（环境科学与工程专业论文）水解酸化预处理溪流源试验研究.pdf

classified index: x522 u.d.c: 627.4 dissertation for the masters degree in engineering research on the pretreatment of the stream source by hydrolysis/adcidification candidate： chen hongyi supervisor： prof. qi peishi academic degree applied for： master of engineering speciality： environmental engineering affiliation： school of muni. & env. eng. date of defence： june, 2011 degree-conferring-institution： harbin institute of technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -i- 摘 要 溪流源是由居住相对分散、偏远的居民日常生活产生的污水汇集而成。溪流 源的污水往往未经处理就排放到环境，进入河流，对河流造成污染。目前，溪流 源的治理技术有生态塘、人工湿地等。为了更好的治理溪流源，提出了水解酸化+ 人工湿地组合工艺。本试验重点研究水解酸化对溪流源的预处理效果，并考察 hrt、填料及微量溶解氧的影响。 试验中采用生活污水模拟溪流源污水，通过添加两种不同的填料（组合填料 和自制填料）对比考察填料对处理效果的影响；通过对部分反应器进行间歇曝气 对比考察微量溶解氧对水解酸化的影响；试验中设置了 5 个不同的 hrt（4h、6h、 8h、12h、24h） ，分别考察不同 hrt 下水解酸化对污染物的去除效果。 试验结果表明：水解酸化对 cod、ss 具有较好的处理效果，其中设有填料 1 （组合填料）的反应装置效果最好，其对 cod 和 ss 的最大去除率出现在 hrt 为 24h 时，分别为 67.77%和 96.03%。水解酸化对 tp 有一定的去除率，其中设有填 料 2（自制填料）的反应装置对磷的效果较好且相对稳定，最高去除率为 27.70%。 水解酸化对氮几乎没有去除效果。 试验中还考察了 hrt、微量溶解氧、填料的影响。发现 cod、ss 的去除效果 总体上随 hrt 的增加而增加，而 tp 的去除在 hrt 较短时效果更好；微量溶解氧 的存在会降低 ss 的去除效果， 提高 cod 和 tp 的去除效果， 其中对组合填料的处 理效果影响最大；填料的存在提高污染物的去除率，其中组合填料促进了 cod、 ss 的去除，自制填料对 tp 的去除效果较好。 关键字：水解酸化；溪流源；hrt；微量溶解氧；填料 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -ii- abstract the stream source is the sewage generated from daily lives produced by residents living remote and dispersion. the sewage is often discharged into the rivers without any treatment. at present, the technologies applied to the treatment of the stream source are oxidation pond, constructed wetlands. in order to control the stream source effectively, adopting the hydrolysis/acidification technology pre-treat the sewage. this study focused on the hydrolysis and acidification of the stream source, and the influence of hrt, do and different fillings. the sewage of the stream source was simulated by domestic sewage in this experiment. this paper studied the effects of fillers by adding two