水解酸化法在污水处理中的应用

水解酸化法在污水处理中的应用

目录

1.什么是水解酸化？.............................................................2

2.水解（酸化）池与厌氧消化的区别.................3

3.水解酸化池在污水处理中的基本作用............4

4.水解酸化工艺原理.............................5

4.1.水解阶段...................................................................5

4.2.发酵（或酸化）阶段...........................6

4.3.乙酸阶段...................................6

4.4.产甲烷阶段.................................6

5.水解酸化工艺优势.............................................................6

5.1.厌氧生物处理..............................6

5.2.有效夫除能力..............................................................7

5.3.总磷的去除.................................7

5.4.提高可生化性..............................................................7

5.5.较强的抗负荷冲击能力......................7

6.水解酸化法的反应器类型......................................................7

6.1.升流式水解反应器...........................8

6.2.复合式水解反应器...........................8

6.3.完全混合式水解反应器......................9

64.其他厌氧反应器...........................................................9

7.水解酸化法的应用.............................10

7.1.前言.......................................10

7.2.城市污水处理..............................11

7.3.印染废水处理.............................................................11

7.4.造纸废水处理.............................................................12

7.5.制药废水处理..............................12

7.6.啤酒废水处理.............................................................12

7.7.焦化废水处理..............................13

7.8.纺织废水处理.............................................................13

7.9.精细化工废水处理...........................13

8.水解酸化的影响因素...........................14

8.1.基质的种类和颗粒粒径......................14

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8.2.容积负荷.................................................................14

