污水處理用生化處理系統(tǒng)

1.1、水解酸化池

水解—好氧生化處理是處理有機(jī)污水的新技術(shù)，并已有十多年較為成熟的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文從水解機(jī)理，水解工藝的特點(diǎn)，水解工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，水解工藝性能指標(biāo)，以及水解工藝適用范圍內(nèi)容，對水解工藝作一簡介。

(A)水解機(jī)理

從化學(xué)角度來說，水解反應(yīng)是一種常見的普遍存在的化學(xué)反應(yīng)過程，可以說，絕大多數(shù)化合物，在一定條件下，與水接觸后，都會發(fā)生反應(yīng)。我們討論水解反應(yīng)，就是討論化合物與水的反應(yīng)，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(yīng)。絕大多數(shù)有機(jī)化合物的反應(yīng)是共價(jià)鍵的形成和斷裂過程。水解反應(yīng)可致共價(jià)鍵發(fā)生變化和斷裂，即使化合物在分子結(jié)構(gòu)，形態(tài)上發(fā)生變化。研究水解反應(yīng)，就是研究化合物的水解經(jīng)路、反應(yīng)產(chǎn)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(xué)(生化)處理法，是處理有機(jī)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(xué)反應(yīng)的生物化學(xué)反應(yīng)。

化學(xué)水解的速率，在很大程度上受化合物自身的分子結(jié)構(gòu)、水的PH值(即酸、堿度)和溫度影響。在這里，酸和堿是化學(xué)反應(yīng)的催化劑。而生物化學(xué)領(lǐng)域中的水解，則是依靠生物酶起催化作用、加速水解反應(yīng)。酶的催化反應(yīng)效率要比相應(yīng)無酶反應(yīng)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(fù)雜的有機(jī)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(yīng)。反應(yīng)是在缺氧條件下進(jìn)行的。

1)水解工藝與厭氧工藝的區(qū)別

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(yīng)經(jīng)路。

通常，我們把厭氧反應(yīng)分為四個(gè)階段：一階段水解;二階段酸化;三階段酸性衰退;四階段甲烷化。

在水解階段，固體物質(zhì)溶解為溶解性物質(zhì)，大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)，難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解物質(zhì)。在酸化階段，有機(jī)物降解為各種有機(jī)酸。水解和產(chǎn)酸進(jìn)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(chǎn)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(yīng)控制在二階段，不進(jìn)入三階段。為區(qū)別厭氧工藝，定名為水解(Hydrolization)工藝。水解反應(yīng)器中實(shí)際上完成水解和酸化兩個(gè)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(shù)量較多，繁殖速度較快。而厭氧工藝系統(tǒng)中的產(chǎn)甲烷菌則是嚴(yán)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(chǎn)酸菌要敏感得多，并且生長緩慢(世代期長)。

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(yīng)，而厭氧工藝則是在厭氧條件下反應(yīng)。這里說的“缺氧”(anoxic)有別于“厭氧”，所謂厭氧(annaerobic)作用是指的無氧(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?yàn)樗夤に囀窃谌毖鯒l件下完成，因而在工程實(shí)施中，可將工藝后續(xù)好氧工藝串連組合在一個(gè)反應(yīng)器中完成，實(shí)現(xiàn)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。

2)常見主要有機(jī)污染物的水解反應(yīng)經(jīng)路

(1)糖類(碳水化合物)物質(zhì)的水解。糖類物質(zhì)由碳、氫、氧三種元素構(gòu)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，是簡單的碳水化合物，如葡萄糖、果糖。

低聚糖中，由兩個(gè)分子單糖結(jié)合而成的稱二糖，三個(gè)分子單糖結(jié)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(gè)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(zhì)。多糖通過水解，生成原來的單糖，或其衍生物。

在有機(jī)污水中，一般以水解形式存在的物質(zhì)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(jīng)路為：

淀粉 → 糊精 → 麥芽糖 → 葡萄糖

當(dāng)多糖類物質(zhì)水解成葡萄糖后不能再水解了。如果反應(yīng)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(gè)丙酮酸(即1×C6→2C3)。至此，多糖類的水解(酸化)過程全部完成。進(jìn)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(jìn)入三羧酸循環(huán)，達(dá)到完全的氧化：

2CH3COCOOH + 4H+6O2 → 6CO2 + 6H2O。

(2)蛋白質(zhì)的水解。蛋白質(zhì)是由多種氨基酸分子組成的復(fù)雜有機(jī)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(zhì)與糖類、脂肪類物質(zhì)分子的主要不同點(diǎn)在于它的組分含有N素。在蛋白質(zhì)中，氮的含量平均約為16%。

蛋白質(zhì)不能直接被微生物利用，在進(jìn)入細(xì)胞組織之前，需經(jīng)蛋白質(zhì)水解酶的作用，使其水解成氨基酸。其水解經(jīng)路為：蛋白質(zhì) →多肽 →二肽 → 氨基酸。至此。蛋白質(zhì)的水解過程完成。實(shí)際上蛋白質(zhì)水解到二肽階段就可作為底物，被微生物細(xì)胞所利用。

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

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

(4)芳香族化合物的水解。盡管苯環(huán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定，但大部分苯環(huán)物質(zhì)可在微生物的作用下被降解。