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工艺描述

污水处理用生化处理系统

1.1、水解酸化池

水解—好氧生化处理是处理有机污水的新技术,并已有十多年较为成熟的工程实践经验。本文从水解机理,水解工艺的特点,水解工艺的设计要点,水解工艺性能指标,以及水解工艺适用范围内容,对水解工艺作一简介。

(A)水解机理

从化学角度来说,水解反应是一种常见的普遍存在的化学反应过程,可以说,绝大多数化合物,在一定条件下,与水接触后,都会发生反应。我们讨论水解反应,就是讨论化合物与水的反应,也就是讨论化合物分子中电子分布及其电荷与水发生的反应。绝大多数有机化合物的反应是共价键的形成和断裂过程。水解反应可致共价键发生变化和断裂,即使化合物在分子结构,形态上发生变化。研究水解反应,就是研究化合物的水解经路、反应产物,以及影响水解程度和速率的诸因素。

污水处理工艺中的生物化学(生化)处理法,是处理有机污水的主要方法。水解工艺是其中的一种新开发出来的工艺过程。因此,我们这里所说的水解工艺,是有别于化学反应的生物化学反应。

化学水解的速率,在很大程度上受化合物自身的分子结构、水的PH值(即酸、碱度)和温度影响。在这里,酸和碱是化学反应的催化剂。而生物化学领域中的水解,则是依靠生物酶起催化作用、加速水解反应。酶的催化反应效率要比相应无酶反应高106—1013倍,这是生物酶的特殊作用。

概括说,我们这里讨论的指复杂的有机物分子,在水解酶参与下加以水分子分解为简单化合物的反应。反应是在缺氧条件下进行的。

1)水解工艺与厌氧工艺的区别

要区别水解工艺与厌氧工艺的概念,必须先了解厌氧工艺的反应经路。

通常,我们把厌氧反应分为四个阶段:第一阶段水解;第二阶段酸化;第三阶段酸性衰退;第四阶段甲烷化。

在水解阶段,固体物质溶解为溶解性物质,大分子物质降解为小分子物质,难生物降解物质转化为易生物降解物质。在酸化阶段,有机物降解为各种有机酸。水解和产酸进行得较快,难以把它们分开。起作用的主要微生物是水解菌和产酸菌。

我们所说的水解工艺,就是利用厌氧工艺的前两段,即把反应控制在第二阶段,不进入第三阶段。为区别厌氧工艺,定名为水解(Hydrolization)工艺。水解反应器中实际上完成水解和酸化两个过程。但为了简化称呼,简称为“水解”。

水解工艺系统中的微生物主要是兼性微生物,它们在自然界中的数量较多,繁殖速度较快。而厌氧工艺系统中的产甲烷菌则是严格的专性厌氧菌,它们对于环境的变化,如PH值、碱度、重金属离子、洗涤剂、氨、硫化物和温度等的变化,比水解菌和产酸菌要敏感得多,并且生长缓慢(世代期长)。

重要的是水解工艺和厌氧工艺中的两类不同菌种的生态条件差异很大。水解工艺是在缺氧条件下反应,而厌氧工艺则是在厌氧条件下反应。这里说的“缺氧”(anoxic)有别于“厌氧”,所谓厌氧(annaerobic)作用是指绝对的无氧(溶解氧DO=0),而缺氧(anoxic)作用是指无氧或微氧(DO<0.3-0.5mg/l) 。

正因为水解工艺是在缺氧条件下完成,因而在工程实施中,可将工艺后续好氧工艺串连组合在一个反应器中完成,实现水解-好氧工艺。为区别厌氧-好氧工艺,把水解(H)-好氧(O)工艺,暂定名为H/O法。

2)常见主要有机污染物的水解反应经路

(1)糖类(碳水化合物)物质的水解。糖类物质由碳、氢、氧三种元素构成,是多羟醛或羟酮及其缩合物的某些衍生物的总称。可分为单糖、低聚糖和多糖。

单糖是不能水解的,是简单的碳水化合物,如葡萄糖、果糖。

低聚糖中,由两个分子单糖结合而成的称二糖,三个分子单糖结合的称三糖。庶糖、麦芽糖和乳糖属二糖;棉子糖属三糖。低聚糖通过水解,生成单糖。

多糖是由多个单糖或其衍生物所组成的碳水化合物。淀粉、纤维素、琼胶、果胶等属多糖物质。多糖通过水解,生成原来的单糖,或其衍生物。

在有机污水中,一般以水解形式存在的物质为较多,例如淀粉。水解淀粉的酶,大致可分为四类,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经路为:

淀粉 → 糊精 → 麦芽糖 → 葡萄糖

当多糖类物质水解成葡萄糖后不能再水解了。如果反应条件仍处于缺氧条件,则葡萄糖会通过糖的酵解过程分解成2个丙酮酸(即1×C6→2C3)。至此,多糖类的水解(酸化)过程全部完成。进一步的彻底降解,只能在有氧条件下才能完成即在有氧条件下丙酸酮进入三羧酸循环,达到完全的氧化:

2CH3COCOOH + 4H+6O2 → 6CO2 + 6H2O。

(2)蛋白质的水解。蛋白质是由多种氨基酸分子组成的复杂有机物。它由C、H、O、N等主要元素组成,有的还含有Fe、I、P、S等元素。蛋白质与糖类、脂肪类物质分子的主要不同点在于它的组分含有N素。在蛋白质中,氮的含量平均约为16%。

蛋白质不能直接被微生物利用,在进入细胞组织之前,需经蛋白质水解酶的作用,使其水解成氨基酸。其水解经路为:蛋白质 →多肽 →二肽 → 氨基酸。至此。蛋白质的水解过程完成。实际上蛋白质水解到二肽阶段就可作为底物,被微生物细胞所利用。

(3)脂肪(类脂肪)物质的水解。脂肪是不含氮的有机化合物,由C、H、O等元素组成。

脂肪的降解也是首先在细胞外,通过脂肪水解酶发生水解,生成甘油和相应的脂肪酸。甘油的进一步降解类似于糖解过程的一部分,转化为丙酮酸。至此,水解反应完成。水解产物脂肪酸丙酮酸的进一步降解,则需在有氧下进入三羧酸循环,达到完全的氧化。

(4)芳香族化合物的水解。尽管苯环的化学结构相当稳定,但大部分苯环物质可在微生物的作用下被降解。


污水处理厂生化系统

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