different fillers, and the effect of low do. it also studied the removal rate at different hrt (4h, 6 h, 8 h, 12 h and 24 h). experimental results showed that the hydrolysis/acidification technology achieved good results. it was good at treating cod and ss. but the removal of tp was not very effective, and the technology had almost no remove of tn. filler1 has the highest removal rate of cod and ss ,were 67.77% and 96.03% at 24h. filler2 has the highest removal rate of tp, was 27.70%. this experiment investigated the influencing factors: hrt, do and different fillers. the results showed that the removal of cod and ss generally increased with hrt, however, the removal of tp was batter when hrt is short. low do increased the removal rate of cod and tp, but reduced the remove of ss. low do has the greatest impact on the combined filler. compared two different fillers, founded that filler1 is appropriate for the removal of cod and ss, and filler2 is appropriate for the removal of tp. from the above, the treatment of the stream source by the hydrolysis/acidification technology can achieve high removal rate on cod and ss, but it seems not good at the removal of phosphor. keyword: hydrolysis/acidification, the stream source, low do, filler 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -iii- 目录 摘 要.i abstract.ii 目录.iii 第一章 绪论.1 1.1 课题背景.1 1.1.1 我国河流污染现状 .1 1.1.2 河流的污染来源.1 1.1.3 河流污染治理技术研究进展.3 1.1.4 溪流源的特点与治理方法.5 1.1.5 水解酸化应用于溪流源治理.5 1.2 水解酸化理论研究进展 .6 1.2.1 水解酸化工艺原理 .6 1.2.2 水解酸化的影响因素.6 1.2.3 水解酸化工艺的特点.9 1.2.4 水解酸化工艺研究进展.10 1.2.5 水解酸化工艺发展方向.12 1.3 课题研究的目的和内容 .13 1.3.1 课题研究的目的和意义.13 1.3.2 课题研究内容.14 第二章 试验装置与方法.15 2.1 试验装置.15 2.1.1 反应器的设置.15 2.1.2 试验条件设置.15 2.2 试验用水及接种污泥.16 2.2.1 试验用水.16 2.2.2 接种污泥.17 2.2.3 填料挂膜.17 2.3 试验中的主要分析方法 .17 2.4 试验方案.18 第三章 水解酸化对污染物的去除效果分析.19 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -iv- 3.1 对 ss 的去除效果.19 3.2 对 cod 的去除效果.21 3.2.1 水解酸化对 cod 的去除效果.21 3.2.2 cod 去除途径分析.23 3.3 对 tp 的去除效果 .25 3.3.1 磷的去除途径及影响因素分析.25 3.3.2 水解酸化对 tp 的去除效果 .26 3.4 