水解—好氧生化處理是處理有機污水的新技術，并已有十多年較為成熟的工程實踐經驗。本文從水解機理，水解工藝的特點，水解工藝的設計要點，水解工藝性能指標，以及水解工藝適用范圍內容，對水解工藝作一簡介。

從化學角度來說，水解反應是一種常見的普遍存在的化學反應過程，可以說，絕大多數化合物，在一定條件下，與水接觸后，都會發(fā)生反應。我們討論水解反應，就是討論化合物與水的反應，也就是討論化合物分子中電子分布及其電荷與水發(fā)生的反應。絕大多數有機化合物的反應是共價鍵的形成和斷裂過程。水解反應可致共價鍵發(fā)生變化和斷裂，即使化合物在分子結構，形態(tài)上發(fā)生變化。研究水解反應，就是研究化合物的水解經路、反應產物，以及影響水解程度和速率的諸因素。

污水處理工藝中的生物化學（生化）處理法，是處理有機污水的主要方法。水解工藝是其中的一種新開發(fā)出來的工藝過程。因此，我們這里所說的水解工藝，是有別于化學反應的生物化學反應。

化學水解的速率，在很大程度上受化合物自身的分子結構、水的PH值（即酸、堿度）和溫度影響。在這里，酸和堿是化學反應的催化劑。而生物化學領域中的水解，則是依靠生物酶起催化作用、加速水解反應。酶的催化反應效率要比相應無酶反應高106—1013倍，這是生物酶的特殊作用。

概括說，我們這里討論的指復雜的有機物分子，在水解酶參與下加以水分子分解為簡單化合物的反應。反應是在缺氧條件下進行的。

要區(qū)別水解工藝與厭氧工藝的概念，必須先了解厭氧工藝的反應經路。

通常，我們把厭氧反應分為四個階段：第一階段水解；第二階段酸化；第三階段酸性衰退；第四階段甲烷化。

在水解階段，固體物質溶解為溶解性物質，大分子物質降解為小分子物質，難生物降解物質轉化為易生物降解物質。在酸化階段，有機物降解為各種有機酸。水解和產酸進行得較快，難以把它們分開。起作用的主要微生物是水解菌和產酸菌。

我們所說的水解工藝，就是利用厭氧工藝的前兩段，即把反應控制在第二階段，不進入第三階段。為區(qū)別厭氧工藝，定名為水解（Hydrolization）工藝。水解反應器中實際上完成水解和酸化兩個過程。但為了簡化稱呼，簡稱為“水解”。

水解工藝系統(tǒng)中的微生物主要是兼性微生物，它們在自然界中的數量較多，繁殖速度較快。而厭氧工藝系統(tǒng)中的產甲烷菌則是嚴格的專性厭氧菌，它們對于環(huán)境的變化，如PH值、堿度、重金屬離子、洗滌劑、氨、硫化物和溫度等的變化，比水解菌和產酸菌要敏感得多，并且生長緩慢（世代期長）。

最重要的是水解工藝和厭氧工藝中的兩類不同菌種的生態(tài)條件差異很大。水解工藝是在缺氧條件下反應，而厭氧工藝則是在厭氧條件下反應。這里說的“缺氧”（anoxic）有別于“厭氧”，所謂厭氧（annaerobic）作用是指絕對的無氧（溶解氧DO＝0），而缺氧（anoxic）作用是指無氧或微氧（DO＜0.3-0.5mg/l) 。

正因為水解工藝是在缺氧條件下完成，因而在工程實施中，可將工藝后續(xù)好氧工藝串連組合在一個反應器中完成，實現水解－好氧工藝。為區(qū)別厭氧－好氧工藝，把水解（H）－好氧（O）工藝，暫定名為H／O法。

（1）糖類（碳水化合物）物質的水解。糖類物質由碳、氫、氧三種元素構成，是多羥醛或羥酮及其縮合物的某些衍生物的總稱。可分為單糖、低聚糖和多糖。

單糖是不能水解的，是最簡單的碳水化合物，如葡萄糖、果糖。

低聚糖中，由兩個分子單糖結合而成的稱二糖，三個分子單糖結合的稱三糖。庶糖、麥芽糖和乳糖屬二糖；棉子糖屬三糖。低聚糖通過水解，生成單糖。

多糖是由多個單糖或其衍生物所組成的碳水化合物。淀粉、纖維素、瓊膠、果膠等屬多糖物質。多糖通過水解，生成原來的單糖，或其衍生物。

在有機污水中，一般以水解形式存在的物質為較多，例如淀粉。水解淀粉的酶，大致可分為四類，即a一淀粉酶，b一淀粉酶，淀粉1－6糊精酶和葡萄糖淀粉酶。淀粉在上述水解酶作用下的水解經路為：

