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物廢水預處理工藝的應用情況及處理效果；分析了影響難降解有機物水解－酸化處理效果的部分因素；闡述了用水解－酸化預處理的方法對處理難生化降解的有機廢水是一種有效的手段.
關鍵詞：污水處理； 難降解有機物； 水解－酸化
1 前言
難降解的有機化工污水處理，是環保高新產業技術中的一部分。污水處理的本質是采用各種技術手段將污水中的污染物質分離出來，或將其轉化為無害的物質，使之得到凈化。在污水中，存在著各種有機物和無機物，難降解有機物是指在一般生化處理過程中不能分解且對生化反應有抑制或毒害作用的有機物，如有機農藥、多氯聯苯等。
國內外處理難降解的有機物通常有兩類方法，一類是采用吹脫、吸附、膜分離、氧化、焚燒、電化學處理等物理化學法；另一類是立足于生化法，通過預處理或生物處理的一些強化手段，提高生物對難降解有機物的分解能力。近年來，國內外的環保科研人員研究了一種介于厭氧和好氧之間的水解－酸化工藝，作為難降解有機物的預處理工藝，它對提高后續生化處理的能力有顯著效果。
2 水解－酸化工藝機理
2.1 水解－酸化工藝的基本原理
水解－酸化工藝可以從有機物的厭氧分解過程的分析得出。有機物的厭氧分解一般可以分解為三個階段，第一階段是由兼性細菌產生的水解酶類將大分子物質或不溶性物質水解成低分子可溶性的有機物，這一階段主要是促使有機物增加溶解性。第二階段為產酸和脫氫階段。它把水解形成的溶性小分子由產酸菌氧化成為低分子的有機酸等，并合成新的細胞物質。第三階段是由產甲烷細菌把第二階段的產物進一步氧化成甲烷、二氧化碳等，并合成新的細胞物質。難降解的有機化合物通常都是一些大分子的有機化合物、纖維素等，這類污染物的降解首先要經過水解過程，而好氧微生物的水解能力很弱，致使有機物降解緩慢。［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得到降解。只要適應水解－酸化的微生物菌群生成，就可以使一些難降解的物質得到降解。1967年，人們發現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酸菌，他們均為兼性細菌，利用水解菌和產酸菌，將大分子、難降解的有機物降解為小分子有機物，改善廢水的可生化性，為后續處理創造有利條件。
2.2 水解－酸化預處理工藝的特點
水解和酸化處理過程不需要曝氣但又不絕對厭氧,它不以產甲烷為目標,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:
（1）難降解的有機廢水經水解－酸化處理后，BOD5／CODcr比值，有明顯的提高；
（2）不需要嚴格的厭氧條件，工藝運行比較穩定，對環境溫度在15℃～３５℃之間、pH在6.5～9.0之間的變化范圍內不很敏感，便于操作控制；
（3）相對厭氧處理而言，水力停留時間短，對工業污水中的有機污染物，根據其分子結構、分子量大小，水解反應一般在4－12h完成。所需反應器體積較小，可節省工程投資；
（4）水解和產酸菌的繁殖速度比產甲烷菌快，馴化培養時間較短。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、容積負荷高，能適應進水CODcr濃度的變化，且抗沖擊負荷的能力也較強。
（5）水解－酸化池不產生厭氧反應那樣的臭味，它可以設計成敞開式。水解－酸化池的設計深度要盡量深一點，在4－8m之間。
3 水解－酸化預處理的應用
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工藝組合，在處理難生化降解的有機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，該混合廢水中水質復雜，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，他們對好氧生物污泥中的微生物能產生抑制作用和毒害作用。沒采用生物膜水解－酸化工藝時的BOD／COD值比在0.2－0.26之間，而采用生物膜水解－酸化工藝后，在水解菌和產酸菌的作用下，大分子有機物降解為酸性小分子的物質，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，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化為胺基。而苯胺廢水的可生化性強于硝基苯廢水，從而使混合污水中的難于生物降解的物質轉為易生物降解的物質，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海科技大學SKW－3型瓦勃式呼吸儀對難生化處理的硝基氯苯、混合污水等廢水進行了采用生物膜水解－酸化處理前后可生化性的測定。其中，硝基氯苯廢水的水質情況如表2。
3.1 試驗原理
3.1.1 污泥培養及馴化
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。培養期間，每天投加氮、磷營養物以增加污泥數量；培養結束后進行馴化，每天去除上清液，加入稀釋的廢水以提高污泥對廢水的適應性，提高污泥中微生物對廢水中有機物的降解能力。控制稀釋廢水的COD濃度在300－500ppm。
3.1.2 試驗
