水解酸化解析---旭日東專業呈現

一、水解(酸化)的概念
 
水解在化學上指的是化合物與水進行的一類反應的總稱。比如，酯類物質水解生成醇和有機酸的反應。在廢水生物處理中，水解指的是有機物(基質)進入細胞前，在胞外進行的生物化學反應。這一階段最為典型的特征是生物反應的場所發生在細胞外，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氧化反應(主要包括大分子物質的斷鏈和水溶)。研究表明，自然界的許多物質(如蛋白質、糖類、脂肪等)能在好氧、缺氧或厭氧條件下順利進行水解。
 
酸化則是一類典型的發酵過程。這一階段的基本持征是微生物的代謝產物主要為各種有機酸(如乙酸、丙酸、下酸等)。水解菌實際上是一種具有水解能力的發酵細菌，水解是耗能過程，發酵細菌付出能量進行水解的目的，是為了取得能進行發酵的水镕性基質，并通過胞內的生化反應取得能源，同時排除代謝產物（厭氧條件下主要為各種有機酸）。實際工程中希望將產酸過程控制在最小范圍。因為酸化使pH值下降太多時，不利于水解的進行。
 
二、水解(酸化)與厭氧消化的區別
 
從原理上講，水解(酸化)是厭氧消化過程的第一、二兩個階段但水解(酸化)工藝和厭氧消化追求的目標不同，因此是截然不同的處理方法。水解(酸化)系統中的的目的主要是將原水中的非溶解態有機物轉變為溶解態有機物，特別是工業廢水處理，主要是將其中難生物降解物質轉變為易生物降解物質，提高廢水的可生化性，以利于后續的好氧生物處理。考慮到后續好氧處理的能耗問題，水解(酸化)主要用于低濃度難降解廢水的預處理。在混合厭氧消化系統中，水解酸化是和整個消化過程有機地結臺在一起，共處于一個反應器中，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。而兩相厭氧消化中的產酸段(產酸相)是將混合厭氧消化中的產酸段和產甲烷段分開，以便形成各自的最佳環境，同時，產酸相對所產生的酸的形態也有要求(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，這些物質及其轉化產物不僅對甲烷苗有毒，而且影響沼氣的質量，也在產酸相中予以去除。
因此，盡管水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段、兩相法厭氧發酵工藝中的產酸相和混合厭氧消化工藝中的產酸過程均產生有機酸，但由于三者的處理目的不同，各自的運行環境和條件存在著明顯的差異，主要表現在以下幾個方面：
 
Eh不同
 
在混合厭氧消化系統中，由于完成水解、酸化的微生物和產甲烷微生物共處于同一反應器中，整個反應器的氧化還原電位Eh的控制必須首先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般為一300mV以下，因此。系統中的水解(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中，產酸相的氧化還原電位一般控制在一100mV一一300mV之間。據研究，水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段為——典型的兼性過程，只要置Eh控制在＋50mv以下，該過程即可順利進行。
 
pH值不同
 
在混合厭氧消化系統中，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中，產酸相的pH值一般控制在6．o一6．5之間，pH降低時，盡管產酸的速率增大，但形成的有機酸形態將發生變化，丙酸的相對含量增大，而丙酸對后續的甲烷相中的產甲烷菌會產生強烈的抑制作用。對于水解(酸化)一好氧處理系統來說，由于后續處理為好氧氧化，不存在丙酸的抑制問題，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。
 
溫度不同
 
三種工藝對溫度的控制也不同，通常混合厭氧消化系統以及兩相厭氧消化系統的溫度均嚴格控制，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)段對工作溫度無特殊要求，通常在常溫下運行，也可獲得較為滿意的水解(酸化)效果。
 
三、影響水解(酸化)過程的主要因素
 
基質的種類和形態
 
基質的種類和形態對水解(酸化)過程的速率有著重要影響。就多糖、蛋白質和脂肪三類物質來說，在相同的操作條件下，水解速率依次減小。同類有機物，分子量越大，水解越困難，相應池水解速率就越小。比如，就糖類物質來說，二聚糖比三聚糖容易水解；低聚糖比高聚糖容易水解。就分子結構來說，直鏈比支鏈易于水解；支鏈比環狀易于水解；單環化合物比雜環或多環化合物易于水解。
 
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)的產物以及污泥的形態和結構。大量研究結果表明，水解(酸化)微生物對pH值變化的適應性較強，水解過程可在pH值寬達3.5—10.0的范圍內順利進行，但最佳的pH值為5．5—6．5。pH朝酸性方向或堿性方向移動時，水解速率都將減小。水解液pH值同時還影響水解產物的種類和含量。
 
水力停留時間
 
水力停留時間是水解反應器運行控制的重要參數之一。它對反應器的影響，隨著反應器的功能不同而不同。對于單純以水解為目的的反應器，水力停留時間越長，被水解物質與水解微生物接觸時間也就越長，相應地水解效率也就越高。一般為3-4小時。
 
溫度
 
水解反應是一典型的生物反向，因此．溫度變化對水解反應的影響符合一般的生物反應規律，即在一定的范圍內，溫度越高，水解反應的速率越大。但研究表明，當溫度在10一20 oC之間變化時，水解反應速率變化不大，由此說明，水解微生物對低溫變化的適應較強。
 
粒徑
 
粒徑是影響顆粒狀有機物水解(酸化)速率的重要因素之—粒徑越大，單位重量有機物的比表面積越小．水解速率也就越小。由于顆粒態有機物的粒徑對水解速宰相效率影響較大，因此，一些研究者建議，對含顆粒態有機物濃度較高的廢水或污泥，在進入水解反應器前可利用泵或研磨機破碎，以減小污染物的粒徑，從而加快水解反應的進行。
 
四、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，提高后續好氧生化效果。
(3)目前的生活污水中化學合成材料（表面活性劑等）越來越多，水解酸化有利于此種物質的降解

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