什么是水解酸化？

發布時間：2023-6-20 17:12:18  來源：北極星環保網  作者：

一、什么是水解酸化工藝？ 厭氧生物反應包括水解、酸化和甲烷化三個大的階段，將反應控制在水解和酸化兩個階段的反應過程，可以將懸浮性有機物和大分子物質（碳水化合物、脂肪和脂類等）通過微生物胞外酶水解成小分子，小分子有機物在酸化菌作用下轉化成揮發性脂肪酸的過程。在這一過程中同時可以將懸浮性固體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。 首先，水解反應器中大量微生物將進水中顆粒狀顆粒物質和膠體物質迅速截留和吸附， 這是一個物理過程的快速反應。一般只要幾秒鐘到幾十秒即可完成。因此，反應是迅速的。截留下來的物質吸附在水解酸化污泥的表面，慢慢地被分解代謝，其在系統內的污泥停留時間要大于水力停留時間。在大量水解酸化細菌的作用下，大分子、難于生物降解物質轉化為易于生物降解的小分子物質后，重新釋放到液體中。在較高的水力負荷下隨水流出系統。由于水解和產酸菌世代期較短，往往以分鐘和小時計，因此，這一降解過程也是迅速的。在這一過程中溶解性 BOD、COD 的去除率雖然從表面上講只有 10%左右，但是由于顆粒狀有機物發生水解增加了系統中溶解性有機物的濃度，因此，溶解性BOD、COD 去除率遠大于10%。但是由于酸化過程的控制不能嚴格劃分，在污泥中可能仍有少量甲烷菌的存在，可能產生少量的甲烷，但甲烷在水中的溶解度也相當可觀，故以氣體形成釋放的甲烷量很少?？梢钥闯?，水解反應器集沉淀、吸附、網捕和生物絮凝等物理化學過程，與水解、酸化和甲烷化過程等生物降解功能于一體。 二、水解酸化工藝的反應器類型 水解酸化反應器主要包括升流式水解反應器、復合式水解反應器及完全混合式水解反應器。此外，水解反應器還可以包括采用其他厭氧反應器型式實現水解酸化的反應器，如厭氧折流板反應器、厭氧接觸反應器等。 1、升流式水解反應器 升流式水解反應器的示意圖見圖 1，水解酸化微生物與懸浮物形成污泥層，污水通過布水裝置自反應器底部均勻上升至頂部出水堰排出過程中，污泥層可截留污水中懸浮物，并在水解酸化菌作用下降解有機物、提高污水可生化性等。 2、復合式水解反應器 復合式水解反應器（示意圖見圖 2）內既存在水解酸化污泥，又存在水解酸化生物膜， 形成水解酸化污泥和生物膜的復合體。反應器上部為填料層，下部為污泥床，中間留出一定的空間以便懸浮狀態的絮狀污泥和顆粒污泥停留，增加了反應器的生物量，延長了微生物與廢水的接觸時間。 3、完全混合式水解反應器 完全混合式水解反應器（示意圖見圖 3）內設置攪拌裝置實現污水和污泥的完全混合， 其后設置沉淀池并回流污泥以保證反應器內有較高的污泥濃度。 4、其他厭氧反應器 此類反應器主要利用已有厭氧反應器型式實現水解酸化，如厭氧折流板反應器、厭氧接觸反應器等。此類反應器設計可參考相應的厭氧反應器設計規范，本規范中不再重復規定。 厭氧折流板反應器（ABR）的結構特點是反應器中設置折板形成數個升流式水解反應器，廢水在反應器內沿折流板流動，提高了微生物與廢水的混合接觸作用。 厭氧接觸反應器的特點是水解酸化微生物固定在反應器內特設的載體上形成生物膜，微生物的世代期較長，耐沖擊負荷能力較強，此類反應器的典型代表為厭氧濾池。 三、水解酸化工藝的應用 水解酸化法用于污水處理預處理，水解反應器可以替代初沉池，起到攔截懸浮物、降解有機物、提高污水可生化性等作用。原水中懸浮物濃度較高或可生化性差時，可將其作為預處理方式，以降低后續處理的負荷和難度，一般情況下需連接后續處理系統。 水解酸化法一般用于原水中懸浮物濃度較高或可生化性差時，將其作為預處理工藝降低后續處理的負荷和難度。若進水可生化性較好，且 COD 濃度大于 1500mg/L，水解酸化法反應器內易進入厭氧產甲烷階段，影響工藝運行，應選擇其他厭氧反應器，據此規定水解反應器進水 COD 濃度宜小于 1500mg/L。對可生化性較差的污水，COD 濃度對水解反應器影響不大，利用水解反應器可提高污水可生化性。 目前已知水解酸化法對城市污水、印染廢水、制藥廢水、造紙廢水、啤酒廢水、化工廢水和合成洗滌劑廢水等多類廢水很有效，而且懸浮物去除率高， 去除的懸浮物可以在水解反應器中部分消化。 1）城市污水處理 迄今為止，水解-好氧生物處理工藝已應用于幾十座城市污水處理廠，累計投資幾十億元，形成了上百萬噸/天的處理能力。