水解酸化工艺在污水处理中扮演着重要角色，以下是关于其原理、特点、作用、设计计算以及评价指标的详细阐述：
一、原理
水解酸化工艺的原理基于厌氧微生物在无氧条件下对有机物进行分解的过程。该过程分为水解和酸化两个阶段：
1.水解阶段：在此阶段，不溶性有机物（如大分子聚合物）被微生物胞外酶分解为小分子单体或二聚体，这些小分子物质能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。例如，纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质酶水解为短肽与氨基酸等。
2.酸化阶段：溶解性有机物在酸化细菌的作用下进一步转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，同时合成新的细胞物质。这一阶段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。
二、特点
1.有机物去除率高：水解酸化工艺是一种高效且环保的污水处理技术，其独特优势之一就是能够显著且有效地去除污水中的有机物。该工艺通过一系列复杂的生物化学反应过程，尤其是针对高浓度、难以降解的有机污染物，具有极高的去除效率。在实际应用中，水解酸化反应器能够促进这些难降解有机物的分解转化，将其转化为更易被微生物利用的小分子有机物，并通过厌氧消化作用将其稳定去除，从而大幅降低污水中的BOD、COD等指标，有效减轻对环境的压力。
2.处理水量大：水解酸化工艺的设计灵活性和可扩展性使其能够适应不同规模的处理需求，无论是小型家庭污水处理还是大型工业废水处理，该工艺都能够实现稳定高效的污水处理。通过调整反应器的大小和数量组合，可以轻松满足从每日几吨到数万吨的不同处理水量要求，显示出强大的处理潜能。
3.耐冲击负荷：该工艺对水质波动和冲击具有较强的缓冲能力。当污水中的有机物浓度突然升高或者有毒有害物质短期大量涌入时，水解酸化反应器内的微生物群落能够通过自身的生理调节机制来应对这些变化，维持相对稳定的处理效果。此外，由于该工艺主要依赖于厌氧微生物进行代谢活动，这些微生物通常具有较强的适应性和抗逆性，能够在一定程度上抵挡恶劣环境的影响。
4.运行费用低：相较于其他常见的污水处理技术，水解酸化工艺在运行费用上表现出显著的优势。其单位处理成本相对较低廉，这主要得益于其简洁的工艺流程、高效的生物反应过程以及较低的能耗和维护成本。此外，该工艺能够同时对污水和污泥进行协同处理，避免了传统工艺中可能存在的污泥处置难题，进一步降低了整体的处理成本。
三、作用
1.提升废水可生化性：水解酸化工艺在废水处理领域扮演着关键角色，该过程通过微生物的初步分解作用，将废水中的大分子有机化合物转化为小分子有机物。这些小分子有机物不仅增加了废水中可生物降解物质的比例，还提高了废水的生物化学需氧量（BOD）与化学需氧量（COD）的比值，从而显著增强了废水的好氧生物降解性能，为后续的生化处理单元创造了更为有利的水质条件。
2.优化后续处理流程：水解酸化处理后的废水，其难降解的有机污染物被有效破解，转化为易于被微生物利用和降解的小分子化合物。这一转变不仅降低了废水的毒性，还提高了废水处理的效率。它为接下来的好氧生物处理、厌氧消化等工艺提供了良好的基质基础，使得这些后续处理步骤能够更高效地进行，并达到更好的处理效果。
3.改善污泥处理问题：在水解酸化过程中，由于微生物的絮凝和沉淀作用，产生的污泥具有良好的沉降性能，这意味着在处理过程中可以减少污泥的排放量。此外，由于污泥中有机物含量相对较高，通过适当的后续处理，如脱水、干燥和再利用等步骤，可以进一步降低污泥的处理成本，实现废水的资源化利用，同时减轻了对环境的负担。
四、设计计算
水解酸化工艺的设计计算在污水处理领域具有核心地位，该工艺主要涉及有效池容、池截面面积以及布水系统的精心设计。这一过程旨在优化污水处理效果，确保污水在特定条件下高效完成水解酸化反应，以满足严格的排放标准或回用水质要求。
