水解酸化池全

水解酸化池（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(huì)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。廢水處理工藝中的生物化學(xué)（生化）處理法，是處理有機(jī)廢水的主要方法。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)?；瘜W(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：第一階段水解；第二階段酸化；第三階段酸性衰退；第四階段甲烷化。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)控制在第二階段，不進(jìn)入第三階段。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?cè)谧匀唤缰械臄?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(duì)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）。最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）作用是指絕對(duì)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，是最簡單的碳水化合物，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)廢水中，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(huì)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。降解經(jīng)路大致可分為3種形式。A生態(tài)變化。芳香族化合物從一種化合物形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)。例如芳香族硝基化合物（硝基苯）還原成苯胺。這一特性可利用到廢水處理工程中。眾所周知。苯胺是可以在好氧下，予以徹底降解，而且降解速率較快，但硝基苯則不然，它不能在好氧條件下降解?？墒窍趸皆谌毖鯒l件下在兼性微生物的作用下，可轉(zhuǎn)變形態(tài)，成為苯胺，然后通過好氧生物作用，達(dá)到徹底降解。B苯環(huán)斷裂。在缺氧條件下，由于兼性微生物的作用，某些苯環(huán)化合物可以出現(xiàn)苯環(huán)裂解。苯環(huán)的裂解。包括兩個(gè)基本步驟：首先生成兩個(gè)鄰位羥基化合物，再發(fā)生苯環(huán)的斷裂，分裂為有機(jī)酸。當(dāng)有機(jī)物降解為有機(jī)酸后，再通過好氧條件下的三羧酸循環(huán)予以徹底降解。C長鏈分子斷裂。在染料工業(yè)中，偶氮系列染料占有60％的比重。偶氮基系染料中的發(fā)色基團(tuán)。一旦偶氮基團(tuán)被降解，則染料原有的色澤將消失。在兼性微生物作用下的水解過程，會(huì)發(fā)生染料分子的裂解，使偶氮鍵斷裂，并形成新的碎片分子。因而，雖然偶氮化合物的可生化性較差，但通過水解裂解，生成的苯胺類化合物，可生化性就變得十分好，它的BOD5／CODcr比值明顯上升。甲基橙染料，系偶氮類化合物，它的可生化性較差，屬難生化物質(zhì)，BOD5／CODcr比值僅為0.03－0.025，但水解反應(yīng)后，形成的苯胺結(jié)構(gòu)碎片分子，其BOD5／CODcr比值，上升至0.41－0.59。（B）水解工藝的特點(diǎn)（1）廢水經(jīng)水解處理后，BOD5／CODcr比值，有明顯升高。例如制藥廠土霉素生產(chǎn)廢水，進(jìn)水BOD5／CODcr的比值0.34，經(jīng)水解后，比值上升為0.43，可生化性得到了提高。（2）對(duì)厭氧處理而言，水解反應(yīng)的水力停留時(shí)間較短。對(duì)工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物來說，根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)、分子量大小,水解反應(yīng)一般在4－18小時(shí)完成。（3）用膜法水解工藝，由于生物量大、容積負(fù)荷高，能適應(yīng)進(jìn)水CODcr負(fù)荷變化。一般說，進(jìn)水CODcr濃度升高3－4倍，而出水CODcr的去除率，非旦不下降，反而升高，即進(jìn)水濃度越高，CODcr去除率高。水解工藝有很大的耐沖擊負(fù)荷能力。（4）水解工藝運(yùn)行穩(wěn)定，受外氣溫變化影響小。一般說水溫在3－40℃之間，因?yàn)樗饩N由中溫和低溫菌種協(xié)同作用。（5）水解池不產(chǎn)生如厭氧反應(yīng)那樣的臭味，水解池可設(shè)計(jì)成敞口式的。敞口的水解池，池子越深，效率越高，在地基地耐力許可的條件下，池深可達(dá)8.5－9m，可節(jié)省用地，適于用地緊張的城市內(nèi)的廢水站。特別是對(duì)化工企業(yè)，在消防距離不能滿足要求的情況下，水解工藝比厭氧工藝有其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。（6）水解菌種不同于專性厭氧菌種甲烷菌，它是一種兼性菌種，在自然界中存在的量較多，而且存在的面亦較廣，在工程實(shí)施時(shí)，容易培菌。一旦廢水中有機(jī)污染物（底物）發(fā)生變化，處理裝置也能很快適應(yīng)。這完全不同于厭氧處理中的甲烷菌。對(duì)甲烷菌而言，由于它是單一性菌種，只要底物發(fā)生變化，甲烷菌就在衰亡。從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)律來說，企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必然受市場(chǎng)需要所支配，生產(chǎn)的產(chǎn)品很有可能不斷更新轉(zhuǎn)換，廢水中的有機(jī)污染物成分亦會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。