     淀粉 → 糊精 → 麥芽糖 → 葡萄糖

當多糖類物質水解成葡萄糖后不能再水解了。如果反應條件仍處于缺氧條件，則葡萄糖會通過糖的酵解過程分解成2個丙酮酸（即1×C6→2C3）。至此，多糖類的水解（酸化）過程全部完成。進一步的徹底降解，只能在有氧條件下才能完成即在有氧條件下丙酸酮進入三羧酸循環(huán)，達到完全的氧化：

        2CH3COCOOH ＋ 4H＋6O2 → 6CO2 + 6H2O。

  （2）蛋白質的水解。蛋白質是由多種氨基酸分子組成的復雜有機物。它由C、H、O、N等主要元素組成，有的還含有Fe、I、P、S等元素。蛋白質與糖類、脂肪類物質分子的主要不同點在于它的組分含有N素。在蛋白質中，氮的含量平均約為16％。

蛋白質不能直接被微生物利用，在進入細胞組織之前，需經蛋白質水解酶的作用，使其水解成氨基酸。其水解經路為：蛋白質 →多肽 →二肽 → 氨基酸。至此。蛋白質的水解過程完成。實際上蛋白質水解到二肽階段就可作為底物，被微生物細胞所利用。

（3）脂肪（類脂肪）物質的水解。脂肪是不含氮的有機化合物，由C、H、O等元素組成。

脂肪的降解也是首先在細胞外，通過脂肪水解酶發(fā)生水解，生成甘油和相應的脂肪酸。甘油的進一步降解類似于糖解過程的一部分，轉化為丙酮酸。至此，水解反應完成。水解產物脂肪酸丙酮酸的進一步降解，則需在有氧下進入三羧酸循環(huán)，達到完全的氧化。

（4）芳香族化合物的水解。盡管苯環(huán)的化學結構相當穩(wěn)定，但大部分苯環(huán)物質可在微生物的作用下被降解。

降解經路大致可分為3種形式。

a）生態(tài)變化。芳香族化合物從一種化合物形態(tài)轉化為另一種形態(tài)。例如芳香族硝基化合物（硝基苯）還原成苯胺。這一特性可利用到污水處理工程中。眾所周知。苯胺是可以在好氧下，予以徹底降解，而且降解速率較快，但硝基苯則不然，它不能在好氧條件下降解?？墒窍趸皆谌毖鯒l件下在兼性微生物的作用下，可轉變形態(tài)，成為苯胺，然后通過好氧生物作用，達到徹底降解。

b）苯環(huán)斷裂。在缺氧條件下，由于兼性微生物的作用，某些苯環(huán)化合物可以出現苯環(huán)裂解。苯環(huán)的裂解。包括兩個基本步驟：首先生成兩個鄰位羥基化合物，再發(fā)生苯環(huán)的斷裂，分裂為有機酸。當有機物降解為有機酸后，再通過好氧條件下的三羧酸循環(huán)予以徹底降解。

c）長鏈分子斷裂。在染料工業(yè)中，偶氮系列染料占有60％的比重。偶氮基系染料中的發(fā)色基團。一旦偶氮基團被降解，則染料原有的色澤將消失。在兼性微生物作用下的水解過程，會發(fā)生染料分子的裂解，使偶氮鍵斷裂，并形成新的碎片分子。因而，雖然偶氮化合物的可生化性較差，但通過水解裂解，生成的苯胺類化合物，可生化性就變得十分好，它的BOD5／CODcr比值明顯上升。甲基橙染料，系偶氮類化合物，它的可生化性較差，屬難生化物質，BOD5／CODcr比值僅為0.03－0.025，但水解反應后，形成的苯胺結構碎片分子，其BOD5／CODcr比值，上升至0.41－0.59。

（1）污水經水解處理后，BOD5／CODcr比值，有明顯升高。例如制藥廠土霉素生產廢水，進水BOD5／CODcr的比值0.34，經水解后，比值上升為0.43，可生化性得到了提高。

（2）對厭氧處理而言，水解反應的水力停留時間較短。對工業(yè)污水中的有機污染物來說，根據其分子結構、分子量大小,水解反應一般在4－18小時完成。

（3）用膜法水解工藝，由于生物量大、容積負荷高，能適應進水CODcr負荷變化。一般說，進水CODcr濃度升高3－4倍，而出水CODcr的去除率，非旦不下降，反而升高，即進水濃度越高，CODcr去除率高。水解工藝有很大的耐沖擊負荷能力。

（4）水解工藝運行穩(wěn)定，受外氣溫變化影響小。一般說水溫在3－40℃ 之間，因為水解菌種由中溫和低溫菌種協(xié)同作用。

（5）水解池不產生如厭氧反應那樣的臭味，水解池可設計成敞口式的。敞口的水解池，池子越深，效率越高，在地基地耐力許可的條件下，池深可達8.5－9m，可節(jié)省用地，適于用地緊張的城市內的污水站。特別是對化工企業(yè)，在消防距離不能滿足要求的情況下，水解工藝比厭氧工藝有其實際應用價值。

