿生產(chǎn)線廢水，含有大量的原料溶出物和化學(xué)添加劑，其BOD5濃度甚至高達(dá)104mg/L以上。

(2)難降解有機(jī)物成分多，可生化性差。木素、纖維素類等物質(zhì)采用活性污泥法難以降解，如有的紙廠處理過的廢水BOD5已降至10mg/L以下，但COD仍達(dá)200mg/L以上，色度還很高。

(3)廢水成分復(fù)雜。除原料溶出物外，有的還含有硫化物、油墨、絮凝劑等

對生化處理不利的化學(xué)品。

(4)廢水流量和負(fù)荷波動(dòng)幅度大，并伴有纖維、化學(xué)品溢泄。在有多條生產(chǎn)線的工廠這種現(xiàn)象更明顯。水量和負(fù)荷波動(dòng)對生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常不利。

3.2制漿造紙廢水的處理

制漿造紙產(chǎn)生的廢水若不經(jīng)處理直接排放，將會(huì)造成嚴(yán)重的水體污染事件。實(shí)踐表明，僅僅依靠單段或單級(jí)處理不能達(dá)標(biāo)排放，如單級(jí)混凝工藝只能去除45%~55%CODcr，在此基礎(chǔ)上，在混凝處理后再增加生物處理的工藝也就應(yīng)運(yùn)而生。而制漿廢水COD含量較高，且大部分為可溶性的COD，采用傳統(tǒng)的生物處理工藝難以達(dá)到有效處理的目的。因此，如何保證后續(xù)生化處理的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行就成為實(shí)際生產(chǎn)中迫切需要解決的問題之一。采用水解酸化處理工藝是一條有效途徑，在其常規(guī)的好氧處理前添加一個(gè)水解酸化預(yù)處理單元(即HRT較短的厭氧處理單元)，可以在很大程度上提高生化處理的效果。下面將結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析說明。

3.3水解酸化處理造紙廢水

制漿造紙廢水應(yīng)用該工藝的實(shí)例分析

實(shí)例一：

取某制漿造紙企業(yè)生產(chǎn)廢水，于武漢森泰環(huán)保工程有限公司實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄10天內(nèi)進(jìn)出水解酸化反應(yīng)器的水質(zhì)參數(shù)如下：

該廠制漿造紙廢水，經(jīng)過水解酸化反應(yīng)器處理后，CODCr初步去除率為30.6%，我們?nèi)×?0天的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，出水CODCr含量明顯降低，且波動(dòng)趨勢較小，水解酸化處理效果較穩(wěn)定。

經(jīng)過水解酸化處理之后，廢水的可生化性有了明顯提高，BOD5/COD_Cr比值由0.311提高到了0.472，上升了16.1個(gè)百分點(diǎn)，而且水解酸化處理的效果穩(wěn)定。

實(shí)例二：

取某制漿造紙企業(yè)生產(chǎn)廢水，于武漢森泰環(huán)保工程有限公司實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄10天內(nèi)進(jìn)出水解酸化反應(yīng)器的水質(zhì)參數(shù)如下：

該廠制漿造紙廢水，經(jīng)過水解酸化反應(yīng)器處理后，COD_Cr初步去除率為29.5%，我們?nèi)×?0天的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，出水COD_Cr含量明顯降低，且波動(dòng)趨勢較小，水解酸化處理效果較穩(wěn)定。

經(jīng)過水解酸化處理之后，廢水的可生化性有了明顯提高，BOD₅/CODCr比值由0.366提高到了0.538，上升了17.2個(gè)百分點(diǎn)，而且水解酸化處理的效果穩(wěn)定。

由以上兩個(gè)廢水處理實(shí)例可知，水解酸化處理工藝對制漿廢水是非常適用的。水解酸化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，加好氧系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理將會(huì)取得更好的處理效果，以達(dá)到制漿造紙廢水處理高標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的要求。

4水解酸化處理對后續(xù)好氧工藝的影響

水解酸化處理工藝著眼于整個(gè)系統(tǒng)的處理效率和經(jīng)濟(jì)效率，放棄了厭氧反應(yīng)中甲烷發(fā)酵階段，利用厭氧反應(yīng)中水解和產(chǎn)酸作用，使得污水、污泥同時(shí)得到處理。在整個(gè)過程中，大量懸浮物水解成可溶性物質(zhì)，大分子降解為小分子，因此工藝過程中有許多不同于傳統(tǒng)工藝的特點(diǎn)。且由于這些特點(diǎn)，單純從出水水質(zhì)COD、BOD5等去除率來評(píng)價(jià)水解反應(yīng)器的作用是不全面的，應(yīng)對后處理中各種現(xiàn)象進(jìn)行分析，以全面評(píng)價(jià)水解反應(yīng)在整個(gè)系統(tǒng)中的功能。