水解菌種的易殖性及其強(qiáng)適應(yīng)性，使水解工藝較厭氧工藝有其突出的優(yōu)點(diǎn)，即能適應(yīng)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化。（7）水解工藝具有另一個(gè)比較突出的優(yōu)點(diǎn)是，隨運(yùn)行時(shí)間的推移，CODcr的去除率呈明顯的增長趨勢(shì)。上海冠生園食品總廠廢水站1991年9月驗(yàn)收時(shí)，水解池的去除率為50％，1993年9月水解池的去除率已上升至85％。又如四平市金士百啤酒廠廢水站1996年5月驗(yàn)收時(shí)水解池的去除率為50％，到1998年已上升至80％。（8）多段H／O工藝，可實(shí)現(xiàn)生物脫氮，工程實(shí)踐表明，氨氮可由原水299mg/l降至5mg/l以下。（9）一般說，各廢水站都設(shè)調(diào)節(jié)池。工程實(shí)施時(shí)，可利用調(diào)節(jié)池，內(nèi)加分格及纖維填料，作膜法水解池用，實(shí)現(xiàn)一池多用，可節(jié)省基建投資。由于水解池本身有較高的CODcr去除率，因而可作為去除CODcr的一級(jí)構(gòu)筑物。對(duì)已建有機(jī)廢水站來說，若將調(diào)節(jié)池改造為水解池，可使整個(gè)廢水站的CODcr總?cè)コ侍岣?0％左右。（C）水解工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）控制進(jìn)水PH值。水解工藝的兼性菌種對(duì)PH值的適應(yīng)范圍很寬（PH值5.5－10之間）。但最佳值，應(yīng)與后續(xù)處理?xiàng)l件一并考慮。（2）控制溶解濃度，一般來說，DO值應(yīng)控制在＜0.3－0.5mg/l。（3）池形設(shè)計(jì)要造成良好的水力工況。應(yīng)控制池深、池長、池寬的比例。池內(nèi)分格，造成上下推流、水平推流、減少“死區(qū)。水解池是否加蓋，可視進(jìn)水溫度，水力停留時(shí)間及地區(qū)冬季室外溫度等諸因素而定。（4）根據(jù)不同有機(jī)污染物的分子結(jié)構(gòu)、分子量，設(shè)計(jì)前最好先小試，確定有機(jī)污染物的水解速率（水力停留時(shí)間），工程實(shí)施時(shí)，作適當(dāng)放大。（5）控制C、N、P比例。例如上海冠生園食品總廠廢水缺N素，而臨安化工廠（生產(chǎn)染料）廢水中富C素和N素。有條件的話，將生活廢水引入處理系統(tǒng)，對(duì)平衡的環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)可連續(xù)串聯(lián)水解—好氧2至3次（即兩段H/O法或三段落H/O法）。此時(shí)，應(yīng)控制水解和好氧反應(yīng)水力停留時(shí)間的最佳比例。（D）水解工藝性能指標(biāo)水解池的CODcr去除率為30－50％（某些工程可達(dá)60－80％）；固體懸浮物的水解率為60－65％；水解－好氧工藝與全好氧工藝相比，能耗可節(jié)省40％左右。占地面積比厭氧工藝或純好氧工藝節(jié)省20-30%。水解－好氧工藝（H／O工藝）的CODcr總?cè)コ士蛇_(dá)到96－98％。（E）水解工藝適用范圍1）目前已在下列工業(yè)廢水處理站應(yīng)用了水解工藝：食品生產(chǎn)廠廢水，啤酒廢水，涂裝廢水、含油廢水、生物制藥廢水、石油化工廢水、制革廢水、特種化工廢水、化工染料廢水、發(fā)酵、釀造工業(yè)廢水、醫(yī)院含菌廢水、機(jī)械加工廢水及類似的生活廢水。2）可適用的工業(yè)生產(chǎn)廢水及類似的生活廢水，采用H/O工藝目前已能處理COD進(jìn)水濃度200—10000mg/l的廢水。1座，水解酸化池：4000x2000x5000mm有效容積V=32m3，鋼砼結(jié)構(gòu)。主要設(shè)備如下：（1）水解酸化池填料及支架28m3，Φ150mm，L=4.0m。（3）水解池提升泵2臺(tái)，5m3/h/28m/3.0kw，鑄鐵，帶耦合裝置。6、UASB厭氧反應(yīng)器UASB厭氧反應(yīng)器由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉淀區(qū)）和氣室三部分組成。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機(jī)物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動(dòng)形成一個(gè)污泥濃度較稀薄斬污泥和水一起上升進(jìn)入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時(shí)，折向反射板的四周，然后穿過水層進(jìn)入氣室，集中在氣室沼氣，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過反射進(jìn)入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥潮著斜壁滑回厭氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。我公司設(shè)計(jì)的UASB厭氧反應(yīng)器在原有的基礎(chǔ)上對(duì)三相分離器和布水方式做了改良，采用了兩相厭氧，并在實(shí)際工程中處理品效果得到了證實(shí)，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并運(yùn)用到了多個(gè)工程中且處理效果非常好。污水進(jìn)入U(xiǎn)ASB厭氧反應(yīng)器中，通過我公司設(shè)計(jì)的布水裝置均勻和厭氧污泥充分混合，在厭氧產(chǎn)甲烷菌的作用下，廢水中的難降解有機(jī)物得以降解。不但削減廢水中COD、BOD指標(biāo)，而且提高了污水的可生化性降低了后續(xù)處理的難度。UASB厭氧反應(yīng)器的出水自流進(jìn)入綜合污水調(diào)節(jié)池。本設(shè)計(jì)中厭氧處理系統(tǒng)由UASB厭氧反應(yīng)器（升流式厭氧污泥床）所組成，是中藥提取污水處理系統(tǒng)中去除污染物負(fù)荷最高的單元，該單元對(duì)有機(jī)物的去除率至少為70%以上。