对氮的去除效果.27 3.5 水解酸化体系 ph 变化 .28 3.5.1 水解酸化系统中 ph 变化的影响因素.28 3.5.2 ph 变化分析.30 3.6 本章小结.30 第四章 水解酸化影响因素分析 .32 4.1 hrt 的影响分析.32 4.1.1 hrt 对 ss 去除效果的影响.32 4.1.2 hrt 对 cod 去除效果的影响.33 4.1.3 hrt 对 tp 去除效果的影响.33 4.2 微量溶解氧影响分析.33 4.2.1 水解酸化中微量溶解氧的影响途径.33 4.2.2 微量溶解氧对 ss 去除的影响.34 4.2.3 微量溶解氧对 cod 去除的影响.35 4.2.4 微量溶解氧对 tp 去除的影响.37 4.3 填料的影响分析.39 4.3.1 组合填料的影响分析.39 4.3.2 不同填料对比分析 .40 4.4 本章小结.44 结论.45 参考文献.46 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果.51 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明.52 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书.52 学位论文出版授权书.53 致 谢.54 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -1- 第一章 绪论 1.1 课题背景 1.1.1 我国河流污染现状 河流是人类社会发展中不可或缺的资源，是社会经济、文化、环境建设的重 要载体。随着我国城市化进程的加快，工业农业快速发展，产生了越来越多的污 染物质，这些污染物通过排污、地表径流等方式进入河流。污染物质源源不断的 进入河流， 超过了河流的自净能力范围， 给河流带来了不同程度的污染。 根据 2010 年全国水环境质量状况调查报告显示，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河 和辽河七大水系总体为轻度污染。204 条河流 409 个地表水国控监测断面中， 类、类和劣类水质的断面比例分别为 59.9%、23.7%和 16.4%。主要污 染指标为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮。其中，长江、珠江水质良好， 松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。我国的水 资源原本就处于十分紧缺的状况，且南北分布不均。河流的污染使原本就已十分 严峻的水资源问题雪上加霜。 河流的污染具有以下特点：1、河流的污染影响较大，波及的范围较广。因为 河流具有流动性，所以扩散的速度很快。污染会随着河流扩散到下游地区，给沿 途经过的地带造成污染，往往越到河流的下游，污染越严重。2、河流的污染不仅 仅是水质的污染，河流中存在大量的生物包括植物、动物、微生物。这些生物的 生存环境会因为水质的恶化而直接受到遭到破坏。如氮磷营养盐浓度过高会直接 导致藻类大面积生长，导致水体的富营养化；重金属污染则会直接会对生物造成 毒害作用；有机污染物浓度过高会消耗河流中的溶解氧，造成水体厌氧，需氧生 物会大量死亡，最终导致水质会发黑发臭。所以河流的污染不是简单的水质污染 问题，而是整个生态环境遭到破坏的问题。 3、河流的污染状况随季节变化明显。 在河流的丰水期，水量较大，排污量相同的情况下污染程度相对较轻。而在枯水 期或发生干旱等自然灾害时，河流的水量小，污染一旦发生，会造成河流的严重 污染。 1.1.2 河流的污染来源 河流污染治理中关键的一方面就是截留污染源，防止污染物质通过各种途径 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -2- 进入河流。 图 1-1 河流污染源分类 河流的污染源按形式上可分为点源和面源，其中点源又包括集中点源和分散 点源两种。集中点源指通过排污管道排入环境的污染源，包括未经处理就排放到 环境中的生活污水或工业废水，也包括一些经过处理但并没有达到排放标准的污 水。这部分污水的水量较大且集中，可通过管道引入污水处理厂或设置污水处理 装置集中处理。分散点源指在一些相对落后的地区，居民的居住地相对分散偏远， 且居住人数较少，居民日常生产生活排放的污水大多未经处理就排放到环境中。 由这些污染点源不断汇集构成了溪流源。溪流源的水量很少，水质接近生活污水。 处理溪流源中的污水一般通过小型的生态塘或人工湿地等方法。