4.1有機(jī)物含量顯著減少

水解酸化池的第一個(gè)特點(diǎn)是對于有機(jī)污染物（特別是懸浮物）相對高的去除率，COD平均去除率為30%-60%，而懸浮性COD去除率更高，為60%-80%；色度去除效果好，出水懸浮物的濃度低于50mg/L，這些因素對于各種后續(xù)處理是非常有利的。結(jié)合國內(nèi)外的工程實(shí)例進(jìn)行分析，如采用活性污泥法后處理，由于有機(jī)物的絕對數(shù)量減少，與傳統(tǒng)的活性污泥工藝相比，停留時(shí)間也可減少50%。這樣基建總投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用可分別節(jié)省30%左右。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺(tái)咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。

由于水解酸化工藝對有機(jī)污染物的去除率高，國內(nèi)多家制漿造紙紙業(yè)紛紛引進(jìn)水解酸化處理技術(shù)對廢水處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。如山東太陽紙業(yè)股份有限公司，采用水解酸化工藝改造該企業(yè)南廠5萬方/天的廢紙漿廢水處理工程，使出水COD＜60mg/L，SS＜20mg/L，并將出水大部分回用作為車間生產(chǎn)用水和電廠冷卻水，逐步實(shí)現(xiàn)廢水的封閉循環(huán)；山東博匯紙業(yè)股份有限公司采用水解酸化技術(shù)處理制漿造紙廢水，處理系統(tǒng)初期運(yùn)行實(shí)現(xiàn)終沉池出水COD在150～280mg/L，色度50倍左右，后期整套系統(tǒng)處理效果逐漸提高且運(yùn)行穩(wěn)定，廢水處理工程效果得到業(yè)主好評(píng)。此外還有山東泉林紙業(yè)有限公司、東莞建暉紙業(yè)有限公司和廣東理文造紙有限公司相繼采用水解酸化技術(shù)對廢水處理工藝進(jìn)行了改造，都實(shí)現(xiàn)了出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

4.2B/C值和溶解性有機(jī)物比例顯著增加

不同條件下造紙廢水經(jīng)水解酸化處理后，出水BOD5/CODCr值有所提高，一般可提高0.15左右。BOD5/CODCr比值的提高說明廢水可生化性的提高，這是水解酸化處理的第二個(gè)顯著特點(diǎn)。水解酸化處理把廢水中難降解的高分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為較小的分子，從而提高了廢水的可生化性，為后續(xù)好氧處理創(chuàng)造了有利條件，達(dá)到了低能耗、高去除率的效果。

一般經(jīng)初沉池后出水溶解性COD、BOD₅的比例變化較小。經(jīng)水解酸化處理后，溶解性有機(jī)物比例發(fā)生了很大變化，水解出水溶解性COD比例可提高1倍。經(jīng)過水解后的小分子有機(jī)物更容易被微生物代謝消耗，加速了有機(jī)物的降解。這表明水解酸化池相對于曝氣池起到了預(yù)處理的作用，使得經(jīng)水解處理后出水變得更易于被好氧菌降解。

5結(jié)論

水解酸化系統(tǒng)主要作用是分解大分子有機(jī)物，改善廢水可生化性，提高抗沖擊負(fù)荷能力，穩(wěn)定出水水質(zhì)，使好氧系統(tǒng)高效率除去污染物，并削減污泥量等。

經(jīng)以上理論分析和實(shí)踐總結(jié)工作，得出水解酸化+好氧處理工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)水解酸化系統(tǒng)是一個(gè)巨大的緩沖體系，對水質(zhì)、水量在設(shè)計(jì)能力20％左右的變化有很強(qiáng)的緩沖能力，能穩(wěn)定好氧進(jìn)水水質(zhì)，保證好氧系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(2)水解酸化系統(tǒng)對制漿造紙廢水COD有30％～60％的去除率，而且產(chǎn)生比好氧污泥少得多的厭氧污泥（僅為好氧污泥的1/10～1/5），并產(chǎn)生部分沼氣，可作為能源回收利用。只需要提供一次提升動(dòng)力的能耗就可得到高COD去除率，具有簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)能降耗的技術(shù)保障。

(3)水解酸化系統(tǒng)可以提高BOD5/COD_Cr比0.15個(gè)單位左右，提高了廢水的可生化性，降低運(yùn)行費(fèi)用，并且提高好氧處理效率15%左右。

(4)水解酸化系統(tǒng)可把好氧產(chǎn)生的剩余污泥作為厭氧系統(tǒng)的營養(yǎng)料，提高厭氧菌群的協(xié)同代謝作用，減少污泥處置費(fèi)用。

(5)水解酸化系統(tǒng)因其停留時(shí)間較長，對木質(zhì)素、纖維素和半纖維素類天然大分子有機(jī)物有開鏈、分解成小分子有機(jī)物的能力，故水解酸化處理工藝對制漿造紙廢水非常適用。

(6)水解酸化系統(tǒng)對制漿廢水色度去除效果好、可減少后續(xù)處理工藝的加藥量，節(jié)省了廢水深度處理成本，能使制漿造紙廢水處理系統(tǒng)走上經(jīng)濟(jì)、可靠、節(jié)能、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的道路。

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