（6）水解菌種不同于專性厭氧菌種甲烷菌，它是一種兼性菌種，在自然界中存在的量較多，而且存在的面亦較廣，在工程實施時，容易培菌。一旦污水中有機污染物（底物）發(fā)生變化，處理裝置也能很快適應。這完全不同于厭氧處理中的甲烷菌。對甲烷菌而言，由于它是單一性菌種，只要底物發(fā)生變化，甲烷菌就在衰亡。從市場經濟的規(guī)律來說，企業(yè)的產品結構必然受市場需要所支配，生產的產品很有可能不斷更新轉換，污水中的有機污染物成分亦會相應發(fā)生變化。水解菌種的易殖性及其強適應性，使水解工藝較厭氧工藝有其突出的優(yōu)點，即能適應企業(yè)產品結構的變化。

（7）水解工藝具有另一個比較突出的優(yōu)點是，隨運行時間的推移，CODcr的去除率呈明顯的增長趨勢。

（8）多段H／O工藝，可實現生物脫氮，工程實踐表明，氨氮可由原水299mg/l降至5mg/l以下。

（9）一般說，各污水站都設調節(jié)池。工程實施時，可利用調節(jié)池，內加分格及纖維填料，作膜法水解池用，實現一池多用，可節(jié)省基建投資。由于水解池本身有較高的CODcr去除率，因而可作為去除CODcr的一級構筑物。對已建有機污水站來說，若將調節(jié)池改造為水解池，可使整個污水站的CODcr總去除率提高30％左右。

（1）控制進水PH值。水解工藝的兼性菌種對PH值的適應范圍很寬（PH值5.5－10之間）。但最佳值，應與后續(xù)處理條件一并考慮。

（2）控制溶解濃度，一般來說，DO值應控制在＜0.3－0.5mg/l。

（3）池形設計要造成良好的水力工況。應控制池深、池長、池寬的比例。池內分格，造成上下推流、水平推流、減少“死區(qū)。水解池是否加蓋，可視進水溫度，水力停留時間及地區(qū)冬季室外溫度等諸因素而定。

（4）根據不同有機污染物的分子結構、分子量，設計前最好先小試，確定有機污染物的水解速率（水力停留時間），工程實施時，作適當放大。

（5）控制C、N、P比例。例如上海冠生園食品總廠污水缺N素，而臨安化工廠（生產染料）污水中富C素和N素。有條件的話，將生活污水引入處理系統(tǒng)，對平衡的環(huán)狀分子結構可連續(xù)串聯(lián)水解—好氧2至3次（即兩段H/O法或三段落H/O法）。此時，應控制水解和好氧反應水力停留時間的最佳比例。

水解池的CODcr去除率為30－50％（某些工程可達60－80％）；

固體懸浮物的水解率為60－65％；

水解－好氧工藝與全好氧工藝相比，能耗可節(jié)省40％左右。

占地面積比厭氧工藝或純好氧工藝節(jié)省20-30%。

水解－好氧工藝（H／O工藝）的CODcr總去除率可達到96－98％。

（1）目前已在下列工業(yè)廢水處理站應用了水解工藝：食品生產廠廢水，啤酒廢水，涂裝廢水、含油廢水、生物制藥廢水、石油化工廢水、制革廢水、特種化工廢水、化工染料廢水、發(fā)酵、釀造工業(yè)廢水、醫(yī)院含菌廢水、機械加工廢水及類似的生活污水。

（2）可適用的工業(yè)生產污水及類似的生活污水，

采用H/O工藝目前已能處理COD進水濃度200—10000mg/l的廢水。

水解酸化池采用活性污泥法，在水解裝置中，發(fā)酵細菌將廢水中復雜有機物（包括多糖、脂肪、蛋白質等）水解為有機酸、醇類。在酸化階段產氫、產乙酸細菌將發(fā)酵產物有機酸和醇類代謝為乙酸和氫，使大分子物質降解為小分子物質，使難生化的固體物降解為易生化的可溶性物質，提高了廢水的可生化性。經水解酸化池處理后的廢水進入生物接觸氧化池，向廢水中輸送空氣進行曝氣，曝氣裝置采用D=215的膜片式微孔曝氣器。水中碳水化合物為好氧微生物提供了豐富的營養(yǎng)，加快了好氧微生物的新陳代謝，在其作用下水中有機物得以有效降解。

A/O工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯(lián)在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段異養(yǎng)菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸，使大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性的有機物轉化成可溶性有機物，當這些經缺氧水解的產物進入好氧池進行好氧處理時，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，異養(yǎng)菌將蛋白質、脂肪等污染物進行氨化（有機鏈上的N或氨基酸中的氨基）游離出氨（NH3、NH4+），在充足供氧條件下，自養(yǎng)菌的硝化作用將NH3-N（NH4+）氧化為NO3-，通過回流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態(tài)氮（N2）完成C、N、O在生態(tài)中的循環(huán)，實現污水無害化處理。