試驗前一天空曝一天，使污泥處于內源呼吸階段。整個過程約需10～15天。廢水與馴化后的污泥置于密閉的反應瓶中，并與檢壓管相連接，經振蕩，污泥與水充分接觸后起反應，污泥中的微生物將大分子有機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瓶中的氧氣，生成的二氧化碳被反應瓶中心小杯內的10％KOH溶液吸收，反應瓶內形成負壓，反映在減壓管上，記錄不同時刻的開管度數，根據一定的換算公式，計算出耗氧值。
換算公式： 
式中：△h：檢壓管壓差（mm）；
X： 污泥干重（g）；
K： 常數（由廠家隨設備提供）。
3.2 原始記錄及數據處理
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瓶中，并與檢壓管相連接，裝于瓦勃式呼吸儀上。記錄不同時間檢壓管開管讀數，分別列于表3、表4，計算結果列于表5、表6。
根據上述計算結果，分別以7h和以8h處的值，計算耗氧值得：
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。（不同廢水的試驗數據和計算結果略。）
通過對比，增加水解－酸化工藝后，對提高廢水的可生化性效果非常明顯，這對整個工藝系統處理效果的提高起了至關重要的作用。使裝置的污染物去除能力提高15％～25％。處理后廢水的達標率更加穩定。表8列出了未增加水解－酸化處理系統前的總排水COD值。表9列出了增加水解－酸化處理系統后的總排水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－酸化預處理工藝后，雖然COD進水濃度有較大幅度的增加，達到２５％以上，但裝置的總排出水COD值并沒有增加,仍然處于達標水平。（該廠的COD排放指標為COD≤120mg/L。整個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行的，而生物膜是固定生長的，具有形成穩定生態的條件，能夠棲息增殖速度慢、世代時間長的細菌和較高級的微生物如硝化菌，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－酸化預處理裝置，在經過連續運行一個月后，部分脫落的微生物漂浮在水解－酸化池的表面，形成一個隔絕空氣的厭氧生物層。在此生物層上出現的生物,在種屬上要比在活性污泥中豐富得多。鏡檢中除看到細菌和原生動物外,而且還能看見真菌、藻類以及鞭毛蟲、纖毛蟲和豆形蟲等，生物種群相當的豐富。
4 水解－酸化工藝的影響因素與設計要點
4.1 進水COD濃度變化的影響
從南京某化工廠水解－酸化預處理的污水處理裝置實際運行的情況看，在水解－酸化處理過程中，進水COD的濃度在一定范圍內的增加，如COD的變化值在短時間內，超過設計進水值的1.2～1.3倍時，對出水水質指標的影響不大。但是，如果持續時間過長或進水的COD值超過設計值的1.5倍以上，則會對微生物帶來較大的影響，其生物活性明顯的受到抑制，出水效果也會變差。因此，水解－酸化預處理對進水COD濃度在短時間內的急劇變化，所引起的沖擊負荷的適應能力相對較強。
4.2 水力停留時間
水力停留時間（HRT）主要取決于廢水的溶解度、組份等性質，工業廢水的水質比較復雜，其HRT在14h～20h之間。在設計水解－酸化工藝時，要綜合考慮水解－酸化工藝的處理目標、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，表明在一定停留時間內，水解－酸化使一些大分子、難降解有機物降解為小分子、易生物降解的有機物，使廢水BOD升高；但隨著停留時間的延長，產甲烷菌開始生長，使一部分小分子有機物徹底降解，故BOD、COD均降低。因此，選擇使BOD5／COD達到最大值時的HRT為最佳HRT，這樣可充分發揮后繼耗氧生物處理的作用，縮短系統的總水力停留時間，減少處理設備的容積。
4.3 水解-酸化池的設計
水解－酸化池的池形設計要造成良好的水力工況，應控制池深、池長、池寬的比例，池內要分格，造成上下推流、水平推流、減少水流的死區。以保證在相同池容積下，有最大的停留時間。水解－酸化池是否加蓋，可視進水溫度、水力停留時間以及所在地區冬季溫度等因素來考慮。如果冬季溫度低且持續時間長，則一定要加蓋。否則在冬季運行效果就會變差。
4.4 溫度
大量文獻表明，在一定的溫度范圍內，溫度的變化對COD的去除率有一定的影響。在水溫大于25℃時，水解－酸化的效果較好。水解－酸化池在水溫13℃時仍可正常運轉，但效果有所下降，當水溫小于10℃時，處理效果明顯變差。溫度對難降解有機物的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溫度的變化有一定的敏感，但是，通過適當調節進水量，延長污染物在反應器內的停留時間，或在冬季運行時，在水解－酸化池上加蓋保溫，仍能達到一定的處理效果。
5 結束語
水解－酸化預處理工藝，對于處理含有難降解有機物的廢水是一種有效的手段。它能將大分子難降解的有機物轉化為小分子易降解的有機物，改善廢水的可生化性，為后繼生化處理創造條件。同時，經水解－酸化預處理，出水水質穩定，減少了進水COD濃度在短時間急劇變化對整個生化處理系統裝置的沖擊。
總之，水解－酸化預處理工藝對環境條件的要求不高，易于操作管理，只要工藝設計得當，其優越性是不言而喻的。
參考文獻
[1] 許保玖，龍騰銳.當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.現代廢水處理新技術（第一版）.北京：中國科學技術出版社，1993.作者: 連日新