8.3.酉己水系统.................................................................14

8.4.上升流速.................................................................14

9.水解酸化法存在的问题........................................................15

10.运行与维护.................................................................15

10.1.运行控制................................................................15

10.1.1.接种污泥水解反应器..................................................15

10.1.2.水解反应器的启动....................................................15

10.1.3.排泥................................................................16

10.1.4.pH值调节...........................................................16

10.2.停产控制................................................................16

1.什么是水解酸化？

厌氧生物反应包括水解.、酸化和甲烷化三个大的阶段，将反应控制在水解

和酸化两个阶段的反应过程，可以将悬浮性有机物和大分子物质（碳水化合

物、脂肪和脂类等）通过微生物胞外酶水解成小分子，小分子有机物在酸化菌

作用下转化成挥发性脂肪酸的过程。在这一过程中同时可以将悬浮性固体水解

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。

1）首先，水解反应器中大量微生物将进水中颗粒状颗粒物质和胶体物质迅

速截留和吸附，这是一个物理过程的快速反应，一般只要几秒钟到几十秒即可

完成，因此，反应是迅速的。

2）截留下来的物质吸附在水解酸化污泥的表面，慢慢地被分解代谢，其在

系统内的污泥停留时间要大于水力停留时间。

3）在大量水解酸化细菌的作用下，大分子、难于生物降解物质转化为易于

生物降解的小分子物质后，重新释放到液体中，在较高的水力负荷下随水流出

系统。

4）由于水解和产酸菌世代期较短，往往以分钟和小时计，因此，这一降解

过程也是迅速的。在这一过程中溶解性BOD、COD的去除率虽然从表面上讲只

有10%左右，但是由于颗粒状有机物发生水解增加了系统中溶解性有机物的浓

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度，因此，溶解性BOD、COD去除率远大于10%。

5）但是由于酸化过程的控制不能严格划分，在污泥中可能仍有少量甲烷菌

的存在，可能产生少量的甲烷，但甲烷在水中的溶解度也相当可观，故以气体

形成释放的甲烷量很少。可以看出，水解反应器集沉淀、吸附、网捕和生物絮

凝等物理化学过程，与水解、酸化和甲烷化过程等生物降解功能于一体。

2.水解（酸化）池与厌氧消化的区别

从原理上讲，水解（酸化）是厌氧消化过程的第一、二两个阶段但水解（酸

化）工艺和厌氧消化追求的目标不同，因此是截然不同的处理方法。

水解（酸化）系统中的的目的主要是将原水中的非溶解态有机物转变为溶解

态有机物，特别是工业废水处理，主要是将其中难生物降解物质转变为易生物

降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。考虑到后续好

氧处理的能耗问题，水解（酸化）主要用于低浓度难降解废水的预处理。在混合

厌氧消化系统中，水解酸化是和整个消化过程有机地结合在一起，共处于一个

反应器中，水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基

质。而两相厌氧消化中的产酸段（产酸相）是将混合厌氧消化中的产酸段和产甲

烷段分开，以便形成各自的最佳环境，同时，产酸相对所产生的酸的形态也有

要求（主要为乙酸）。此外，废水中如含有高浓度的硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸

盐、亚硫酸盐时，这些物质及其转化产物不仅对甲烷苗有毒，而旦影响沼气的

质量，也在产酸相中予以去除。因此，尽管水解（酸化）一好氧处理工艺中的水

解（酸化）段、两相法厌氧发酵工艺中的产酸相和混合厌氧消化工艺中的产酸过

程均产生有机酸，但由于三者的处理目的不同，各自的运行环境和条件存在着

明显的差异，主要表现在以下几个方面：

（l）Eh不同

在混合厌氧消化系统中，由于完成水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共

处于同一反应器中，整个反应器的氧化还原电位Eh的控制必须首先满足对Eh

要求严格的甲烷菌，一般为一300mv以下，因比。系统中的水解（酸化）微生物

也是在这一-电位值下工作的。而两相厌氧消化系统中，产酸相的氧化还原电位

一般控制在一100mv一—300mv之间。据研究，水解（酸化）一好氧处理工艺

中的水解（酸化）段为一一典型的兼性过程，只要置Eh控制在+50mv以下，该

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罐中的填充物主要是为微生物提供生存平台。附着在填料上的微生物可以

增加污水与微生物的接触而积，从而提高水解酸化池的处理效率和效果。简单

地说，填料是细菌的附着床，只是为了增加生物量并增加微生物和污水的接触

面积。

水解和酸化过程在不同过程中扮演的角色也不同。好氧生物处理过程中水

解和酸化的目的主要是将原污水中的不溶性有机物转化为溶解的有机物，并将

难于生物降解的有机物转化为易于生物降解的有机物，从而改善污水的生物降

解能力，以利于后续的需氧处理；厌氧消化过程中水解酸化的目的是为厌氧消

化过程中的甲烷发酵提供底物。

水解和酸化是好氧处理和厌氧处理之间的过程，可以视为厌氧处理•第一阶

段和第二阶段，即不溶性有机物在大量水解细菌和酸化细菌的作用下被水解，

从而溶解有机物的过程是将难以生物降解的大分子物质转化为易于生物降解的

小分子物质的反应过程。因此，我们也可以将水解酸化池作为好氧池。

在目前的污水处理安装调试阶段，水解酸化池的重要工作是污泥的培养。

活性污泥的培养一般采用间歇培养的方法，设置一条临时进水管，并根据需要

进行人工饲养和养分培养。进水使用先前污水处理厂的预培养污泥液，并根据

污水箱的容积负荷增加流入量。水解酸化池的污泥培养过程比较长，因此必须

保证污泥培养中的营养平衡C

水解和酸化过程的主要目的是将原始污水中的不溶性有机物转化为易于生

物降解的有机物，提高污水的生物降解性，并促进后续的好氧处理。考虑到后

续好氧处理的能耗，水解和酸化工艺主要用于低浓度难处理污水的预处理。

4.水解酸化工艺原理

废水厌氧生物处理是指在无氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的

作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程。

而在厌氧生化处理过程中，高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个

阶段：

4.1.水解阶段

高分子有机物相对分子量巨大，不能透过细胞膜，不能为细菌直接利用，

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因此它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。

