污水處理(li)用生化處理(li)系(xi)統

1.1、水解酸化池

水(shui)(shui)解—好氧生化處(chu)(chu)理是處(chu)(chu)理有(you)機污水(shui)(shui)的新技術，并已有(you)十多年較為(wei)成熟的工(gong)(gong)程(cheng)實踐經驗(yan)。本文從水(shui)(shui)解機理，水(shui)(shui)解工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的特點，水(shui)(shui)解工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的設計要點，水(shui)(shui)解工(gong)(gong)藝(yi)(yi)性能指標，以及水(shui)(shui)解工(gong)(gong)藝(yi)(yi)適用范圍內容，對水(shui)(shui)解工(gong)(gong)藝(yi)(yi)作(zuo)一簡介。

(A)水解機理

從化(hua)(hua)(hua)學角度來說(shuo)，水(shui)(shui)解(jie)反應是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)常見的(de)普遍(bian)存在(zai)的(de)化(hua)(hua)(hua)學反應過(guo)程，可以(yi)說(shuo)，絕大(da)多(duo)數(shu)(shu)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)物，在(zai)一(yi)(yi)定條件下，與(yu)水(shui)(shui)接(jie)觸(chu)后，都會發生(sheng)(sheng)反應。我們(men)討(tao)(tao)論水(shui)(shui)解(jie)反應，就(jiu)是(shi)討(tao)(tao)論化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)物與(yu)水(shui)(shui)的(de)反應，也就(jiu)是(shi)討(tao)(tao)論化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)物分子中電子分布(bu)及其(qi)電荷與(yu)水(shui)(shui)發生(sheng)(sheng)的(de)反應。絕大(da)多(duo)數(shu)(shu)有機化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)物的(de)反應是(shi)共價鍵的(de)形成和(he)斷裂(lie)過(guo)程。水(shui)(shui)解(jie)反應可致共價鍵發生(sheng)(sheng)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)和(he)斷裂(lie)，即使化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)物在(zai)分子結構，形態上發生(sheng)(sheng)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)。研究水(shui)(shui)解(jie)反應，就(jiu)是(shi)研究化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)物的(de)水(shui)(shui)解(jie)經路、反應產(chan)物，以(yi)及影響水(shui)(shui)解(jie)程度和(he)速(su)率的(de)諸因素(su)。

污(wu)水(shui)處(chu)理工(gong)(gong)藝中的(de)生物(wu)化(hua)(hua)學(xue)(生化(hua)(hua))處(chu)理法，是(shi)處(chu)理有(you)機(ji)污(wu)水(shui)的(de)主(zhu)要(yao)方法。水(shui)解(jie)工(gong)(gong)藝是(shi)其中的(de)一種新開發出來的(de)工(gong)(gong)藝過程。因(yin)此，我們這里所(suo)說(shuo)的(de)水(shui)解(jie)工(gong)(gong)藝，是(shi)有(you)別于化(hua)(hua)學(xue)反應的(de)生物(wu)化(hua)(hua)學(xue)反應。

化(hua)學(xue)(xue)水解的速率，在(zai)(zai)很大程(cheng)度上受(shou)化(hua)合物(wu)自身(shen)的分子(zi)結構(gou)、水的PH值(即酸、堿度)和溫度影(ying)響。在(zai)(zai)這里，酸和堿是化(hua)學(xue)(xue)反應(ying)的催化(hua)劑(ji)。而(er)生物(wu)化(hua)學(xue)(xue)領域中的水解，則是依靠生物(wu)酶(mei)起(qi)催化(hua)作用、加速水解反應(ying)。酶(mei)的催化(hua)反應(ying)效率要比(bi)相應(ying)無酶(mei)反應(ying)高106—1013倍，這是生物(wu)酶(mei)的特殊作用。

概括(kuo)說，我們這里(li)討論的(de)指復(fu)雜的(de)有機物(wu)分(fen)(fen)子(zi)，在水解酶參與下加以水分(fen)(fen)子(zi)分(fen)(fen)解為(wei)簡(jian)單化合物(wu)的(de)反(fan)應。反(fan)應是在缺氧(yang)條件下進行的(de)。

1)水解工藝與厭氧工藝的區別

要區別水解(jie)工藝與厭(yan)氧工藝的(de)概念，必須先了解(jie)厭(yan)氧工藝的(de)反應經路(lu)。

通(tong)常(chang)，我們把厭氧反應(ying)分為四個階段(duan)(duan)：一階段(duan)(duan)水解;二階段(duan)(duan)酸化(hua);三階段(duan)(duan)酸性衰(shuai)退;四階段(duan)(duan)甲烷化(hua)。

