污水處理廠生化系統(tǒng)
- 2018-07-06
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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污水的新技術(shù),并已有十多年較為成熟的工程實踐經(jīng)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(nèi)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(shù)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(shù)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(jié)構(gòu),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(jīng)路、反應產(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(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(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(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經(jīng)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(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,有機物降解為各種有機酸。水解和產(chǎn)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(chǎn)酸菌。
我們所說的水解工藝,就是利用厭氧工藝的前兩段,即把反應控制在二階段,不進入三階段。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(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,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(xù)好氧工藝串連組合在一個反應器中完成,實現(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)常見主要有機污染物的水解反應經(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??煞譃閱翁?、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(jié)合而成的稱二糖,三個分子單糖結(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
當多糖類物質(zhì)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(zhì)的水解。蛋白質(zhì)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(zhì)與糖類、脂肪類物質(zhì)分子的主要不同點在于它的組分含有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,在進入細胞組織之前,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。實際上蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)化為丙酮酸。至此,水解反應完成。水解產(chǎn)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(jié)構(gòu)相當穩(wěn)定,但大部分苯環(huán)物質(zhì)可在微生物的作用下被降解。
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