例如：纤维素被纤维素水解酶水解为纤维素二糖与葡萄糖，淀粉被水解为

淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质酶水解为多肽与氨基酸等。这

些小分子的产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。

4.2.发酵（或酸化）阶段

在这一阶段，上述小分子的化合物在发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为

更为简单的化合物并分泌到细胞外。

这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、

氨、硫化氢等。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此未

酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。

4.3.乙酸阶段

在此阶段，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细

胞物质。

4.4.产甲烷阶段

这一阶段里，乙酸，氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳

和新的细胞物质。

利用前面的水解酸化阶段可以使废水中有机大分子物质被细胞外酶分解为

小分子，这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用，可

改善废水的可生化性。

5.水解酸化工艺优势

5.1.厌氧生物处理

厌氧生物处理是经大量微生物的协同作用共同完成的。

根据有机物所达到的分解程度的不同，厌氧处理可以分为两种类型：酸发

酵和甲烷发酵。前者是以有机酸为主要发酵产物，而后者则以甲烷为主要发酵

产物。

所谓酸发酵也称作水解酸化，是•种不彻底的有机物厌氧转化过程，其作

用在于使复杂的不溶性高分子有机物经过水解和产酸过程，转化为溶解性的简

单低分子有机物。

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5.2.有效去除能力

因为废水多为酸性，故废水处理时通常会用Na2c。3对废水进行调节，使

其从酸性变为碱性，从而增强缓冲能力。

另需注意的一点是，微生物的数量会随着pH值的变化而变化。所以，如

果将pH值始终保持为4.8,废水中有机物就会加快反应与扩散的速度，数量明

显减少，进而提升了技术的去污能力。

5.3.总磷的去除

用该技术处理废水中的总磷，是用微生物同化的方式，因此，磷的消除率

取决于产生的微生物数量。

而水解酸化技术史理废水的过程中，会根据这一特点，适当增加微生物的

数量，待这些微生物的数量与废水内微生物融合后，可高效率地与磷发生反应

以减少嶙的数量。

5.4.提高可生化性

该技术的最大功效即为提高生化性。它是指废水处理的过程中，根据废水

内各类物质的特点，用不同的方式优化废水的处理，并逐步提升可生化性。

这项工艺已经可以处理大分子的有机物，完成时间为3h,使处理更加高

效，尽量完全消除废水中的有机物。

5.5.较强的抗负荷冲击能力

实际处理废水的过程中，容积负荷可直接影响最终的处理效果。如果负荷

较小，会抑制微生物的生长，负荷过大，也会引起某一物质的含量过高，失去

对pH值的控制。

所以，合理控制容积负荷的大小，是提高废水处理效率的保证。数据证

明，当BOD5容积负荷在1.14~6.56kg/m3/d之间时，有较强的抗负荷冲击能

力。

6.水解酸化法的反应器类型

水解酸化反应器主要包括升流式水解反应器、复合式水解反应器及完全混

合式水解反应器。此外，水解反应器还可以包括采用其他厌氧反应器型式实现

水解酸化的反应器，如厌氧折流板反应器、厌氧接触反应器等。

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6.1.升流式水解反应器

升流式水解反应器的示意图见图1,水解酸化微生物与悬浮物形成污泥

层，污水通过布水装置自反应器底部均匀上升至顶部出水堰排出过程中，污泥

层可截留污水中悬浮物，并在水解酸化菌作用下降解有机物、提高污水可生化

性等。

出水

环保工程师

图1升流式水解反应器示意图

6.2.复合式水解反应器

复合式水解反应器（示意图见图2）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。反应器上部为填料层，下部

为污泥床，中间留出一定的空间以便悬浮状态的絮状污泥和颗粒污泥停留，增

加了反应器的生物量，延长了微生物与废水的接触时间。

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图2复合式水解反应器示意图

6.3.完全混合式水解反应器

完全混合式水解反应器（示意图见图3）内设置搅拌装置实现污水和污泥的

完全混合，其后设置沉淀池并回流污泥以保证反应器内有较高的污泥浓度。

水解酸化反应器沉淀池、—外圻

图3完全混合式水解反应器示意图

6.4.其他厌氧反应器

此类反应器主要利用已有厌氧反应器型式实现水解酸化，如厌氧折流板反

应器、厌氧接触反应器等。此类反应器设计可参考相应的厌氧反应器设计规

范，本规范中不再重复规定。

厌氧折流板反应器（ABR）（见图4）的结构特点是反应器中设置折板形成数

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个升流式水解反应器，废水在反应器内沿折流板流动，提高了微生物与废水的