1.有效池容设计：有效池容是水解酸化反应器设计的基础，它取决于污水在池内所需的水力停留时间（HRT）。HRT的确定是一个综合考量过程，涉及污水中有机物的种类和结构复杂性、水解反应的速度和效率、进水有机物浓度以及当地平均气温等关键因素。例如，在温暖气候下，生物反应速度较快，HRT可以适度缩短；相反，在寒冷地区，为保持反应器内微生物的活性，可能需要适当延长HRT。
2.池截面面积计算：池截面面积的设计重点在于保证污水在池内的上升流速处于一个合理的区间。上升流速既不能过低导致污泥沉积、影响反应效率，也不能过高造成活性污泥流失、增加处理成本。理想的上升流速应根据活性污泥浓度、污泥沉降性能以及废水特性等因素综合确定。此外，为了维持反应器的高效运行，还需确保足够的污泥浓度，同时优化废水与活性污泥的混合过程，以实现快速且充分的反应。
3.布水系统设计：布水系统的合理布局和高效运行对于水解酸化反应器至关重要。为确保污水与活性污泥充分接触并均匀混合，水解酸化池底部通常采用多槽布水区设计，以减少死角和短路现象。这种设计方式能够改善废水与生物膜或活性污泥之间的接触条件，提高整体处理效率。同时，反应器底部的进水布水系统应优化设计，力求实现均匀布水，减少局部浓度过高或过低的风险，从而保证整个反应器内的处理效果一致性和稳定性。
五、评价指标
水解酸化工艺作为一种重要的废水处理技术，其评价指标主要包括以下几个方面：
1.酸化度：这是衡量水解酸化反应进程的一个关键指标，主要反映了在这一过程中有机物被转化为酸性物质的程度。通过监测和调控酸化度，可以有效地评估和调整水解酸化反应的效率和强度，从而确保处理效果达到预期目标。
2.pH值：在水解酸化工艺中，pH值是反应过程的重要参数之一，它直接影响着微生物的活性和废水的处理效果。一般来说，水解酸化池中的pH值应控制在6.5至8.5的范围内，以确保最佳的微生物活性。而最佳pH值通常被认为是在7.5左右，这样有利于提高处理效率和水质净化效果。
3.B/C值（生化需氧量与化学需氧量的比值）：这个参数在废水处理领域具有重要意义，特别是在评价废水可生化性方面。B/C值越高，说明废水中的可生物降解有机物比例越大，废水的可生化性越好。这对于选择合适的处理工艺和技术具有指导作用，同时也能够帮助评估水解酸化工艺对废水中可降解有机物的去除效果。
4.COD去除率：衡量有机物去除效果的重要指标，即化学需氧量（COD）的去除率。然而，需要注意的是，在某些特定的情况下，COD去除率可能不是最可靠的指标。这是因为在水解酸化过程中，部分有机物可能会被微生物用作合成新的细胞物质，而不是简单地被分解为无机物质。这种情况下，虽然COD总量没有明显降低，但废水的可生化性和毒性可能得到了显著改善，单纯依赖COD去除率可能无法全面反映水解酸化工艺的实际处理效果。
六、水解酸化工艺的应用案例
在山东某地区，有两个化工废水处理项目采用了水解酸化工艺。其中，一个项目的日处理量为180吨，主要处理酯化废水、废气处理废水等。由于酯化废水中的醇类、有机酸等大分子污染物难以降解，项目采用了“水解酸化法（HUSB）+升流式厌氧污泥床（UASB）”的组合工艺。HUSB通过微生物的水解和酸化作用，将大分子污染物转化为小分子，提高了废水的可生化性。而UASB则利用厌氧微生物的代谢作用，进一步去除有机物并产生沼气。这一组合工艺不仅提高了处理效率，还降低了后续好氧处理的负荷。
另一个项目的日处理量为80吨，主要处理NMP废水。由于NMP废水具有高COD和高氨氮的特性，处理难度较大。项目采用了以生化处理工艺为主导的综合处理方式，包括芬顿氧化法预处理、水解酸化、UASB厌氧生物处理以及两级A/O工艺。通过这些处理步骤，成功去除了废水中的有机物和氨氮，达到了排放标准。
综上所述，水解酸化工艺在污水处理中具有显著的优势和广阔的应用前景。通过合理的设计计算和科学的评价指标，可以确保该工艺在处理污水方面的高效性和稳定性。
