01. 水解(酸化)的概念

在化學(xué)中，水解是指化合物與水之間的一種反應(yīng)。例如，酯類水解生成醇類和有機酸。在廢水的生物處理中，水解是指有機物(基質(zhì))進入細(xì)胞之前在細(xì)胞外發(fā)生的生化反應(yīng)。這一階段典型的特征是生物反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞外。微生物通過釋放與細(xì)胞外壁相連的胞外游離酶或固定酶(主要包括斷鏈和大分子物質(zhì)的水溶性)來完成生物催化氧化反應(yīng)。研究表明，自然界中的許多物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、糖、脂肪等)在好氧、缺氧或厭氧條件下都能順利水解。

酸化是一種典型的發(fā)酵過程。這一階段的基本特征是微生物的代謝產(chǎn)物主要是各種有機酸(如乙酸、丙酸、低酸等)。水解菌實際上是一種具有水解能力的發(fā)酵菌。水解是一個消耗能量的過程。發(fā)酵菌支付能量進行水解的目的是獲得可發(fā)酵的水溶性底物，通過胞內(nèi)生化反應(yīng)獲得能量，消除代謝產(chǎn)物(主要是厭氧條件下的各種有機酸)。在實際工程中，希望將制酸過程控制在更小范圍內(nèi)。因為當(dāng)pH值因酸化降低太多時，不利于水解。

02. 水解(酸化)和厭氧消化的區(qū)別

原則上水解(酸化)是厭氧消化的一、二階段，但水解(酸化)過程與厭氧消化的目的不同，所以處理方法不同。水解(酸化)系統(tǒng)的目的主要是將原水中的非溶解性有機物轉(zhuǎn)化為溶解性有機物，特別是工業(yè)廢水處理，主要是將難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解物質(zhì)，從而提高廢水的可生物降解性，以便于后續(xù)的好氧生物處理。考慮到后續(xù)好氧處理的能耗，水解(酸化)法主要用于低濃度難處理廢水的預(yù)處理。在混合厭氧消化系統(tǒng)中，水解酸化與整個消化過程在一個反應(yīng)器中有機結(jié)合。水解酸化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質(zhì)。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)酸段與產(chǎn)甲烷段分開，形成各自的環(huán)境。同時，生酸相也對生成的酸的形式有要求(主要是醋酸)。此外，如果廢水中含有高濃度的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸盆和亞硫酸鹽，這些物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物不僅對甲烷苗有毒，而且影響沼氣質(zhì)量，而且在產(chǎn)酸階段就被去除。

因此，雖然水解(酸化)好氧處理過程中的水解(酸化)階段，兩階段厭氧發(fā)酵過程中的產(chǎn)酸階段和混合厭氧消化過程中的產(chǎn)酸階段都產(chǎn)生有機酸，由于處理目的的不同，它們各自的操作環(huán)境和條件存在明顯的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)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與產(chǎn)甲烷的微生物在同一反應(yīng)器中，整個反應(yīng)器的氧化還原電位EH的控制須首先滿足對EH有嚴(yán)格要求的產(chǎn)甲烷菌，一般小于300mV。系統(tǒng)中的水解(酸化)微生物也在這個潛在值下工作。在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相氧化還原電位一般控制在100mV ~ 300mV之間。研究表明，水解(酸化)好氧處理工藝中的水解(酸化)段是典型的兼性工藝。只要EH控制在+ 50mV以下，流程就可以順利進行。

(2) pH值不同

在混合厭氧消化系統(tǒng)中，消化液的pH值控制在產(chǎn)甲烷菌的pH范圍內(nèi)，一般為6.8-7.2。在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的pH值一般控制在6.0 ~ 6.5之間。pH降低時，雖然產(chǎn)酸速率增加，但有機酸的形態(tài)會發(fā)生變化，丙酸的相對含量會增加，丙酸對后續(xù)甲烷相產(chǎn)甲烷菌有強烈的壓制作用。對于水解(酸化)-好氧處理系統(tǒng)，由于后續(xù)處理是好氧氧化，對丙酸沒有壓制作用。因此，控制的pH范圍也寬，因此可以獲得較高的水解(酸化)率。pH值一般保持在5.5-6.5之間。

(3)不同的溫度

三種工藝的溫度控制也是不同的。一般情況下，混合厭氧消化系統(tǒng)和兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度都是嚴(yán)格控制的，無論是中溫消化(30-35oc)還是高溫消化(50-55oc)。然而，水解(酸化)好氧處理工藝中的水解(酸化)段對工作溫度沒有特殊要求。通常在室溫下操作，也能獲得滿意的水解(酸化)效果。

03. 影響水解(酸化)過程的主要因素

(1)矩陣的類型和形式

基質(zhì)的類型和形式對水解(酸化)過程的速率有重要的影響。在相同的操作條件下，多糖、蛋白質(zhì)和脂肪的水解速率依次降低。對于相似的有機物，分子量越大，水解越困難，對應(yīng)槽的水解速率越小。例如，就糖而言，雙糖比三聚體更容易水解;低聚糖比高聚糖更易水解。從分子結(jié)構(gòu)上看，直鏈比支鏈更容易水解;支鏈比環(huán)更容易水解;單環(huán)化合物比雜環(huán)或多環(huán)化合物更容易水解。

(2)水解物的PH值

水解產(chǎn)物的pH值主要影響水解速率、水解(酸化)產(chǎn)物以及污泥的形態(tài)結(jié)構(gòu)。大量的研究結(jié)果表明，水解(酸化)微生物對pH值的變化具有很強的適應(yīng)性。水解過程在pH值為3.5-10.0范圍內(nèi)均能順利進行，但pH值為5.5-6.5。當(dāng)pH向酸性或堿性方向移動時，水解速率會降低。水解液的pH值也影響水解液的種類和含量。

(3)液壓停留時間

水力停留時間(HRT)是水解反應(yīng)器運行控制的重要參數(shù)之一。它對反應(yīng)堆的影響隨反應(yīng)堆的功能而變化。對于單獨水解反應(yīng)器，水力停留時間越長，水解物料與被水解微生物的接觸時間越長，水解效率越高。一般3 - 4個小時。

(4)溫度

水解反應(yīng)是一種典型的生物逆反應(yīng)。因此，溫度變化對水解反應(yīng)的影響符合一般的生物反應(yīng)規(guī)律，即在一定范圍內(nèi)，溫度越高，水解反應(yīng)速率越大。然而，研究表明，當(dāng)溫度變化在10 ~ 20 OC之間時，水解反應(yīng)速率變化不大，說明水解微生物對低溫變化的適應(yīng)性強。

(5)粒子的大小

粒度是影響顆粒狀有機物水解(酸化)速率的重要因素之一，粒度越大，有機物的單位重量比表面積越小。水解速率越小。由于顆粒有機物的粒徑對水解效率有很大的影響，有研究認(rèn)為，顆粒有機物濃度較高的廢水或污泥可通過泵或研磨機破碎后再進入水解反應(yīng)器，從而降低污染物的粒徑，加快水解反應(yīng)。

04. 水解酸化罐功能

(1)可用于反硝化、反硝化。

(2)可提高生化性能，提高后續(xù)好氧生化效果。

(3)目前生活污水中含有越來越多的化學(xué)合成材料(表面活性劑等)。水解酸化有利于該材料的降解。