01水解(酸化)的概念

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)。比如，酯類(lèi)物質(zhì)水解生成醇和有機(jī)酸的反應(yīng)。在廢水生物處理中，水解指的是有機(jī)物(基質(zhì))進(jìn)入細(xì)胞前，在胞外進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)。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)胞外壁上的固定酶來(lái)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)。研究表明，自然界的許多物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂肪等)能在好氧、缺氧或厭氧條件下順利進(jìn)行水解。

酸化則是一類(lèi)典型的發(fā)酵過(guò)程。這一階段的基本持征是微生物的代謝產(chǎn)物主要為各種有機(jī)酸(如乙酸、丙酸、下酸等)。水解菌實(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)行水解的目的，是為了取得能進(jìn)行發(fā)酵的水镕性基質(zhì)，并通過(guò)胞內(nèi)的生化反應(yīng)取得能源，同時(shí)排除代謝產(chǎn)物（厭氧條件下主要為各種有機(jī)酸）。實(shí)際工程中希望將產(chǎn)酸過(guò)程控制在最小范圍。因?yàn)樗峄筽H值下降太多時(shí)，不利于水解的進(jìn)行。

02水解(酸化)與厭氧消化的區(qū)別

從原理上講，水解(酸化)是厭氧消化過(guò)程的第一、二兩個(gè)階段但水解(酸化)工藝和厭氧消化追求的目標(biāo)不同，因此是截然不同的處理方法。水解(酸化)系統(tǒng)中的的目的主要是將原水中的非溶解態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機(jī)物，特別是工業(yè)廢水處理，主要是將其中難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到馕镔|(zhì)，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧生物處理?？紤]到后續(xù)好氧處理的能耗問(wèn)題，水解(酸化)主要用于低濃度難降解廢水的預(yù)處理。在混合厭氧消化系統(tǒng)中，水解酸化是和整個(gè)消化過(guò)程有機(jī)地結(jié)臺(tái)在一起，共處于一個(gè)反應(yīng)器中，水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過(guò)程中的甲烷化階段提供基質(zhì)。而兩相厭氧消化中的產(chǎn)酸段(產(chǎn)酸相)是將混合厭氧消化中的產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段分開(kāi)，以便形成各自的最佳環(huán)境，同時(shí)，產(chǎn)酸相對(duì)所產(chǎn)生的酸的形態(tài)也有要求(主要為乙酸)。此外，廢水中如含有高濃度的硝咳鹽、亞硝酸鹽、硫酸盆、亞硫酸鹽時(shí)，這些物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物不僅對(duì)甲烷苗有毒，而且影響沼氣的質(zhì)量，也在產(chǎn)酸相中予以去除。

因此，盡管水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段、兩相法厭氧發(fā)酵工藝中的產(chǎn)酸相和混合厭氧消化工藝中的產(chǎn)酸過(guò)程均產(chǎn)生有機(jī)酸，但由于三者的處理目的不同，各自的運(yùn)行環(huán)境和條件存在著明顯的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)Eh不同

在混合厭氧消化系統(tǒng)中，由于完成水解、酸化的微生物和產(chǎn)甲烷微生物共處于同一反應(yīng)器中，整個(gè)反應(yīng)器的氧化還原電位Eh的控制必須首先滿(mǎn)足對(duì)Eh要求嚴(yán)格的甲烷菌，一般為一300mV以下，因此。系統(tǒng)中的水解(酸化)微生物也是在這一電位值下工作的。而兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的氧化還原電位一般控制在一100mV一一300mV之間。據(jù)研究，水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段為——典型的兼性過(guò)程，只要置Eh控制在＋50mv以下，該過(guò)程即可順利進(jìn)行。