混合接触作用。

进水

图4厌氧折流板反应器

厌氧接触反应器的特点是水解酸化微生物固定在反应器内特设的载体上形

成生物膜，微生物的世代期较长，耐冲击负荷能力较强，此类反应器的典型代

表为厌氧滤池。

7.水解酸化法的应用

7.1.前言

水解酸化法用于污水处理预处理，水解反应器可以替代初沉池，起到拦截

悬浮物、降解有机物、提高污水可生化性等作用。原水中悬浮物浓度较高或可

生化性差时，可将其作为预处理方式，以降低后续处理的负荷和难度，一般情

况下需连接后续处理系统。

水解酸化法一般用于原水中悬浮物浓度较高或可生化性差时，将其作为预

处理工艺降低后续处理的负荷和难度。若进水可生化性较好，且COD浓度大

于1500mg/L,水解酸化法反应器内易进入厌氧产甲烷阶段，影响工艺运行，

应选择其他厌氧反应器，据此规定水解反应器进水COD浓度宜小于

1500mg/Lo对可生化性较差的污水，COD浓度对水解反应器影响不大，利用

水解反应器可提高污水可生化性。

目前已知水解酸化法对城市污水、印染废水、制药废水、造纸废水、啤酒

废水、化工废水和合成洗涤剂废水等多类废水很有效，而且悬浮物去除率高，

去除的悬浮物可以在水解反应器中部分消化。水解反应器设计停留时间调查统

计表见表lo

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表1水解反应器设计停留时间统计表

序号废水类型设计停留时同(h)

最低最高平均值统计厂家数

1城市污水36.549

2制药废水5.52514.921

3印染废水6.5108.813

4焦化废水1016137

5造纸废水4.597.56

6橡胶废水812.911.65

7化工废水814.511.0510

8食品加工废水81612.3817

9啤酒废水47.86.58

10屠宰废水7.51210.355

11含硫废水6129.255

12医院废水1.532.252

合计108

7.2.城市污水处理

迄今为止，水解一一好氧生物处理工艺己应用于几十座城市污水处理厂，

累计投资几十亿元，形成了上百万吨/天的处理能力。十多年来的工程实践表

明，水解一一好氧生物处理工艺是我国独立开发的具有投资省、运行费用低和

处理能耗低等特点的城市污水处理工艺，为当前城市污水处理厂的建设提供了

一条新的、切实可行的技术途径。

江苏某城市污水史理厂，口进水io万吨/天，由于进水中含有大量工业废

水，污水COD高于止常城市污水，口」生化性低于0.4。该厂采用水解一一好氧

生物处理工艺，水解反应器水力停留时间为2.5〜3h,常温下运行，基本不产

生沼气，流程简单，造价低，管理方便。因水解酸化法集生物降解、物理沉降

和吸附为一体，污水中的颗粒和胶体污染物被截留和吸附，并生物降解。水解

反应器BOD5去除率为20〜35%,CODCr去除率为30〜45%,SS的去除率为

70〜85%,同时水解反应器改善了污水的可生化性，有利于后续的好氧处理。

7.3.印染废水处理

目前已知水解酸化法对印染废水、啤酒废水、制药废水、造纸废水、亿工

废水和合成洗涤剂废水等各种工艺废水很有效。

印染废水具有有机物含量高、成分复杂、色度深、pH值高、水质变化大

等特点，是国内外公认的难处理工业废水之一。近年来，由于新型纺织纤维的

开发，聚乙烯醇(PVA)浆料、人造丝碱物、新型助剂等难降解有机物大量进入

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印染废水，使废水的可生化性变差，传统的生物处理工艺受到严重的挑战。某

