解析水解酸化原理

【資料簡(jiǎn)介】

水解在化學(xué)上指的是化合物與水進(jìn)行的一類(lèi)反應(yīng)的總稱(chēng)。

1、水解酸化反應(yīng)機(jī)理

在廢水處理中，水解指的是有機(jī)底物進(jìn)入細(xì)胞之前，在胞外進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)。水解是復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體的過(guò)程。高分子有機(jī)物因相對(duì)分子量巨大，不能透過(guò)細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。他們首先在細(xì)菌胞外酶的水解作用下轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)。這一階段最為典型的特征是生物反應(yīng)的場(chǎng)所發(fā)生在細(xì)胞外，微生物通過(guò)釋放胞外自由酶或連接在細(xì)胞外壁上的固定酶完成生物催化氧化反應(yīng)（主要包括大分子物質(zhì)的斷鏈和水溶）。

酸化則是一類(lèi)典型的發(fā)酵過(guò)程，即產(chǎn)酸發(fā)酵過(guò)程。酸化是有機(jī)底物即作為電子受體也是電子供體的生物降解過(guò)程。在酸化過(guò)程中溶解性有機(jī)物被轉(zhuǎn)化以揮發(fā)酸為主的末端產(chǎn)物。

在厭氧條件下的混合微生物系統(tǒng)中，即使嚴(yán)格地控制條件，水解和酸化也無(wú)法截然分開(kāi)，這是因?yàn)樗饩鷮?shí)際上是一種具有水解能力的發(fā)酵細(xì)菌，水解是耗能過(guò)程，發(fā)酵細(xì)菌付出能量進(jìn)行水解是為了取得能進(jìn)行發(fā)酵的水溶性底物，并通過(guò)胞內(nèi)的生化反應(yīng)取得能源，同時(shí)排出代謝產(chǎn)物(厭氧條件下主要為各種有機(jī)酸)。如果廢水中同時(shí)存在不溶性和溶解性有機(jī)物時(shí)，水解和酸化更是不可分割地同時(shí)進(jìn)行。如果酸化使pH值下降太多時(shí)，則不利于水解的進(jìn)行。

厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣過(guò)程可分為水解階段、酸化階段、乙酸化階段和甲烷階段等四個(gè)階段。水解酸化工藝就是將厭氧處理控制在反應(yīng)時(shí)間較短的第一和第二階段，即將不溶性有機(jī)物水解為可溶性有機(jī)物，將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子有機(jī)物質(zhì)的過(guò)程。

2、水解酸化的影響因素

a)基質(zhì)的種類(lèi)和顆粒粒徑

基質(zhì)不同，其水解難易亦不同。基質(zhì)的種類(lèi)對(duì)水解酸化過(guò)程的速率有重要影響。如脂肪、蛋白質(zhì)、多糖在其他條件相同的條件下，水解速率逐漸增大；對(duì)同類(lèi)型有機(jī)物來(lái)說(shuō)，分子量大的要比分子量小的更難水解；從分子結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，水解難易程度為直鏈結(jié)構(gòu)＞支鏈結(jié)構(gòu)＞環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且單環(huán)化合物易于雜環(huán)化合物。污染物的顆粒的大小對(duì)水解速率的影響也很大。顆粒粒徑越大，單位重量的比表面積就小，越難于水解。因此，對(duì)于顆粒大有機(jī)污染物濃度較高的廢水或污泥，先破碎后再進(jìn)入水解池，加速水解（酸化）速率。

b)容積負(fù)荷

容積負(fù)荷是水解過(guò)程的重要工藝參數(shù)之一，它反映了進(jìn)水濃度與停留時(shí)間對(duì)厭氧過(guò)程的綜合影響。對(duì)于水解反應(yīng)器，容積負(fù)荷設(shè)計(jì)取值較低，提高水力停留時(shí)間，使污染物質(zhì)與水解微生物接觸時(shí)間加長(zhǎng)，溶解出COD濃度變高，水解也越*。對(duì)于對(duì)于城市污水，水解反應(yīng)可在很短時(shí)間內(nèi)完成，容積負(fù)荷可取相對(duì)較高值；而對(duì)于工業(yè)廢水比例較大的的污水，容積負(fù)荷需根據(jù)廢水性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

c)配水系統(tǒng)

水解池良好運(yùn)行的重要條件之一是保障污泥和廢水之間的充分接觸，因此系統(tǒng)底部的布水系統(tǒng)應(yīng)該盡可能地均勻。水解反應(yīng)器的配水系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為了使反應(yīng)器底部進(jìn)水均勻，有必要采用將進(jìn)水均勻分配到多個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的分配裝置。

d)上升流速

為確保水解反應(yīng)器中泥水的充分接觸及出水水質(zhì)，水解池的上升流速應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。當(dāng)上升流速偏低時(shí)，大量的較密實(shí)的活性污泥沉積在水解池的底部，在污水上升的過(guò)程中，泥水不能充分接觸反應(yīng)，從而導(dǎo)致了去除效果較差。當(dāng)上升流速偏高時(shí)，會(huì)造成水解池的活性污泥大量流失。出水帶泥，一方面對(duì)后續(xù)好氧生化處理的微生物造成毒性，另一方面無(wú)法保證水解池的去除效果。

3、水解酸化工藝優(yōu)點(diǎn)

水解酸化階段主要利用的是發(fā)酵細(xì)菌，這類(lèi)細(xì)菌的種類(lèi)繁多，代謝能力強(qiáng)，繁殖速度快，對(duì)外界環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

水解酸化工藝與好氧工藝聯(lián)用與單獨(dú)的好氧工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、水解酸化工藝運(yùn)行費(fèi)用低，且其對(duì)廢水中有機(jī)物的去除亦可節(jié)省好氧段的需氧量，從而節(jié)省整體工藝的運(yùn)行費(fèi)用；

2、水解酸化工藝使污水中的有機(jī)物不但在數(shù)量上發(fā)生了很大變化，而且在理化性質(zhì)上發(fā)生了更大變化，使污水更適宜后繼的好氧處理，提高好氧處理的效能；

3、水解酸化工藝的產(chǎn)泥量遠(yuǎn)低于好氧工藝，并已高度礦化，易于處理；

4、水解酸化工藝可對(duì)進(jìn)水負(fù)荷的變化起到緩沖作用，從而為好氧處理創(chuàng)造較為穩(wěn)定的進(jìn)水條件；

采用水解池較之全過(guò)程的厭氧池（消化池）具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1、水解、產(chǎn)酸階段的產(chǎn)物主要為小分子有機(jī)物，可生物降解性一般較好。故水解池可以改變?cè)鬯目缮?，從而減少反應(yīng)的時(shí)間和處理的能耗。

2、對(duì)固體有機(jī)物的降解可減少污泥量，其功能與消化池一樣。工藝僅產(chǎn)生很少的難厭氧降解的生物活性污泥，故實(shí)現(xiàn)污水、污泥一次性處理，不需要經(jīng)常加熱的中溫消化池。

3、不需要密閉的池，不需要攪拌器，不需要水、氣、固三相分離器，降低了造價(jià)和便于維護(hù)。由于這些特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)出適應(yīng)大、中、小型污水處理廠(chǎng)所需的構(gòu)筑物。

4、反應(yīng)控制在第二階段完成之前，出水無(wú)厭氧發(fā)酵的不良?xì)馕?，改善處理廠(chǎng)的環(huán)境。

5、第一、第二階段反應(yīng)迅速，故水解池體積小，與初次沉淀池相當(dāng)，節(jié)省基建投資。