【摘 要】随着经济的快速发展和生活水平的逐渐提高，废水排放量也随之增多，造成的环境污染日趋严重。废水水解酸化-生物处理技术由于其诸多优点而被广泛应用。本文综述了包括水解酸化与活性污泥法、生物膜法、生物接触氧法等废水生物处理技术的原理、应用，介绍废水酸化-生物处理法的前沿动态、应用进展及发展趋势。

【关键词】水解酸化；生物处理；研究进展；发展趋势

引言

随着工业的发展，特别是随着石油、化工、塑料及纤维等工业的发展，造成的水污染相当严重，污水成分已愈来愈复杂，大量结构复杂、难降解的有机物质和有毒物质进入废水和城市污水中，很难在短时间内被常规生物处理系统中的微生物分解氧化[1]。为了解决高浓度、高毒性、难降解有机废水的处理问题，国内外学者们通过水解酸化并投加具有特定功能的微生物、营养物或基质类似物。目前。常见的污水的生物处理技术可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。厌氧处理系统虽然具有剩余污泥少，成本低，能产生可利用的甲烷气等优点，但是其处理过程不稳定，不易控制，反应器初次启动缓慢，特别是出水COD浓度高，较难达到排放标准，故在厌氧生物处理系统后一般还需串联好氧处理系统，运用这种串联系统虽然使出水水质得到了改善，但由于厌氧段采用甲烷化，对操作和运行条件要求严格，原水中大量易于降解的物质（如有机酸等）在厌氧处理系统中被甲烷化，剩余的主要是难降解或厌氧消化的剩余产物，因此，后续的好氧处理尽管负荷较低，但是处理效率也很低。直到80年代后出现了水解（酸化）好氧生物处理工艺，即从污水中获取养分，同时降解和利用有害物质，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物起到降解作用，从而达到提高废水处理效果[2]。该方法与生物技术处理相结合，加上生物处理法具有消耗少、运转费用低、工艺简单、操作管理方便和无二次污染等显著优点，这种所谓新兴治理方式得到了越来越多人的重视，并在全世界范围内得到了积极发展和应用，也取得了良好的经济和社会效益[3]。

1.水解酸化-生物处理技术的机理

1.1水解酸化机理

废水厌氧生物处理技术是指在分子氧不存在的条件下，通过厌氧微生物包括兼性厌氧微生物的作用，将废水中各种复杂的有机物质分解成甲烷和二氧化碳等物质的过程。厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物分解为简单的、稳定的化合物，并释放能量。其中，大部分能量以甲烷的形式被释放，而只有少量的有机物质转化为一个新的细胞成分。

大分子有机物的厌氧降解过程可以分为四个阶段，即水解阶段、发酵（或酸化）阶段、产氢产乙酸阶段与产甲烷阶段。水解阶段是将非溶解性的复杂的聚合物转化为溶解性的简单的单体或二聚体的过程。发酵阶段则是将溶解性有机物转化为以挥性为主的末端产物的降解过程，在发酵阶段，有机物化合物同时作为电子和电子供体，因此这一降解过程也称为酸化。在产氢产乙酸阶段中，发酵阶段的产物在产氢产乙酸菌的作用下被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。在最后的产甲烷阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。

水解酸化处理是指将厌氧过程控制在厌氧生物处理的第一和第二阶段，即水解阶段与发酵阶段，在水解酸化处理阶段，兼性的水解产酸菌可以利用H2O电离的H+和OH-将复杂的有机物分子中的C-C打开，一端加入H+一端加入OH-，可以将长链水解为短链、支链水解为直链，环状结构水解为成直链或支链，从而把复杂的有机物转化为简单的无机物，提高污水的可生化性。

水解酸化的反应式一般可以写作以下形式：

R-X+H2O—>R-OH+X-+H+

其中，R表示大分子有机物的主体碳链，X表示分子中的极性基团。水解酸化工艺的优点除了将大分子有机物分解为小分子，减少后续工艺的运行时间外，还可以大幅度去除废水中的悬浮物和有机物，能够较好的抗冲击负荷，保证后续工艺的进水稳定性，并且产泥量小，易处理。水解酸化工艺的不足之处为，单独运行无法达到出水水质的要求，一般要与其他工艺联用。