面源污染包括存 在于地表和大气中的污染物质，这类污染源分布很广，难以集中控制，它们可以 通过降水、地表径流等方式进入河流。 污染源按来源分可分为工业废水、生活污水、农业面源污染。 （1）生活污水的排放 城市生活污水一般经城市污水处理系统处理后排入水体。但近年来，城市人 口增长迅速，用水量持续增加，城市生活污水排放总量不断增长，但处理效率并 没有随之提高，因此越来越多的污染物被排入河流。同时也存在一些污水处理厂 的处理设施落后，不能满足当下的污水处理要求，处理后的水中依然含有较多的 氮磷盐及有机物，排入河流后会导致水体发生富营养化，水质发黑发臭。 （2）工业废水的排放 工业废水的水量大、种类繁多、成分复杂、毒性强、较难处理。一旦排入河 流，对河流造成的影响极其严重，不仅会导致河中生物的死亡，破坏河流生态环 集中型 分散型 工业废水 生活污水 农业面源 按来源分 按形式分 点源 面源 河流污染源 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -3- 境，而且有可能渗入地下水，污染饮用水源，危害城市居民的身体健康。 （3）农业面源污染 现代农业生产中会使用大量的化肥、农药，其中仅有小部分会被生物吸收， 大部分的农药化肥将会残留在土壤和水分中，经地表径流进入河流。其中含有丰 富的氮、磷等营养元素，进入河流后会导致水体富营养化的发生。 1.1.3 河流污染治理技术研究进展 河流污染的治理技术包括物理方法，如河道曝气、引流稀释；化学方法，如 化学强化絮凝、化学除磷脱氮；生物法，如投菌法、生物膜法、人工湿地法等。 （1）物理、化学法 物理法包括河道曝气、引流稀释等技术。其中河道曝气技术是人工向受污河 流中补充溶解氧，提高水体溶解氧水平，恢复和加强水体中好氧微生物的代谢活 性，使水体中的污染物得以净化1。河道曝气复氧技术尤其适用于以有机物污染为 主的黑臭河道，曝气复氧技术可快速的缓解河流的污染状况。引流稀释顾名思义 是将清洁的水引入受污染的河流，在一定程度上缓解河流的污染。引流稀释并未 真正的去除污染物质，只是稀释了污染物的浓度，然后依靠河流的自净功能去除 污染物。化学法包括化学强化絮凝、化学脱氮除磷及化学除藻。化学强化絮凝是 指向水体中投加化学絮凝剂去除水体中的胶体及悬浮物。化学脱氮一般通过投加 石灰，而除磷是通过投加铁盐的方式。潘碌亭等2采用化学氧化絮凝技术处理东莞 市某河流，结果表明：该技术对污染物的去除具有较好的效果，cod、bod5、tp、 nh3-n 的去除率分别可达到 71.2%、77.4%、91.1%和 68.7%。 （2）生物法 生物法包括微生物技术、生态塘、人工湿地、人工浮岛等。 微生物技术又包括接种微生物技术、固定化技术、生物促生技术。其中接种 微生物技术是指向水环境中直接引入优势菌种或高效菌种，降解河流中的污染物。 对于该技术，目前争议较大，因为外来菌种可能破坏原有环境中的生态链。为了 避免出现难以控制的状况，需慎用此技术。 固定化技术指将微生物或酶固定在载体上，固定化技术为微生物提供了附着 空间，有利于微生物的生长繁殖，使其更好的降解污染物质。商平等3采用包埋法 制作改性沸石吸附去除氨氮组合菌的固定化小球，结果表明：固定化球具有较好 的机械强度和传质性能，在河水氨氮浓度为 6.5721.23mg/l 的条件下，加入固定 化球 6h 后对氨氮的去除率可达 83.45%。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -4- 生物促生技术是指用营养物质等来激活水体中本身具有降解污染物能力的微 生物，充分发挥河流中原有微生物对污染物的降解能力，从而达到水体修复的目 的。生物促生技术具有操作简便、使用安全等优点。但也存在各种限制因素，如 需要为微生物生长提供适宜的环境条件包括 ph 值、温度和溶解氧等。 人工湿地依靠微生物、植物、动物、填料等部分组成部分的协同作用吸收降 解污染物。人工湿地按形式可分为表流和潜流人工湿地。潜流人工湿地结合并强 化了污染物去除过程中的过滤、生物膜、植物吸收等作用，对污水具有较好的处 理效果，但也正因如此，潜流人工湿地的阻塞问题相对严重。表流人工湿地则更 多依靠污水自身的降解作用去除污染物质，去除效率有限，且占地面积大，但其 具有运行稳定，使用年限相对较长的优点。人工湿地的去除能力有限，运行效果 受温度影响较大，尚不能满足高污染负荷、高去除率等的要求。所以研究如何强 化人工湿地的处理效果成为近年来的重点，目前采用的主要强化措施有：1、提高 湿地系统中的酶或微生物的含量。投加有效菌种，增加基质中的生物量，提高处 理能力。2、提高系统供氧能力。采用跌水方式补充水体中的溶解氧或在湿地系统 中设置通风曝气管，进行强化通风，补充湿地环境的氧含量。3、发挥组合工艺。 