水解酸化概念()

厌氧发酵过程分四阶段：

1.水解--固体物质降解为溶解性物质，大分子分解为小分子；

2.酸化--碳水化合物降解为脂肪酸；

3.酸化衰退--有机酸、含氮化合物分解成氨、胺及其他气体；

4.甲烷化--有机酸被转化为沼气。（厌氧阶段）

水解酸化是把反应控制在前两个阶段

水解（酸化）反应器在工程应用中的研究与展望

(1. 中山市恒雅环保工程有限公司，广东中山528403 ；2. 中山市环境科学研究所，广东中山

528403 ）

摘要

在实际的工业废水处理工程中，作为预处理单元的水解（酸化）反应器，不但降低了废水的COD Cr 值，而且提高了废水的可生化性。本文论述了水解（酸化）反应的特点及原理；介绍了水解（酸化）反应器的类型及其在工程应用中的效果；讨论了影响水解（酸化）反应器运行的主要因素及其设计要点；展望了水解（酸化）反应器的应用前景及研究领域。

关键词：水解（酸化）；CODcr ；可生化性；工程应用

前言

厌氧处理技术是一种有效矿化有机物的微生物处理技术，在一定条件下，厌氧细菌能将有机物转化为CH 4 及CO 2 等气体（俗称沼气）。相对于好氧处理技术而言，其具有剩余污泥少、运行费用低及回收能源等优点，但同时存在着环境条件要求严格，出水具有不良气味等缺点。因此，目前单独采用厌氧技术治理有机废水还未得到广泛应用。但长期的研究证实：厌氧消化过程中的水解（酸化）段不但能降低COD Cr ，同时还可以提高废水的可生化性。利用这一特点，笔者设计并应用了多种类型的水解（酸化）反应器，在生活废水、印染废水、食品废水、化工废水等治理工程中发挥了重要作用，获得了满意的效果。

一、水解（酸化）的原理

有机物在完全厌氧消化过程中依次经历以下三个阶段：水解、酸化、甲烷化，详见图 1 ：

大分子物质

水解、酸化作用

乙酸、甲酸小分子物质CO 2 、H 2

产氢产乙酸作用

甲烷化作用

CH 4 、CO 2 NH 3 、H 2 S

图 1 有机物厌氧消化阶段图

Ⅰ . 水解：不溶性大分子物质（如蛋白质、淀粉、脂肪）在水解酶的作用下，分解为水溶性的小分子物质（如氨基酸、葡萄糖、甘油及各种溶解性有机物等）。

Ⅱ . 酸化：水解产物被发酵细菌摄入细胞内，经过一系列的生化反应，转化成各种有机酸（如乙酸、丙酸、丁酸等），然后产氢产乙酸菌将其进一步转化甲烷菌可利用的乙酸和氢。

Ⅲ . 甲烷化: 甲烷细菌利用前一阶段产生乙酸和氢, 合成CH 4 和CO 2 等气体形式。

实际工程应用中的水解（酸化）并非完全的水解和酸化，即并非完成厌氧消化的前两个阶段。水解（酸化）的目的是把废水中的不溶物转变为可溶物，将微生物难降解物质转变为生物易降解物质，其最终产物主要为水溶性的有机酸，醇等；而水解和酸化的最终产物则主要是乙酸和氢[1] 。

大量的研究结果表明：在厌氧条件下的混合微生物系统中，水解和酸化是无法截然分开。水解过程是靠发酵细菌释放的胞外酶对大分子物质断链，取得了水溶性基质并通过体内的生化反应取得能源。因此，严格上我们只追求厌氧消化的水解段，但不可避免地带有部分的酸化反应而已。

二、水解（酸化）反应器的类型

针对不同性质的废水，以及结合不同类型的后续处理工艺，笔者设计了不同类型的水解（酸化）反应器。根据微生物在反应器内的生长状态，可把各种反应器区分为三大类型：悬浮式反应器、接触式反应器、复合式反应器[2] 。

•悬浮式反应器

类似好氧处理工艺的活性污泥法的形式，水解（酸化）微生物以聚集成泥粒形式存在此类反应器中，或悬浮在液中，或沉积于器底。污泥与有机废水充分混合，使废水中的难降解大分子物质彻底消化成易降解的小分子可溶性基质。在此类反应器中，应用最广的是经改进的UASB 反应器，称为上流式水解污泥床（UHSB ）（见图 2 ）。它不需要密闭，不需要设三相分离器。为加强污泥与废水的混合，反应器中可设循环泵作搅拌。由UHSB 反应器发展而来的还有折板式反应器（HBR ）（见图3），其结构特点是反应器中设置折板隔成数个上流式水解反应室，废水在反应器内沿折流板上下流动提高了污泥微生物与废水间的混合接触作用，稳定了处理效果，并促进了颗状微粒污泥的形成与生长[3] 。

•接触式反应器

此类水解反应器的特点是水解（酸化）微生物固定在反应器内特设的载体上，在其表面形成一层以生物细胞为主的生物膜。微生物的世代期较长，耐冲去击荷的能力较强，因此对水质变化较大以及有抵制性作用的有机废水具有较稳定的处理效率。此类反应器的典型代表为水解滤池（HF）（见图4）。在HF中，通常以组合填料作载体，该填料挂膜快，且不容易堵塞，是一种理想的挂膜介质。废水从反应器底部进入，通过配水区均匀经过挂满生物膜的填料以得到充分处理，反应器不需回流污泥，运行管理方便。

3、复合式反应器。

复合反应器内既存在水解（酸化）的污泥，又存在水解（酸化）生物膜，形成水解（酸化）污泥—生物膜的综合体。笔者将UHSB与HF相结合的复合反应器称为UBHF（见图5）。反应器的上部为填料层，下部为污泥床，中间留出一定的空间，以便悬浮状态的絮状污泥和颗粒污泥停留。此类同复合反应器集合了前两者反应器的优点，增加了反应器的生物量，延长了生物的HRT。

三、水解（酸化）反应器在工程应用中的效果

在当前的工业废水处理工程中，水解（酸化）反应器主要用于中低浓度降解废水的预处理。其作用是将原水中的非溶解态有机物转变为溶解态有机物，把微生物难降解的大分子物质转变为小分子易降解物质，提高废水的可生化性，以利于以后续的生物处理[4] 。近年来，笔者在多项工程设计中均应用了水解（酸化）反应器作预处理单元。表 1 是水解（酸化）反应器在处理不同废水的效果。

表 1 水解（酸化）反应器处理不同类型废水的效果表

处理废水类型反应器类型H RT(h)

温度

( ℃) 进水COD

(mg/L)

出水COD

(mg/L)

进水

BOD/COD

出水

BOD/COD

生活废水HF 2 15 ～32 300 220 0.42 0.55 屠宰废水UHSB 8 15 ～32 1800 960 0.45 0.66 化工废水HBR 12 15 ～32 1500 1020 0.25 0.40 制衣废水UBHF 6 15 ～32 850 600 0.33 0.45 印染废水UBHF 8 30 ～38 1200 840 0.30 0.43

从表 2 中得出，水解（酸化）反应器对有机废水的COD 具有一定的去除率，COD 平均去除率为27% ～47% ；BOD 5 ／COD 由0.25 ～0.45 可提高至0.40 ～0.66 。

四、影响水解（酸化）的主要因素：

水解（酸化）反应器在运行过程中最重要的影响因素是废水的种类、水力停留时间、反应的酸碱度、营养物质及温度。