印染废水的BODs/COD为0.15〜0.3,可生化性一般，并且水中的有机物对微生

物有一定的抑制作用。采用水解酸化一一好氧的处理工艺，水解反应器采用厌

氧折流板反应器，水力停留时间为8〜10h,使污水BOD/COD升至0.3〜0.45,

为后续好氧生化处理仓J造了条件，并去除了大部分的色度。印染废水经该工艺

处理后，其COD、BOD5、色度、SS的去除率分别达到93%、94.6%、97%和

89.2%,所有指标均达到国家排放标准。

7.4.造纸废水处理

造纸制浆废水排放量大，成分复杂，污染严重，BODs/COD比值小，属于

难生物降解废水。某造纸废水进水CODCr、BOD5、SS浓度分别为

4120mg/L、1630mg/L、2080mg/L,采用水解——好氧工艺处理，水解反应

器水力停留时间为5.8h,采用升流式水解反应器的型式，水解反应相中挂有弹

性填料，处理后出水CODCr、BOD5、SS浓度分别达到354mg/L、92.5mg/L、

95.6mg/L,去除效率分别达到91.4%、94.3%、95.4%,优于《造纸工业水污

染物排放标准》(GB4355——2001)o

7.5.制药废水处理

某制药生产废水主要为妥布霉素、洛伐他丁、盐霉素钠盐生产过程中排放

的生产废水，该废水污染物浓度高、成分复杂、色度高、毒性大，含有表面活

性剂、残余抗生素、硫酸根、溶媒等多种抑制物质，水质水量波动大，属于有

一定处理难度的抗生素废水。进水CODcr、BOD5、SS浓度分别为

4000〜11000mg/L、1300〜6500mg/L、100〜500mg/L。水解反应器对COD的

去除率为18%〜25%,经过水解酸化后B0D5/C0D由原来的0.152〜0.218提高

至0.436〜0496,该废水的可生化性大大提高，为后续好氧工艺稳定运行创造

了条件。

7.6.啤酒废水处理

某啤酒厂废水处理工程中采用了水解一一生物接触氧化工艺，进水

CODcr>BOD5、SS浓度分别为1090〜4410mg/L、734〜1810mg/L、

400〜796mg/L,经过半年多的运行，处理效果稳定。水解反应器采用升流式

水解反应器，水力停留时间为6h,而传统生物氧化法处理啤酒废水HRT一般

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大于lOh,有的甚至大于17h,本工艺有明显的节能效果；其次，啤酒废水经