十多年來的工程實踐表明，水解-好氧生物處理工藝是我國獨立開發的具有投資省、運行費用低和處理能耗低等特點的城市污水處理工藝，為當前城市污水處理廠的建設提供了一條新的、切實可行的技術途徑。 2）印染廢水處理 目前已知水解酸化法對印染廢水、啤酒廢水、制藥廢水、造紙廢水、化工廢水和合成洗滌劑廢水等各種工藝廢水很有效。 印染廢水具有有機物含量高、成分復雜、色度深、pH 值高、水質變化大等特點，是國內外公認的難處理工業廢水之一。近年來，由于新型紡織纖維的開發，聚乙烯醇（PVA）漿料、人造絲堿物、新型助劑等難降解有機物大量進入印染廢水，使廢水的可生化性變差，傳統的生物處理工藝受到嚴重的挑戰。某印染廢水的 BOD5/COD 為 0.15~0.3，可生化性一般， 并且水中的有機物對微生物有一定的抑制作用。采用水解酸化-好氧的處理工藝，水解反應器采用厭氧折流板反應器，水力停留時間為 8~10h，使污水 BOD/COD 升至 0.3～0.45，為后續好氧生化處理創造了條件，并去除了大部分的色度。印染廢水經該工藝處理后，其 COD、BOD5、色度、SS 的去除率分別達到 93%、94.6%、97%和 89.2%，所有指標均達到國家排放標準。 3）造紙廢水處理 造紙制漿廢水排放量大，成分復雜，污染嚴重，BOD5/COD 比值小，屬于難生物降解廢水。某造紙廢水進水 CODCr、BOD5、SS 濃度分別為 4120mg/L、1630mg/L、2080mg/L, 采用水解-好氧工藝處理，水解反應器水力停留時間為 5.8h，采用升流式水解反應器的型式， 水解反應器中掛有彈性填料，處理后出水 CODCr、BOD5、SS 濃度分別達到 354mg/L、92.5mg/L、95.6mg/L，去除效率分別達到 91.4%、94.3%、95.4%，優于《造紙工業水污染物排放標準》（GB 4355-2001）。 4）制藥廢水處理 某制藥生產廢水主要為妥布霉素、洛伐他丁、鹽霉素鈉鹽生產過程中排放的生產廢水， 該廢水污染物濃度高、成分復雜、色度高、毒性大，含有表面活性劑、殘余抗生素、硫酸根、溶媒等多種抑制物質，水質水量波動大，屬于有一定處理難度的抗生素廢水。進水 CODcr、BOD5、SS 濃度分別為 4000～11000mg/L、1300～6500mg/L、100～500mg/L。水解反應器對COD 的去除率為 18%～25%，經過水解酸化后 BOD5/COD 由原來的 0.152～0.218 提高至0.436～0.496，該廢水的可生化性大大提高，為后續好氧工藝穩定運行創造了條件。 5）啤酒廢水處理 啤酒廢水處理采用了新的水解-生物接觸氧化工藝，進水 CODcr、BOD5、SS 濃度分別為 1090～4410mg/L、734～1810mg/L、400～796mg/L，經過半年多的運行，處理效果穩定。水解反應器采用升流式水解反應器，水力停留時間為 6h，傳統生物氧化法處理啤酒廢水 HRT 一般大于 10h，有的甚至大于 17h，本工藝有明顯的節能效果；其次，啤酒廢水經水解酸化處理后，BOD5/CODCr 值從原來的 0.51 提高到 0.72，CODCr 和 BOD5 的去除率分別為 39.2%和 14.2%。水解酸化達到較好預處理效果，廢水的可生化性增加，這樣可充分發揮后續好氧生物處理的作用，縮短整個工藝的水力停留時間，提高生物處理效率。 6）焦化廢水處理 焦化廢水中含有大量難生物降解的萘、吡啶、喹啉、吲哚、聯苯等雜環及多環芳烴類有機物，是一種可生化性差的廢水。某焦化廢水 COD 為 1327mg/L，BOD5/CODCr 為 0.2，水解反應器停留時間為 4h，處理后 BOD5/CODCr 升至 0.32。經水解酸化反應后廢水中難降解有機污染物轉化為易生物降解物質，其生物氧化率由原來的 31.2%提高至 51.2%。而對聯苯和吡啶而言，不僅可生化性得到改善，而且其對生物的抑制作用也基本消除。 7）紡織廢水處理 在滌綸纖維生產過程中，為了改善纖維性質，提高纖維可織性，需要使用紡絲油劑處理纖綸。紡絲油劑主要由一些抗靜電劑、柔軟劑、滲透劑、澗滑劑及一些乳化劑等高分子化合物組成，而乳化劑又含有一些陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑，如烷基磷酸酯鉀鹽、脂肪酸聚乙二醇脂、烷基醚硫酸鈉等等。