1.2活性污泥法机理

活性污泥净化废水，主要依靠悬浮于水中的多孔性胶体絮状污泥。它是多种细菌组成的，至少有50多种。活性污泥中还含有多种原生动物，在曝气槽中装有各式曝气设备，进行强制通风，不断的提供氧气。净化作用分两部分：首先是活性污泥的表面吸附作用。包括物理吸附、电吸附和化学吸附作用，能吸附细小悬浮物、有机胶体和溶解性有机物。其次是生物氧化作用，被吸附的物质在细菌体内氧化分解，排出二氧化碳、水和氨，并繁殖细菌本体，使污泥恢复吸附能。曝气槽中，还繁殖有多种原生动物，它们不但食掉有机物，还以细菌为食料，以抑制过多污泥产生。活性污泥一般的流程是这样的：首先，废水流经一级处理系统除去硬渣、砂石和部分纤维等悬浮物。而后进入活性污泥曝气池，同时空气不断地通入池中，以维持废水中的溶解氧在l.0mg/L左右，并控制污泥浓度在6000-3000mg/L[4]。此时溶解性有机物被大量降解。最后，夹杂着活性污泥的废水进入沉淀池进行固液分离，上清液排出系统流入排放水体，沉淀的污泥一部分回流入曝气池，另一部分进入污泥处理系统。活性污泥法一般BOD负荷可达3-5kgBOD/（m3·d），其BOD去除率为60-70%，COD去除率仅为40%。

1.3生物膜法机理

膜生物反应器是将膜分离技术和生物技术有机地结合在一起，以膜技术的高效分离作用取代传统活性污泥法中的二沉池，实现传统工艺所无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果，消除了污泥膨胀的影响，并可大幅度提高曝气池中活性污泥的浓度，省却了污泥回流系统，反应器在高容积负荷和低污泥负荷、长泥龄运行下，大大减少了剩余污泥量，并通过膜的高效截留作用，可以使废水中大分子难降解成分截留在反应器内，延长了反应时间，大大提高了难降解有机物的降解率，并实现对悬浮物、病原菌和病毒的有效去除，提高处理出水水质，在通常情况下，其处理出水无需进行消毒处理即可达到相关的卫生标准[5]。

1.4生物接触氧化法机理

生物接触氧化法中，填料表面全为生物膜所布满，由于丝状菌的大量滋生微生物有可能形成一个呈立体结构的密集生物网而附着在填料上，同时由于曝气吹脱使部分絮体或碎裂微生物膜以悬浮状态存在于污水中。起初附着于填料表面只有少量的微生物，由于微生物的不断繁殖，在具备充足的溶解氧和丰富的营养物质的情况下，生物膜变得越来越厚。这是好氧菌通过吸收扩散到生物膜内溶解氧和有机物用于自身的生长代谢的作用。当生物膜厚度生长到一定程度的时候，生物膜内层不能支撑其表面的生物群体时，这时好氧菌开始死亡随之溶化，此时内层的厌氧菌开始得以繁殖发展。厌氧菌经过了一段时间的积累后其数量开始减少，又由于有代谢气体从内部跑出，便使得内层生物膜表面由于这种作用产生了出现许多孔道，生物膜的附着力明显降低，并成块的脱落下来，在脱落的填料表层，微生物又重新积聚成为生物膜，这样就使微生物能够保持良好的活性，新陈代谢处于良性循环。从而能够取得稳定的去除效率。生物接触氧化法中固着的生物膜不同于一般生物膜。生物膜的厚度取决于水中有机物的浓度和曝气量，通过在氧化装置中采用曝气方式，不仅为生物膜提供了较充足的DO，而且由于曝气的搅动作用，也使生物膜的更新速度加快，这样使得膜的活力与氧化能力会得到有效的提高。并且由于空气不断地打入水中，其不断的搅动水体能使污水形成了紊流，这样便使得污水与固着在填料上的微生物可以有效的相接触，对于生物滤池中可能存在接触不良的这种现象，通过曝气大大降低了其发生率。

2.水解酸化-生物处理技术的应用

随着生物处理技术的日益成熟，已广泛应用在多种废水的处理中.主要通过提高目标污染物的去除效果，改善污泥性能、减少污泥产量、缩短系统的启动时间，增强耐冲击负荷的能力和系统的稳定性、添加生物酶，加快反应进行。

李海英等为期1个月的连续处理造纸漂白废水试验表明，固定化细胞的酶活性及可吸附有机卤素（AOX）去除率均高于自由菌液，对温度和pH的适应范围较宽；在停留时间为2.4h时，其去除率可稳定在80%左右[6]；