依据不同工艺去除污染物的特点，合理利用两种或以上的工艺，使处理能力高效 稳定。4、采用新型填料作为基质，强化基质的吸附能力。 人工浮岛技术是将水生植物固定在浮岛基质上，漂浮于水体表面。依靠植物 根系吸收水中的氮、磷、重金属等物质。植物的根系同时可为水中微生物提供固 着载体。 黄央央等4采用由鱼类、 贝类和植物构成的人工浮岛净化上海白莲泾河道。 运行结果显示：在浮岛稳定运行期间，各类生物生长状况良好，对河水水质有明 显的改善效果。 浮岛显著提高了河流中的溶解氧含量， 其中浮岛内部可达到 8mg/l 以上；同时降低了河流中悬浮物、tn、nh3-n、tp、po4-p 的浓度。目前，研究 发现了许多具有超富集功能的水生植物，可过量吸收水体中的各类重金属或其他 污染物。在浮岛上栽种具有超富集能力的植物，可缓解一些水体的污染程度，如 重金属污染等。人工浮岛是一种经济有效的水体氮磷净化技术，但同时也存在一 些问题，如在冬季，植物生长基本停滞，处理效果也基本停滞。浮岛的材料在耐 腐蚀性、牢固性等方面还有缺陷，有待开发可重复利用、价格低廉且不会造成二 次污染的浮岛材料。 综上，河流污染治理的方法中物理法和化学法见效快，但难以彻底根治河流 的污染问题，并且这两种方法工程造价高、对生态环境破坏性大。相比之下，生 物法具有工程造价低、对周围环境影响小等优点，目前应用较广。但它们也存在 着相应的缺点，如处理能力有限、受环境条件影响较大、对于污染较严重的河流， 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -5- 单纯的人工湿地、人工浮岛技术很难达到处理要求等。 1.1.4 溪流源的特点与治理方法 尽管社会经济快速发展，城市化进程逐步加快，在我国依然存在着许多相对 偏远落后的地区。这些地区大多具有地域广阔，人口较少且居住相对分散的特点。 在这些居民居住地所产生的污水就是分散污染点源的一种，由这些分散的污水产 生源汇集而成的水量较小的污染源，我们称之为溪流源。溪流源水量相对较少， 是人们日常生产生活产生的，所以污染相对较轻，主要的污染物质包括有机物、 氮磷营养盐等，水质状况与生活污水接近。溪流源的水质水量受外界环境影响较 大，降水、天气温度的变化都会产生很大的影响。由于居住地相对分散，所以导 致溪流源数量较多且之间的距离较远。为截留这些溪流源修建排水管道，将污水 都引入城市污水处理厂处理显然是不经济的，技术上也是不可行的。因此，在以 往的情况下，这些污水基本是未经任何处理直接排放到环境中，然后通过各种途 径最终进入河流。为了截留并治理这部分污染源，最好的方式就近修建污水处理 设施。目前应用较多的治理方法主要是在其附近修建小型的氧化塘、人工湿地、 sbr 等。 1.1.5 水解酸化应用于溪流源治理 前面提到目前应用于溪流源的主要处理措施是就近修建小型的生态塘或人工 湿地。这两种方法处理简便、成本很低，但都有其自身的不足之处。就生态塘来 说，其处理能力有限，溪流源的水质接近生活污水，污染物质浓度较高，生态塘 很难将其有效的处理，而且生态塘的卫生条件较差。就人工湿地来说，应用较多 的是表流和潜流两种形式，表流人工湿地运行稳定、使用年限长，潜流人工湿地 处理效果好。两种形式的人工湿地共同存在容易阻塞的问题，进水水质 ss 较高或 污染物质浓度较高都会造成人工湿地的阻塞，缩短湿地的使用年限。为了解决这 一问题，在实际应用中往往在人工湿地前设置沉淀池，降低进水 ss。污水在沉淀 池中需要维持一定的停留时间才能保证ss的去除率， 污水在沉淀池停留的过程中， 污水中自身含有的微生物会利用污水中含有的有机物、氮、磷等物质，在一定程 度上降低污染物质的浓度。好氧微生物的代谢速度快，会快速耗尽水中的溶解氧、 而过程中没有补充溶解氧，因此大部分的时间里污水是呈现厌氧或缺氧状态，这 时发挥主要降解作用的是兼性和厌氧微生物，也就是说污水在沉淀池内会发生水 解酸化反应。为了改善溪流源的处理效果和提高污水处理装置运行的稳定性，考 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -6- 虑将发生在沉淀池内的水解酸化过程强化将初沉池改为水解酸化池。与沉淀池 相比，水解酸化池可以大幅度降低污水中的 ss，缓解人工湿地的阻塞问题；同时 水解酸化池还具有较强的抗冲击负荷能力，对各类污染物具有一定的去除效果， 是一种经济高效的预处理工艺。 1.2 水解酸化理论研究进展 水解酸化原本是厌氧消化中的一个阶段，在目前被广泛认可的厌氧消化三阶 段理论中，水解酸化是厌氧消化的第一个阶段水解、酸化阶段。在这一阶段， 发酵细菌分解废水中的有机物，生成脂肪酸、醇类、co2、h2等产物。