长期以来，在污水处理领域，好氧生物处理技术一直占据着重要的位置。然而，近年来.随着越来越多人工合成的有机物和有毒有害化学物质的出现，污水处理尤其是工业污水的处理难度越来越大，传统的单纯依靠好氧生物处理技术已经无法满足需要。而且好氧法的高运行费用及剩余污泥处理或处置问题也一直是个难题。水解酸化处理技术由于其高效、低耗、投资省的特点，逐步成为人们关注的焦点。
顾名思义，水解酸化处理方法具有水解和酸化特点。水解是指大分子有机物在被微生物利用前，在胞外降解为小分子有机物的生物化学反应。酸化是有机物降解的提速过程，因为它将水解后的小分子有机物进一步转化为简单的化合物并分泌到细胞外。污水处理过程中，通过水解酸化工艺中较高的污泥浓度和厌氧环境，实现污水中难生物降解有机物的分解和去除，可以降低处理成本，提高处理效率。
一、水解酸化工艺原理
有机物的厌氧生物降解过程可分为四个阶段:一是水解阶段，微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化氧化反应，二是发酵(或酸化)阶段，酸化菌将上述小分子转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外，主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸等;三是产乙酸阶段，指上一阶段产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸及新的细胞物质;四是产甲烷阶段，指上一阶段产物被转化为甲烷、二氧化碳及新的细胞物质。
水解酸化工艺就是考虑到产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，进而改善有机废水的可生化性，为后续处理奠定良好基。
二、水解酸化工艺特点
水解酸化工艺有着突出的特点：
①水解酸化阶段的产物主要为小分子有机物，可生物降解性较好，为好氧工艺提供优良的进水水质条件，提高好氧处理的效能，同时可利用产酸菌种类多、繁殖速度快及对环境条件适应性强的特点，简化控制运行条件和缩小设备体积，减少后续处理的反应时间和处理能耗;
②厌氧工艺的产泥量远低于好氧工艺(仅为好氧工艺的1/10-1/6)，并已高度矿化，易于处理。同时其后续的好氧处理所产生的剩余污泥必要时可回流至厌氧段，增加厌氧段的污泥浓度同时减少污泥的处理量;
③厌氧处理对废水中有机物的去除可减少好氧段的需氧量，节省了整体工艺的运行费用。不需要密闭的池体和水-气-固三相分离器，水解酸化阶段反应迅速，故水解池体积小，因此可以降低工程造价;
④水解酸化控制在厌氧消化第二阶段完成前，因此出水没有厌氧发酵的不良气味，可改善污水处理厂的环境;
⑤水解酸化池抗冲击负荷能力强，能起到非常好的缓冲作用;水解酸化池水力停留时间短，土建费用较低，而且运行费用低，电耗低，污泥水解率高，减少脱水机运行时间，降低能耗，因此，水解酸化池的稳定性和经济性要远远超过其他工艺。
三、影响水解酸化的因素
水解酸化反应过程受许多因素的影响，包括污水的成分、水力停留时间、营养物质、pH值、温度、粒径和污泥浓度，所以选定合适的运行参数对于保证处理效果至关重要。
3.1 污水的成分
在相同的条件下，相对分子质量越大，分子结构越复杂，水解酸化越困难，相应地水解速率就越小。如糖类有机物比蛋白质、月旨类容易水解，单糖比多糖容易水解，直链比支链容易水解。
3.2 水力停留时间
不同水解基质的水解难易度不一样，要求反应器的水力停留时间也不一样。因此水力停留时间的数值应根据同类型的工程经验数据，或通过小试或中试确定。对于同一类型废水，水力停留时间越长，被水解物质与水解微生物接触时间越长，水解程度越彻底，但当超过某一限值，其COD去除率就无明显变化了。这是因为在某一程度，水解酸化主要是将有机物的形态改变，即溶岀的COD浓度会越高，但对总COD浓度变化的影响不大。因此，在实际工程施工中，应考虑到工程的投资和经济效益，选择合适的水力停留时间，以提高废水的可生化程度以达到最大的COD去除效率。
3.3 营养物质
