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工藝描述

污水處理用生化處理系統

1.1、水解酸化池

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。

(A)水解機理

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生變化和斷裂,即使化合物在分子結構,形態上發生變化。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。

1)水解工藝與厭氧工藝的區別

要區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: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,即把反應控制在二階段,不進入三階段。為區別厭氧工藝,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。而厭氧工藝系統中的產甲烷菌則是嚴格的專性厭氧菌,它們對于環境的變化,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)。

重要的是水解工藝和厭氧工藝中的兩類不同菌種的生態條件差異很大。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)常見主要有機污染物的水解反應經路

(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,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,達到完全的氧化。

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


污水處理廠生化系統

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