1 水解酸化處理工藝簡介
水解是指有機物進入微生物細胞前、在胞外進行的生物化學(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)物主要是各種有機酸。
水解和酸化是厭氧消化過程的兩個階段，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物轉(zhuǎn)化為易生物降解的有機物，去除部分CODCr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。
難降解高分子有機物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不能為細菌直接利用。它們在水解階段被細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胞膜為細菌所利用。水解過程通常較緩慢，多種因素如溫度、有機物的組成、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胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。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物濃度較高、SS較高的污水處理工藝，是一個比較重要的工藝。如果后級接入好氧工藝，可以大大提高好氧池的容積負荷，提高去除效率。水中有機物為復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，水解酸化菌利用H2O電離的H+和-OH將有機物分子中的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，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入胞內(nèi)代謝，不完全的代謝可以使SS成為溶解性有機物，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物中共價鍵能量完成了生命的活動形式。同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。
3 制漿造紙廢水水解酸化處理
3.1 制漿廢水成分及特點
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104mg/ L 以上。
(2) 難降解有機物成分多，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) 廢水流量和負荷波動幅度大，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。水量和負荷波動對生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行非常不利。
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，將會造成嚴重的水體污染事件。實踐表明，僅僅依靠單段或單級處理不能達標排放，如單級混凝工藝只能去除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)定運行就成為實際生產(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)合實例進行分析說明。
3.3 水解酸化處理造紙廢水
制漿造紙廢水應(yīng)用該工藝的實例分析
實例一：
取某制漿造紙企業(yè)生產(chǎn)廢水，于武漢森泰環(huán)保工程有限公司實驗室進行實驗，記錄10天內(nèi)進出水解酸化反應(yīng)器的水質(zhì)參數(shù)。
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天的運行數(shù)據(jù)進行分析，出水CODCr含量明顯降低，且波動趨勢較小，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0.311提高到了0.472，上升了16.1個百分點，而且水解酸化處理的效果穩(wěn)定。
實例二：
取某制漿造紙企業(yè)生產(chǎn)廢水，于武漢森泰環(huán)保工程有限公司實驗室進行實驗，記錄10天內(nèi)進出水解酸化反應(yīng)器的水質(zhì)參數(shù)，整理出廢水CODcr的變化及廢水可生化性參數(shù)。
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29.5%，我們?nèi)×?0天的運行數(shù)據(jù)進行分析，出水CODCr含量明顯降低，且波動趨勢較小，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個百分點，而且水解酸化處理的效果穩(wěn)定。
由以上兩個廢水處理實例可知，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)運行穩(wěn)定后，加好氧系統(tǒng)進行后續(xù)處理將會取得更好的處理效果，以達到制漿造紙廢水處理高標準、穩(wěn)定達標排放的要求。
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系統(tǒng)的處理效率和經(jīng)濟效率，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、污泥同時得到處理。在整個過程中，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。且由于這些特點，單純從出水水質(zhì)COD、BOD5等去除率來評價水解反應(yīng)器的作用是不全面的，應(yīng)對后處理中各種現(xiàn)象進行分析，以全面評價水解反應(yīng)在整個系統(tǒng)中的功能。
4.1有機物含量顯著減少
水解酸化池的第一個特點是對于有機污染物（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)外的工程實例進行分析，如采用活性污泥法后處理，由于有機物的絕對數(shù)量減少，與傳統(tǒng)的活性污泥工藝相比，停留時間也可減少50%。這樣基建總投資、能耗和運行費用可分別節(jié)省30%左右。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務(wù)平臺咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗的企業(yè)。
由于水解酸化工藝對有機污染物的去除率高，國內(nèi)多家制漿造紙紙業(yè)紛紛引進水解酸化處理技術(shù)對廢水處理工藝進行改進。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)初期運行實現(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行穩(wěn)定，廢水處理工程效果得到業(yè)主好評。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)對廢水處理工藝進行了改造，都實現(xiàn)了出水穩(wěn)定達標排放。
4.2 B/C值和溶解性有機物比例顯著增加
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顯著特點。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物更容易被微生物代謝消耗，加速了有機物的降解。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物，改善廢水可生化性，提高抗沖擊負荷能力，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：
(1) 水解酸化系統(tǒng)是一個巨大的緩沖體系，對水質(zhì)、水量在設(shè)計能力20％左右的變化有很強的緩沖能力，能穩(wěn)定好氧進水水質(zhì)，保證好氧系統(tǒng)正常運行。
(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力的能耗就可得到高COD去除率，具有簡單、經(jīng)濟、可靠等優(yōu)點，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/CODCr比0.15個單位左右，提高了廢水的可生化性，降低運行費用，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，減少污泥處置費用。
(5) 水解酸化系統(tǒng)因其停留時間較長，對木質(zhì)素、纖維素和半纖維素類天然大分子有機物有開鏈、分解成小分子有機物的能力，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、可靠、節(jié)能、穩(wěn)定達標的道路。(作者: 邵云海 王靜)