乔庆霞等选育优势菌处理含氯漂白废水中段水相对浓度为50%，pH为7.0，菌液量为2ml时，对废水中有机氯化物和COD的综合处理效果较好[7].生物增强作用比一般的废水处理方法更能提高系统对BOD5，COD，TOC或某种特定难降解物的去除效果。

韩长秀等利用投加高效菌种强化法处理牛奶废水，在延时曝气、曝气塘和氧化沟3种不同的处理系统，都提高了BOD5，COD的去除率[8]；

刘晖用该方法处理马铃薯废水时，TOC的去除率达到98%；通过在活性污泥法中投加苯酚降解菌，在40d内处理系统对苯酚的去除率保持在95%～100%，而没有采用生物强化的中苯酚的去除率降低到40%，提高苯酚的去除率[9]；

林俊岳在附着生长生物床中，加入降解BTX（苯、甲苯、二甲苯）的混合优势菌，生物增强系统的去除效果提高7mg/L BTX；生物增强作用不仅可以有效地消除污泥膨胀，增强污泥沉降性能，且可减少污泥产量，一般可使污泥容积降低20%左右[10]。

D.RenateHuebner.改善出水水质，减少污泥排放和污泥处理的能耗.结果表明，接种生物增强剂运行3周就可消除污泥膨胀现象[11]；

潘景盛在大规模废水处理中，使用生物增强剂后，污泥床厚度下降到2m左右，降低能耗，控制臭气的产生，缩短系统的启动时间，达到较高的快速处理效果，增强系统的耐冲击负荷能力以及处理系统的稳定性[12]。

3.结语

从国内外废水生物处理法的研究与应用现状来看，不断推出更好的生物处理工艺，去除污水中溶解和胶体的有机物质的效率越来越高，污水出水水质好，达到排放标准，已成为在现代废水处理的研究热点。废水生物处理向着更先进、更高效、更节能、自动化程度更高的方向发展，细胞及微生物固定化技术的应用、新型填料与载体的开发应用、节能技术突出等领域取得长足的进展。该方法具有提高难降解有机物的去除率、改善污泥性能、缩短系统的启动时间、增强系统的运行稳定性和耐冲击负荷能力，显著提高水处理范围和水处理能力，具有工艺简单、经济、处理能力强、占地面积少、运行方式灵活等优点，是一种投资省、运行费用低、处理效率高的废水处理的新工艺。该技术广泛应用于生活污水、纺织、屠宰、造纸、核污染等废水处理.然而目前建造的废水处理工程与设施的投资和昂贵的运行、管理费用成为废水处理工程中的瓶颈。如何改善载体的结构，提高对微生物的附着能力、加强传质、提供更大的孔隙率和比表面积，改善材质以降低生产成本及运行成本等将成为这一领域中较为集中的研究课题。因此，生物强化技术与传统生物处理技术相结合，成为废水生物处理的必然趋势，对经济与环境的可持续发展具有深远的历史意义！

参考文献：

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[2]乔建强，王增长，董洁.微生物在污水处理中的应用[J].科技情报开发与经济，2007，17（10）：128-129.

[3]罗娅君，赵仕林，朱明，周后珍.微生物在环境污染治理中的应用[J].四川环境，2001，20（3）：41-44.

[4]王凯军，贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用-水解-好氧生物处理工艺[M].化学工业出版社.2001.

[5]沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术理论与应用[M] .北京：中国环境科学出版社，2006.329-344.

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[7]乔庆霞，陈敏，陈中豪.选育优势菌处理含氯漂白废水的研究[J].中国造纸学报，2004，19（1）：3-56.

[8]韩长秀，林徐明.生物絮凝剂及其在水处理中的应用进展[J].水处理技术，2006，32（9）：6-11.

[9]刘晖，周康群，刘洁萍，周遗品.微生物絮凝剂处理淀粉废水[J].仲凯农业技术学院学报，2004，17（2）：47-50.

[10]林俊岳，庞金钊，杨宗政.高浓度洗毛废水的生物絮凝处理工艺研究[J].环境污染治理技术与设备，2004，5（2）：60-63.

[11]D.RenateHuebner.FunktionsprinzipvonBiowaescherundBiofilter[J].Entsorgungspraxis，2000（5）：35-38.

[12]潘景盛，常颖，林浩添.南方地区自来水处理生物技术的研发与应用实证分析[J].科技管理研究，2011（12）：34-37.

作者简介：

卞静晶（1981-），女，江苏南京人，环境管理专业工程师，本科，从事环境监测与管理工作。