在实际工程应用中，工业废水往往缺乏营养物质(如N，P及微量元素)，不能满足微生物的需要。因此，应对处理对象成分作详细调查，适当补充缺乏的营养物质，否则会影响到水解酸化的效率。
3.4 pH值
pH值主要影响水解的速率、水解酸化产物的种类和含量以及污泥的形态结构。水解酸化菌对pH的适应性较强，在3.5-10.0范围内均可以正常进行，最优值为5.5-6.5，pH向酸性或碱性方向移动时，水解速率都会减少，水解酸化反应器的出水效果变差，且影响到后续工序的处理，往往导致系统出水不达标。
3.5 温度
根据一般的生物反应规律.在一定范围内，温度越高，水解反应速率越大。但温度在10-20℃之间变化时，水解酸化反应速率变化不大，说明水解酸化微生物对低温变化的适应能力较强。
3.6 粒径
对于颗粒有机物来讲，粒径越大，水解速率越小。故对颗粒态有机物浓度高的废水或污泥，在进水解反应器前可用泵或研磨机破碎，以减小污染物的粒径，从而加快水解反应的进行。
3.7 污泥浓度
污泥浓度是水解酸化池的最重要的控制参数之一。水解酸化池完成功能的重要条件之一是维持反应器内含厌氧微生物高浓度的污泥，由于污泥受本身在重力场下的沉淀作用，及污水从下而上运动造成的污泥上升运动，因此，污泥与污水可充分接触，达到良好的截留和水解酸化效果，一般建议污泥浓度控制在10-20g/L可达到良好效果。
四、水解酸化工艺对后续处理的影响
①水解酸化池出水B/C值提高，使得出水中溶解性的有机物比例提高，同时反应器内高的污泥浓度起到了良好的截留水解作用，在有机物通过时将其吸附截留，增加了有机物的停留时间，消除了难降解物质对后续生化处理的抑制性，后续好氧处理工艺的选择范围更加灵活。
②水解酸化池出水NH3-N基本保证在20-30mg/L，降低了后续工艺的氨氮负荷，提高了出水的稳定性。
③水解酸化反应水解后的溶解性COD和BOD5数量增多，可生化性强，利于后续好氧处理，后续需氧量也大大降低，气水比保持在4：1即可保证碳化和硝化的需氧量，降低了后续的运行费用。
④水解酸化反应对有机物有较高的去除率，COD平均去除率为40%-50%，并且对悬浮物去除率高，这些因素对后续处理非常有利，后续工艺的停留时间和曝气量相应减少，基建总投资、能耗和运行费同比可减少30%-50%。
五、水解酸化反应器类型
针对不同性质的废水，以及结合不同类型的后续处理工艺，可以根据微生物在反应器内的生长状态，把水解酸化反应器分为三大类型：悬浮式反应器、接触式反应器和复合式反应器。
悬浮式反应器包含完全混合式和污泥床两种型式。完全混合式水解酸化反应器内设置搅拌装置实现完全混合，其后设置沉淀池并回流污泥以保证较高的污泥浓度，适用于含固率较高的污水;污泥床反应器内水解污泥能较好地保留在反应器内，污泥层对悬浮物等有较强的截留作用，其后一般不设沉淀池，适用于含悬浮物浓度相对较低的城市污水及难降解工业废水。由于水解酸化菌难以形成密实的絮凝体，易流失，难以维持反应器内的污泥浓度，工程中多采用接触式反应器。
接触式反应器特点是将水解酸化微生物固定在反应器内特设的载体上，在其表面形成一层以生物细胞为主的生物膜。微生物的世代期较长，耐冲击负荷能力较强，因此对水质变化较大以及有抵制性作用的有机废水具有较稳定的处理效果。
复合式反应器内既存在水解酸化污泥，又存在水解酸化生物膜，形成水解酸化污泥和生物膜的复合体。复合式反应器一般采用上流式，下部为污泥层，上部设置一定的固定填料，增加了反应器内的生物量，延长了微生物与废水的接触时间。复合式反应器内，厌氧污泥的浓度可达10-20gVSS/L，另外可自行保留高浓度污泥，因此也无需污泥回流。
六、水解酸化池的设计参数
6.1 水力停留时间
水解酸化池的水力停留时间一般为4-6h，具体参数的选取应根据处理对象的水质类型而定。粮食深加工废水、屠宰废水、啤酒废水等相对易生物降解的工业废水可取低值，但最短不应少于3h。对于医药废水、造纸印染废水、化工废水等难生物降解而且较难处理的工业废水，其成分复杂、色度大，可适当延长水解酸化池停留时间，一般水力停留时间大于8h，使水解酸化细菌和难降解有机物有更长的接触转化时间，提高难降解有机物的转化
6.2 上升流速