這些油劑廢水 COD 在 2000mg/L 左右，而 BOD5 為 350mg/L，BOD5/COD 為 0.18。采用各種物化處理費用高，生化好氧處理有大量泡沫產生。選用水解-好氧工藝，其中水解反應器停留時間為 10h，投加軟性纖維填料，好氧處理單元采用接觸氧化法，停留時間為 7～8h。經過水解酸化反應后廢水 BOD5/COD 從 0.18 上升至0.20，并且 COD、BOD 值都有所增加，這說明一些難降解的物質經水解酸化反應后變成易于生物降解的物質。經過水解酸化，好氧處理后 BOD5 去除率可達到 89％，COD 去除率可達到 89％，這使得一般油劑濃度超過 1000mg/L 就不能生化處理的廢水，在濃度高達2000mg/L 時也可以進行穩定的生化處理。 四、水解酸化工藝存在的問題 1）水解酸化法開發應用時間較短，由于水解酸化法設計參考資料較少，造成工程設計中出現失誤較多，難以發揮水解酸化法工藝效果，影響工藝推廣。 2）水解酸化法有別于傳統厭氧工藝，需考慮其特有的布水、排泥等問題，不能簡單套用，在建設中需要根據工藝要求合理建設。 3）水解酸化法是厭氧降解的前兩個階段，需要合理設計和運行調試，否則容易進入產甲烷階段，難以實現水解酸化功能。 4）水解酸化法已用于多種行業廢水處理，在各種工程應用中都存在其特定的工藝設計參數，目前缺乏統一合理的的設計標準。 五、水解酸化工藝的運行與維護 1、運行控制 1）接種污泥 水解反應器啟動可采用自然培養和二沉池脫水活性污泥接種，宜選用處理同類型工業廢水的接種污泥以及采用厭氧消化池污泥，其整個池容的污泥平均濃度達到 5-10g/L。采用接種污泥的啟動方法是當原水的 SS 濃度低于 100mg/L 以下，污水中菌種較少時使用。若污水生化性差，污泥增長緩慢，此時不接種污泥直接啟動水解反應器，啟動周期將達 3-6 個月， 且出水水質很難在短時間內達到要求。若原水懸浮物 SS 濃度高于 100mg/L，可采用不接種污泥的方法啟動。 2）水解反應器的啟動 反應器啟動時要設法在池底形成污泥層，可以通過污水自然培養，或投入一定量的接種污泥，以加快水解反應器的啟動。運行時先開啟反應器的進水閥門，注意觀察反應器中液位狀態，一旦形成污泥層，即可控制進水流量以保證污泥不流失，直至設計水力負荷。啟動過程一般需要 2～6 個星期。 3）排泥 水解反應器排泥，特別是城市污水存在水力負荷變化，高水力負荷時排泥優點是易于控制污泥面高度，缺點是高負荷時污泥層膨脹率較大，污泥濃度低，后續污泥濃縮負荷大；低水力負荷排泥濃度高，污泥排放量少，缺點是對污泥層的控制不易掌握，排泥量過大會造成系統中污泥總量減少而影響處理效果。新建污水處理廠，最好采用高水力負荷排泥方式，而在運轉一個相當時期后，在對水量變化規律有了一定了解后，再采用低水力負荷排泥方式。 升流式水解反應器污泥層應維持在出水堰下 1.0~1.5m，否則一旦系統完全充滿污泥或在較高水力負荷條件下，由于供污泥層膨脹的空間有限，則會因為任何微小的污泥層膨脹， 而造成嚴重的污泥流失的情況。水解反應器排泥可采用污泥界面計控制排泥。 4）pH值調節 pH 值是廢水生物處理最重要的影響因素之一。通常水解酸化菌適宜的生長 pH 范圍為4.0～9.0，這一范圍是指反應器內反應區的 pH 值。當 pH 小于 4 或大于 9 時，水解反應器的出水效果變差， 且影響到后續工序的處理，導致系統出水往往不能穩定達標。為了保持水解反應器中 pH 值穩定在適宜的范圍內，在實際運行中，主要是通過向進水中加入堿性或酸性物質。經常投加的堿性物質主要有 Na2CO3、NaHCO3、NaOH 等，酸性物質主要有鹽酸等。石灰是一種成本較低的堿性物質，但因為難以去除沉淀的碳酸鈣，使得碳酸鈣逐漸占據反應器的有效體積，對反應器運行有潛在危害，因此石灰是一種容易產生問題的堿度來源，應該核實利弊后再行采用。 中和藥劑要有一定量儲存和相應的的儲存設備，在投加現場要設藥劑溶解，調配、定量投加設備，視 pH 值調節情況，必要時設二次調節。 2、停產控制 工業廢水處理因工廠停產檢修或因季節性生產等原因，水解反應器可能會有停運情況發生。這種停運對反應器系統的保持并無重大的影響，因為在不進水運行的條件下，水解酸化微生物的活性可以保持較長時間。 在停運期間，應采取相應的防凍措施。停運后的再啟動，一般只需將系統的溫度增高， 再按原來運行中的平均負荷率進水運行，在短時間內就能夠達到停運前的效能水平。