随着厌氧 工艺越来越多用于解决实际问题， 人们发现采用厌氧工艺cod浓度较低的污水时， 产生的生物气较少，建造的气体收集储存装置造价很高却没有得到有效的利用。 为了解决这一问题，研究者们缩短了反应的停留时间，将厌氧工艺控制在水解酸 化阶段来处理这部分污水，由此发展成现在的水解酸化工艺。 1.2.1 水解酸化工艺原理 水解反应发生在细菌细胞外，利用细菌释放到胞外自由酶和固定在细胞外壁 上的固定酶来完成催化氧化反应，将部分不溶性物质转换为水溶性物质，大分子 有机物转换为小分子有机物。在酸化过程中水解反应生成的小分子有机物进入细 菌细胞内，在胞内酶的作用下降解为挥发性有机酸及二氧化碳、硫化氢、氢气等。 大量研究表明，水解酸化中发挥主要作用的是兼性厌氧菌。兼性厌氧菌即可以在 厌氧条件下生存，也能在有氧条件下生存。其体内同时具有氧化酶和脱氢酶。在 有溶解氧存在的条件下，氧化酶活性强；在无氧条件下，脱氢酶活性较强。一般 而言，微生物的生长速率、代谢活性会随着其好氧能力的下降而降低。在无氧条 件下，兼性厌氧菌虽然可以生存，但其代谢活性仅维持在较低的水平。当有氧气 存在时，氧气会降低兼性厌氧菌生化反应的 ks，所以环境中存在微量的溶解氧会 提高水解酸化的速率6,7。 1.2.2 水解酸化的影响因素 （1）基质的种类和形态 对于多糖、蛋白质和脂肪三种物质来说，在相同的条件下，水解速率依次减 慢。就同种物质来说，结构越复杂，分子量越大，水解越困难，水解速度越慢。 各类物质的降解途径： 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -7- 自然界中最常见的多糖是纤维素和淀粉。淀粉的水解途径： 淀粉糊精麦芽糖葡萄糖 纤维素的水解途径分为两步： 122211 c h on+nh onc h o 61052 2() 12221126126 c h o +h o2c h o 蛋白质的水解途径： 蛋白质蛋白胨多肽二肽氨基酸 氨基酸在厌氧的环境下会继续分解为氨基酸、乙酸等挥发性脂肪酸和 nh3， 含硫氨基酸还会生成 h2s。 脂肪的水解途径： 脂肪是由甘油和脂肪酸构成的甘油三脂，其水解酸化途径如下： +甘油三酯甘油二酯甘油一酯脂肪甘油 脂肪酸 而后甘油会进一步分解为丙酮酸，长链脂肪酸会分解为短链脂肪酸。 （2）温度 温度是水解酸化反应过程中重要的影响因素之一。温度的主要影响途径有三 种：一是影响酶的活性，微生物进行的生理代谢活动大部分都是在酶的催化作用 下完成的。在一定的范围内，温度的提高会增加酶的活性，加快水解酸化反应的 速率；二是温度会影响物质的溶解度，从而影响微生物对这部分物质的吸收利用。 henze 等8研究发现温度不仅仅会影响水解酸化的反应速率，也会影响基质的腐败 速率和微生物的生长速率。在较低温度下，胞外酶的降解速率和有机颗粒物的降 解速率均下降，会导致水解酸化反应器内悬浮物的积累。lew 等9研究了低温下城 市生活污水的水解酸化降解途径。研究发现，在稳定为 20时，有 43.1%的悬浮 物降解为可溶态，56%的悬浮物转化为以胶体形式存在；当温度下降为 15和 10 时，转化为可溶态的悬浮物含量下降为 28.5%，转化为胶体形态的升为 70%。污 染物由悬浮态转化为胶体形式是物理过程，而转化为溶解态则是水解酸化的过程， 是发酵细菌参与的生理生化过程。从结果可以看出，水解酸化的过程受温度影响 很大。yuan 等10研究了温度对污泥水解酸化过程中 vfa 产量的影响。研究中设置 了三个温度等级：24.6，14，4。结果表明：温度对污泥的水解酸化影响较 大，在 24.6时，完成水解过程用了 5d，vfa 产率达到 84%；而在 14和 4的 条件下完成水解过程则分别用了 7d 和 9d，vfa 的产率分别为 62%和 48%，可以 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -8- 看出温度的降低同时降低了 vfa 的产生速度和产量。 （3）ph ph 的水解酸化的影响是多方面的。首先，ph 会影响水解酸化的产物。chen 等11进行了不同 ph 条件下水解酸化处理剩余污泥的研究，结果显示，碱性环境 （ph=911）和酸性环境（ph=4，5）下溶解性 cod 的产生量均高于中性环境下 的，其中碱性环境下溶解性 cod 产量最高。研究还发现，ph 与 vfa 的产量有关， 当 ph 在 810 之间时，系统 vfa 的产量明显提高。但在不同的 ph 条件下，vfa 的组成基本一致，主要由乙酸、丙酸、异戊酸组成。ph 会影响 vfa 的产量，但对 ph 是否会影响 vfa 的组成这点研究存在着异议。如 feng 等12研究剩余污泥水解 酸化过程中 ph 的影响时发现 ph 不仅影响了 vfa 的产量还影响了 vfa 的构成。 