水解酸化处理后，值从原来的提高到和

BODs/CODCr0.510.72,CODCrB0D5

的去除率分别为39.2%和14.2%。水解酸化达到较好预处理效果，废水的可生

化性增加，这样可充分发挥后续好氧生物处理的作用，缩短整个工艺的水力停

留时间，提高生物处理效率。

7.7.焦化废水处理

焦化废水中含有大量难生物降解的蔡、此呢、瞳咻、口引口朵、联苯等杂环及

多环芳烧类有机物，是一种可生化性差的废水。某焦化废水COD为

1327mg/L,BODs/CODCr为0.2,水解反应器停留时间为4h,处理后

升至。经水解酸化反应后废水中难降解有机污染物转化为易

BOD5/CODCr0.32

生物降解物质，其生物氧化率由原来的31.2%提高至51.2%。而对联苯和唯啜

而言，不仅可生化性得到改善，而且其对生物的抑制作用也基本消除。

7.8.纺织废水处理

在涤纶纤维生产过程中，为了改善纤维性质，提高纤维可织性，需要使用

纺丝油剂处理纤纶。纺丝油剂主要由一些抗静电剂、柔软剂、渗透剂、涧滑剂

及一些乳化剂等高分子化合物组成，而乳化剂又含有一些阴离子表面活性剂或

非离子表面活性剂，如烷基磷酸酯钾盐、脂肪酸聚乙二醇脂、烷基酸硫酸钠等

等。这些油齐」废水在左右，而为

ICOD2000mg/LBOD5350mg/L,BOD5/COD

为0.18。采用各种物化处理费用高，生化好氧处理有大量泡沫产生。选用水解

一一好氧工艺，其中水解反应器停留时间为10h，投加软性纤维填料，好氧处

理单元采用接触氧化法，停留时间为7〜8h。经过水解酸化反应后废水

BODs/COD从0.18上升至0.20,并且COD、BOD值都有所增加，这说明一些

难降解的物质经水解酸化反应后变成易于生物降解的物质。经过水解酸化，好

氧处理后BOD、去除率可达到89%,COD去除率可达到89%,这使得一般油剂

浓度超过1000mg/L就不能生化处理的废水，在浓度高达2000mg/L时也可以

进行稳定的生化处理。

7.9.精细化工废水处理

精细化工业废水中的污染物多为成份复杂、有毒有害和难降解的有机物

质,治理成本高且难度大.其难点即在干如何有效夫除废水中的有毒污染物.

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从而使废水无毒、废水处理简单化。

因此，可以采用混凝•水解酸化•二级接触氧化处理工艺，应用后，有机废

水的出水水质符合国家《污水综合排放标准》三级标准，即CODw500mg/L,

B0D<300mg/Lo

水解酸化不但可以提高废水的可生化性，而且还对水质变化起缓冲作用。

8.水解酸化的影响因素

8.1.基质的种类和颗粒粒径

基质不同，其水解难易亦不同。基质的种类对水解酸化过程的速率有重要

影响。如脂肪、蛋白质、多糖在其他条件相同的条件下，水解速率逐渐增大；

对同类型有机物来说，分子量大的要比分子量小的更难水解；从分子结构来

说，水解难易程度为直链结构'支链结构>环状结构，且单环化合物易于杂环化

合物。污染物的颗粒的大小对水解速率的影响也很大。颗粒粒径越大，单位重

量的比表面积就小，越难于水解。因此，对于颗粒大有机污染物浓度较高的废

水或污泥，先破碎后再进入水解池，加速水解（酸化）速率。

8.2.容积负荷

容积负荷是水解过程的重要工艺参数之一，它反映了进水浓度与停留时间

对厌氧过程的综合影响。对于水解反应器，容积负荷设计取值较低，提高水力

停留时间，使污染物质与水解微生物接触时间加氏，溶解出COD浓度变高，

水解也越完全。对于对于城市污水，水解反应可在很短时间内完成，容积负荷

可取相对较高值；而对于工业废水比例较大的的污水，容积负荷需根据废水性

质进行设计。

8.3.配水系统

水解池良好运行的重要条件之一是保障污泥和废水之间的充分接触，因此

系统底部的布水系统应该尽可能地均匀。水解反应器的配水系统是一个关键的

设计系统，为了使反应器底部进水均匀，有必要采用将进水均匀分配到多个进

水点的分配装置。

8.4.上升流速

为确保水解反应器中泥水的充分接触及出水水质，水解池的上升流速应控

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制在一定的范围内。当上升流速偏低时，大量的较密实的活性污泥沉积在水解

池的底部，在污水上升的过程中，泥水不能充分接触反应，从而导致了去除效

果较差。当上升流速偏高时，会造成水解池的活性污泥大量流失。出水带泥，

一方面对后续好氧生化处理的微生物造成毒性，另一方面无法保证水解池的去

除效果。

9.水解酸化法存在的问题

1）水解酸化法开发应用时间较短，由于水解酸化法设计参考资料较少，造

成工程设计中出现失误较多，难以发挥水解酸化法工艺效果，影响工艺推广。

2）水解酸化法有别于传统厌氧工艺，需考虑其特有的布水、排泥等问题，

不能简单套用，在建设中需要根据工艺要求合理建设。

3）水解酸化法是厌氧降解的前两个阶段，需要合理设计和运行调试，否则

容易进入产甲烷阶段，难以实现水解酸化功能。

4）水解酸化法己用于多种行业废水处理，在各种工程应用中都存在其特定

的工艺设计参数，目