水解酸化池上升流速关系到池内污泥层的高度和污泥浓度。由于污水处理厂早晚水量变化较大，应选取最大流量、最小流量和平均流量下的上升流速分别验算。在最大流量条件下，污泥层由于膨胀而造成污泥浓度降低，同时会导致污泥层的沉淀速度提高，可自动保持池内的污泥浓度处于动态平衡状态。而在最小流量时污泥浓度将增加，沉速降低使污泥浓度可达到动态平衡。根据北京密云污水处理厂的数据，在最高流量条件下污泥浓度为20g/L，在最低流量条件下污泥浓度可达60g/L，水解酸化池污水上升流速为1.5-2.0m/h。黑龙江某城市污水处理厂设计规模为2.0万t/d，水解酸化池内污水最大上升流速为1.76m/h，污泥浓度波动范围为15-20g/L。
6.3 配水方式
水解酸化池的进水系统应兼顾配水和搅拌功能，需要注意保证配水的均匀性，确保各单位面积的进水量基本相同，防止短路现象的发生。水力搅拌要能使进水有机物能够与水解池内的污泥迅速混合，同时尽量设置必要的反冲洗系统，避免布水管的堵塞。
配水方式无论是一管一孔还是分支配水，主要原则还是确保各单位面积的进水量基本相同。根据目前国内工业园区水解酸化池的运行情况，一管一孔配水方式出现管道堵塞的情况较为严重，因此推荐采用脉冲布水的分支配水方式。
6.4 排泥系统
对于升流式和复合式水解反应器，污泥排泥管的设计应考虑排出低活性的污泥，并将高活性污泥保留在反应器中。为防止污泥流失，清水区的高度应在1.0m以上。污泥排放应采用定时排泥稳定污泥界面，否则污泥界面将随着池内污泥量的不断增多而上升，上升至一定液面标高处将发生水解酸化池内污泥随集水槽溢流现象。为使反应池排泥均匀，应采用多点排泥方式。
七、水解酸化工艺的应用
多种类型的水解酸化反应器集沉淀、吸附和生物絮凝等物理化学过程以及与水解、酸化和甲烷化过程等生物降解功能于一体，在生活污水、混合型城市污水、石化废水等工业废水的治理工程中发挥着重要的作用，获得了令人满意的效果。
7.1 生活污水处理
赵大传等在研究水解酸化反应器对生活污水的处理效果时表明，水解酸化反应器对COD、BOD5和SS的去除率分别可达到73.2%、58.3%和24.2%，处理后的出水COD、BOD均可达到《污水综合排放标准》一级标准，SS可达到国家二级排放标准。在最佳水力停留时间3h时，污水的B/C值可由0.42上升到0.67，提高了废水的可生化性，降低了后继好氧生物处理负荷.减少了后继接触氧化池的曝气量，降低了设备运行费用。水解酸化反应器出水再经后续好氧处理后，可以考虑回用。
7.2 混合型城市污水处理
混合型城市污水由于其中含有大量的工业废水，进水负荷波动较大且水质复杂，C/N值较低，一般生物处理工艺对其脱氮除磷效果较差。枝江市城西污水处理厂的进水为60%-70%的工业废水和30%-40%的生活污水，采用水解酸化工艺作为预处理工艺，混合污水的可生化性得到明显提高，处理效果良好。通过检测B/C值、pH值、VFA和VSS浓度等指标发现，当水解酸化工艺的水力停留时间为5h时，水解酸化出水的可生化性最好且比较经济;另外，通过对水解酸化池的布水方式、泥位等因素的优化，水解酸化工艺对COD，BOD5和SS的去除率分别可达到36.80%，24.82%和95.92%，污水处理厂最终出水水质能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准3。
7.3 石化废水处理
针对石化废水污染严重、可生化性差的问题，采用水解酸化工艺进行处理。钟华文等研究表明，石化废水经水解酸化处理后，COD和石油类的去除率分别达到46.5%和67.3%，废水的B/C由进水的27.9%提高到34.4%。不仅石化废水的污染程度得到了一定的降低，而且可生化性也得到了较大的改善，为后续生化处理奠定了较好的基础。
八、结语
水解酸化工艺作为预处理，可以显著提高废水的可生化性，为后续的好氧处理提供可靠的保证，其高效性和经济性也得到了全国各地污水处理厂的青睐。尝试与其他工艺的结合，水解酸化反应器有很大的潜力可挖，也具有广阔的发展前景。未来应解决完善污泥沉积及配水孔堵塞问题，以提高水解酸化反应器的处理效率为目标，为我国污水处理行业做出贡献。(来源：南京工程学院;江苏方洋水务有限公司)