试验中共设置了 8 个 ph 条件：4、5、6、7、8、9、10、11。试验结果表明：最大 的 vfa 产量出现在 ph 值是 8 时，为 520.1mgcod/gvss，是对照组（未进行 ph 控制）vfa 产量的 3 倍多。研究进一步发现，ph 在 69 的范围内，丙酸的含量最 多；在其他的 ph 条件下，乙酸的含量最高。 其次，微生物对 ph 存在一定的适应范围，环境 ph 需控制在这一范围内才能 保证微生物较好的发挥代谢活性。 发酵细菌对 ph 的适应范围较广， 所以影响不大。 但产甲烷菌所适应的 ph 范围很窄，实际应用中可以通过调节 ph 值的范围抑制水 解酸化过程中甲烷菌的作用，提高产物中易降解有机物的含量。emrah 等13采用 水解酸化处理甜菜加工过程中产生的废物，研究结果显示：ph 控制在 5.77.5 时， 生物气中 ch4的含量仅有 5.6%16.3%，较好的抑制了产甲烷过程。ph 还会通过 影响环境中其它物质的存在形式而影响水解酸化反应。如 ph 会影响水中 nh3、 h2s 等气体的存在形式，ph 偏碱性时，水中的氨氮大多以游离氨的形式存在，而 大量的研究表明游离氨浓度过高会抑制水解酸化反应。 （4）氧化还原电位 orp orp 指反应体系中氧化剂和还原剂的相对强度。系统中还原态的物质，如有 机物、h2，所占的比例越大，其 orp 就越低；系统中氧化态物质所占的比例越大， 其 orp 就越高。一般来讲，对 orp 影响最直接的是溶解氧 do，do 越高，orp 越大。水解酸化根据不同的工艺需求对 orp 的范围选择不同，如混合厌氧消化控 制在-300mv 以下，两相法厌氧消化在-100-300mv 之间，水解酸化的适应范围较 广，只需控制在-50mv 以下。 （5）停留时间 对于一些较难降解的工业废水，hrt 越长，发酵细菌与基质接触时间越长， 水解反应进行的越彻底，处理效果越好。bengtsson 等14研究包含乳品废水和造纸 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -9- 废水的混合工业废水的水解酸化时发现，hrt 的增加会增大出水中 vfa 的含量， hrt 为 24h 时， scod 可转化为 vfa 的转化率为 75%，hrt 为 95h 时，转化率 可提高至 93%。研究还发现，乙酸的产量受 hrt 影响显著。对于生活污水，水解 酸化可以在较短的时间内完成，停留时间的延长并不会使处理效果更好。 （6）环境中其他物质的存在 1、氨氮 水解酸化过程中蛋白质和尿素的降解会产生大量的氨氮，污水中氨氮有铵离 子（nh4+）和游离氨（nh3-n）两种形式。氨氮的毒性是由游离氨引起的，nh3-n 可自由通过微生物的细胞膜，当浓度较高时，会对微生物正常的新陈代谢产生影 响。但氮同时也是厌氧微生物生长所必须的营养元素，所以溶液中仍要有一定浓 度的氮。一般认为氨氮浓度低于 200mg/l 时不会影响微生物的正常代谢活动15。 2、硫化物 硫化物是工业废水中十分常见的物质。水解酸化过程中硫酸盐会被硫酸盐还 原菌（srb）还原为硫化物。硫酸盐或硫化物的存在对水解酸化过程的抑制作用主 要体现在两个方面：一是 srb 与发酵细菌的竞争作用；二是硫化物对绝大部分细 菌都具有毒性作用。硫化物中硫化氢的毒性最强， h2s 可自由通过细胞，使细胞 内蛋白质变性，致使微生物死亡。 3、重金属 城市生活污水及许多工业废水中可能含有一定量的重金属。微生物对重金属 不具有降解能力，重金属的存在可能改变酶的结构，影响酶的活性，抑制微生物 的生长繁殖，进而影响水解酸化的效果。学者们发现：除重金属外，金属离子的 浓度过高是也会对水解酸化产生抑制作用。cabieol 等16的研究了 al 对污泥水解 酸化的影响，结果表明：将污泥暴露在 1000mg/l 的 al(oh)3下 59 天后，产酸菌 和产甲烷菌的活性分别降低了 72%和 50%。 还有许多物质会对水解酸化产生抑制作用，如氯代烃类、氯酚类、芳烃类、 木质素等等17。 1.2.3 水解酸化工艺的特点 水解酸化作为预处理工艺具有以下优点： （1）水解酸化工艺的产物大部分为小分子有机物，易于后续工艺处理。 （2）水解酸化工艺具有较好的抗冲击负荷能力，可为后续处理工艺提供稳定 的进水水质。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -10- （3） 水解酸化工艺对悬浮性颗粒物具有较好的去除效果， 从而减少了污泥量， 降低 vss，产生剩余污泥量少。 （4）水解酸化池的构造简单，不需要复杂的设备机构，节省基建