在(zai)(zai)水(shui)解(jie)(jie)(jie)階(jie)段(duan)，固體物(wu)質(zhi)(zhi)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)為(wei)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)性(xing)物(wu)質(zhi)(zhi)，大分子物(wu)質(zhi)(zhi)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)為(wei)小分子物(wu)質(zhi)(zhi)，難(nan)生(sheng)物(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)物(wu)質(zhi)(zhi)轉化(hua)為(wei)易生(sheng)物(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)物(wu)質(zhi)(zhi)。在(zai)(zai)酸化(hua)階(jie)段(duan)，有(you)機(ji)物(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)為(wei)各(ge)種有(you)機(ji)酸。水(shui)解(jie)(jie)(jie)和產(chan)酸進行得較快，難(nan)以(yi)把它們分開。起作(zuo)用(yong)的主要微生(sheng)物(wu)是水(shui)解(jie)(jie)(jie)菌(jun)和產(chan)酸菌(jun)。

我(wo)們(men)所說的水解(jie)工藝(yi)，就是利用厭氧工藝(yi)的前(qian)兩(liang)(liang)段(duan)(duan)，即(ji)把反應控制(zhi)在二階段(duan)(duan)，不(bu)進入(ru)三階段(duan)(duan)。為(wei)(wei)(wei)區別厭氧工藝(yi)，定名為(wei)(wei)(wei)水解(jie)(Hydrolization)工藝(yi)。水解(jie)反應器中實際上完(wan)成水解(jie)和酸化兩(liang)(liang)個過程。但為(wei)(wei)(wei)了(le)簡(jian)化稱呼，簡(jian)稱為(wei)(wei)(wei)“水解(jie)”。

水解工藝系統中的(de)(de)微(wei)生物(wu)主要(yao)是兼(jian)性微(wei)生物(wu)，它(ta)們(men)在(zai)自然(ran)界中的(de)(de)數量較(jiao)多，繁殖速度較(jiao)快。而厭氧工藝系統中的(de)(de)產(chan)甲烷(wan)菌(jun)則是嚴(yan)格的(de)(de)專性厭氧菌(jun)，它(ta)們(men)對(dui)于環境的(de)(de)變(bian)化(hua)，如PH值(zhi)、堿(jian)度、重金屬離子、洗滌劑、氨(an)、硫化(hua)物(wu)和(he)溫度等的(de)(de)變(bian)化(hua)，比水解菌(jun)和(he)產(chan)酸菌(jun)要(yao)敏感得多，并且生長緩慢(世代期長)。

重要的是(shi)(shi)(shi)水解(jie)工藝和厭(yan)氧工藝中(zhong)的兩類(lei)不同菌種(zhong)的生態條(tiao)件(jian)差異很大。水解(jie)工藝是(shi)(shi)(shi)在(zai)缺(que)氧條(tiao)件(jian)下反(fan)(fan)應，而厭(yan)氧工藝則是(shi)(shi)(shi)在(zai)厭(yan)氧條(tiao)件(jian)下反(fan)(fan)應。這(zhe)里說的“缺(que)氧”(anoxic)有別(bie)于“厭(yan)氧”，所謂厭(yan)氧(annaerobic)作(zuo)用是(shi)(shi)(shi)指(zhi)的無氧(溶解(jie)氧DO=0)，而缺(que)氧(anoxic)作(zuo)用是(shi)(shi)(shi)指(zhi)無氧或微氧(DO<0.3-0.5mg/l) 。

正(zheng)因(yin)為水(shui)(shui)解工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是在缺氧(yang)(yang)(yang)條件下完成，因(yin)而在工(gong)(gong)程實施中(zhong)，可將工(gong)(gong)藝(yi)(yi)后(hou)續好(hao)氧(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)串連組合在一個反應器中(zhong)完成，實現(xian)水(shui)(shui)解-好(hao)氧(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。為區(qu)別(bie)厭氧(yang)(yang)(yang)-好(hao)氧(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，把水(shui)(shui)解(H)-好(hao)氧(yang)(yang)(yang)(O)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，暫(zan)定名為H/O法。

2)常見(jian)主要有(you)機污(wu)染物的水(shui)解(jie)反(fan)應經路

(1)糖(tang)類(lei)(碳(tan)水(shui)化合(he)物)物質(zhi)的水(shui)解。糖(tang)類(lei)物質(zhi)由碳(tan)、氫(qing)、氧三種元素構(gou)成，是多(duo)羥醛或羥酮(tong)及其縮合(he)物的某些衍生物的總稱。可(ke)分為單糖(tang)、低聚糖(tang)和(he)多(duo)糖(tang)。

單糖是不能(neng)水解的，是簡單的碳水化合物，如葡萄糖、果糖。

低(di)聚糖(tang)(tang)中，由兩個分(fen)(fen)子單糖(tang)(tang)結合而(er)成(cheng)(cheng)的(de)稱二糖(tang)(tang)，三個分(fen)(fen)子單糖(tang)(tang)結合的(de)稱三糖(tang)(tang)。庶糖(tang)(tang)、麥芽糖(tang)(tang)和(he)乳糖(tang)(tang)屬(shu)(shu)二糖(tang)(tang);棉子糖(tang)(tang)屬(shu)(shu)三糖(tang)(tang)。低(di)聚糖(tang)(tang)通過水解，生成(cheng)(cheng)單糖(tang)(tang)。