(2)pH值不同

在混合厭氧消化系統(tǒng)中，消化液的pH值控制在甲烷菌生氏的最佳pH范圍，一般為6．8—7．2。而在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的pH值一般控制在6．o一6．5之間，pH降低時(shí)，盡管產(chǎn)酸的速率增大，但形成的有機(jī)酸形態(tài)將發(fā)生變化，丙酸的相對(duì)含量增大，而丙酸對(duì)后續(xù)的甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用。對(duì)于水解(酸化)一好氧處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于后續(xù)處理為好氧氧化，不存在丙酸的抑制問(wèn)題，因此，控制的pH范圍也較寬，從而可獲得較高的水解(酸化)速率，一般pH維持在5．5—6．5之間。

(3)溫度不同

三種工藝對(duì)溫度的控制也不同，通?；旌蠀捬跸到y(tǒng)以及兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度均嚴(yán)格控制，要么中溫消化(30一35oC)，要么高溫消化(50一55oC)。而水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段對(duì)工作溫度無(wú)特殊要求，通常在常溫下運(yùn)行，也可獲得較為滿(mǎn)意的水解(酸化)效果。

03影響水解(酸化)過(guò)程的主要因素

(1)基質(zhì)的種類(lèi)和形態(tài)

基質(zhì)的種類(lèi)和形態(tài)對(duì)水解(酸化)過(guò)程的速率有著重要影響。就多糖、蛋白質(zhì)和脂肪三類(lèi)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，在相同的操作條件下，水解速率依次減小。同類(lèi)有機(jī)物，分子量越大，水解越困難，相應(yīng)池水解速率就越小。比如，就糖類(lèi)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，二聚糖比三聚糖容易水解；低聚糖比高聚糖容易水解。就分子結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，直鏈比支鏈易于水解；支鏈比環(huán)狀易于水解；單環(huán)化合物比雜環(huán)或多環(huán)化合物易于水解。

(2)水解液的pH值

水解液的pH值主要影響水解的速率、水解(酸化)的產(chǎn)物以及污泥的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。大量研究結(jié)果表明，水解(酸化)微生物對(duì)pH值變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，水解過(guò)程可在pH值寬達(dá)3.5—10.0的范圍內(nèi)順利進(jìn)行，但最佳的pH值為5．5—6．5。pH朝酸性方向或堿性方向移動(dòng)時(shí)，水解速率都將減小。水解液pH值同時(shí)還影響水解產(chǎn)物的種類(lèi)和含量。

(3)水力停留時(shí)間

水力停留時(shí)間是水解反應(yīng)器運(yùn)行控制的重要參數(shù)之一。它對(duì)反應(yīng)器的影響，隨著反應(yīng)器的功能不同而不同。對(duì)于單純以水解為目的的反應(yīng)器，水力停留時(shí)間越長(zhǎng)，被水解物質(zhì)與水解微生物接觸時(shí)間也就越長(zhǎng)，相應(yīng)地水解效率也就越高。一般為3-4小時(shí)。

(4)溫度

水解反應(yīng)是一典型的生物反向，因此．溫度變化對(duì)水解反應(yīng)的影響符合一般的生物反應(yīng)規(guī)律，即在一定的范圍內(nèi)，溫度越高，水解反應(yīng)的速率越大。但研究表明，當(dāng)溫度在10一20 oC之間變化時(shí)，水解反應(yīng)速率變化不大，由此說(shuō)明，水解微生物對(duì)低溫變化的適應(yīng)較強(qiáng)。

(5)粒徑

粒徑是影響顆粒狀有機(jī)物水解(酸化)速率的重要因素之—粒徑越大，單位重量有機(jī)物的比表面積越?。馑俾室簿驮叫?。由于顆粒態(tài)有機(jī)物的粒徑對(duì)水解速宰相效率影響較大，因此，一些研究者建議，對(duì)含顆粒態(tài)有機(jī)物濃度較高的廢水或污泥，在進(jìn)入水解反應(yīng)器前可利用泵或研磨機(jī)破碎，以減小污染物的粒徑，從而加快水解反應(yīng)的進(jìn)行。

04水解酸化池的作用

(1)可以用作反硝化脫氮。

(2)可以提高生化性能，提高后續(xù)好氧生化效果。

(3)目前的生活污水中化學(xué)合成材料（表面活性劑等）越來(lái)越多，水解酸化有利于此種物質(zhì)的降解。