多糖是由多個單(dan)糖或其衍生(sheng)物所(suo)組成(cheng)的碳水(shui)(shui)化合物。淀粉、纖維素(su)、瓊膠(jiao)、果膠(jiao)等屬多糖物質。多糖通過水(shui)(shui)解，生(sheng)成(cheng)原來的單(dan)糖，或其衍生(sheng)物。

在(zai)有機污水(shui)中，一(yi)般以(yi)水(shui)解(jie)形式存在(zai)的(de)物質(zhi)為較多，例如淀(dian)粉(fen)。水(shui)解(jie)淀(dian)粉(fen)的(de)酶，大致可分為四類，即(ji)a一(yi)淀(dian)粉(fen)酶，b一(yi)淀(dian)粉(fen)酶，淀(dian)粉(fen)1-6糊(hu)精(jing)酶和葡萄糖淀(dian)粉(fen)酶。淀(dian)粉(fen)在(zai)上述水(shui)解(jie)酶作用下的(de)水(shui)解(jie)經路為：

淀粉 → 糊精(jing) → 麥(mai)芽糖(tang)(tang) → 葡(pu)萄糖(tang)(tang)

當多(duo)糖類(lei)物(wu)質水(shui)解成(cheng)葡(pu)萄(tao)糖后(hou)不(bu)能(neng)再(zai)水(shui)解了。如果反應條(tiao)件(jian)(jian)仍(reng)處于缺氧條(tiao)件(jian)(jian)，則葡(pu)萄(tao)糖會通過糖的酵解過程分解成(cheng)2個丙(bing)酮酸(即(ji)(ji)1×C6→2C3)。至此，多(duo)糖類(lei)的水(shui)解(酸化(hua))過程全部完(wan)成(cheng)。進一步的徹底(di)降解，只能(neng)在有氧條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)才能(neng)完(wan)成(cheng)即(ji)(ji)在有氧條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)丙(bing)酸酮進入三羧酸循環，達(da)到完(wan)全的氧化(hua)：

2CH3COCOOH + 4H+6O2 → 6CO2 + 6H2O。

(2)蛋(dan)白質(zhi)的水(shui)解。蛋(dan)白質(zhi)是由多種氨基酸分(fen)子(zi)組成的復雜有(you)機物。它由C、H、O、N等主(zhu)要元素(su)組成，有(you)的還(huan)含(han)有(you)Fe、I、P、S等元素(su)。蛋(dan)白質(zhi)與(yu)糖類、脂肪類物質(zhi)分(fen)子(zi)的主(zhu)要不同點在于(yu)它的組分(fen)含(han)有(you)N素(su)。在蛋(dan)白質(zhi)中，氮的含(han)量平均約(yue)為16%。

蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白質不能(neng)直接被微生物(wu)利用，在進入細胞(bao)組織之(zhi)前，需經(jing)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白質水(shui)解(jie)酶的(de)作用，使其(qi)水(shui)解(jie)成氨基酸(suan)。其(qi)水(shui)解(jie)經(jing)路(lu)為(wei)：蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白質 →多肽 →二肽 → 氨基酸(suan)。至此。蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白質的(de)水(shui)解(jie)過程完成。實際上(shang)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白質水(shui)解(jie)到二肽階段就(jiu)可(ke)作為(wei)底物(wu)，被微生物(wu)細胞(bao)所利用。

(3)脂肪(類(lei)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(su)組(zu)成。

脂肪的降解(jie)(jie)(jie)也是首(shou)先在(zai)細(xi)胞外，通過脂肪水(shui)解(jie)(jie)(jie)酶發(fa)生(sheng)水(shui)解(jie)(jie)(jie)，生(sheng)成(cheng)甘油和(he)相應的脂肪酸(suan)(suan)。甘油的進一(yi)步(bu)降解(jie)(jie)(jie)類似于糖解(jie)(jie)(jie)過程的一(yi)部(bu)分，轉化為(wei)丙酮酸(suan)(suan)。至此，水(shui)解(jie)(jie)(jie)反應完(wan)成(cheng)。水(shui)解(jie)(jie)(jie)產物(wu)脂肪酸(suan)(suan)丙酮酸(suan)(suan)的進一(yi)步(bu)降解(jie)(jie)(jie)，則需在(zai)有氧下(xia)進入三(san)羧酸(suan)(suan)循(xun)環，達(da)到(dao)完(wan)全的氧化。

(4)芳香族化(hua)合物的(de)(de)水解。盡管苯環(huan)的(de)(de)化(hua)學結構(gou)相當穩定，但大部分苯環(huan)物質可(ke)在微生物的(de)(de)作(zuo)用(yong)下被降(jiang)解。