Podrobné vysvětlení procesu hydrolýzy acidifikační nádrže

1. pozadí
S zrychlujícím tempem industrializace a rychlým růstem městských populací se zvyšuje poptávka po vodních zdrojích společnosti a vypouštění odpadních vod je také na nepřetržitém vzestupném trendu. Pokud je velké množství odpadních vod obsahujících organické znečišťující látky vypouštěno přímo do přírodních vodních útvarů bez ošetření, může to vést k vážnému znečištění řek, jezer a podzemních vod, což způsobí řadu environmentálních problémů, jako je eutrofikace a smrt vodního života. Tradiční metody čištění odpadních vod, jako je oxidace aktivovaného kalu a kontaktní oxidace, jsou většinou založeny na aerobní léčbě. Zatímco tyto procesy jsou účinné pro odstraňování nízké koncentrace, biologicky rozložitelné odpadní vody, stále více se stávají zranitelnými vůči organickým a průmyslovým odpadním vodním odpadním vodě s vysokou koncentrací se špatnou biologickou rozložitelností, jako je vysoká spotřeba energie, potíže v léčbě a nestabilní odtok.

Proti tomuto pozadí začali vědci hledat nákladově efektivnější a efektivnější procesy předúpravy. Byla navržena hydrolytická acidifikační nádrž pro řešení nedostatků tradičních procesů. Jeho základním konceptem je používat metabolické funkce anaerobních mikroorganismů a hydrolytických a acidogenních bakterií k postupnému rozkládání repultních makromolekul do rozpustných malých molekul, které se poté převádějí na látky, jako jsou volatilní mastné kyseliny, které se snadno degradují následné biologické jednotky. To zlepšuje biologickou rozložitelnost odpadní vody, což významně snižuje zatížení následných aerobních nebo anaerobních systémů a celý proces léčby činí stabilnější a spolehlivější.

2. role při čištění odpadních vod
V moderních systémech čištění odpadních vod a hydrolýzy a okyselení často slouží jako klíčový krok před nebo meziproduktem. Například v procesu AB je fáze primárně prováděna hydrolýzu a okyselení a přeměňuje makromolekuly na malé molekuly. Instalace hydrolýzy a acidifikační nádrže proti proudu od reaktoru UASB může účinně zlepšit vlastnosti vlivu, což významně zvyšuje účinnost následného anaerobního trávení. Při čištění odpadních vod pro průmyslová odvětví, jako jsou potraviny, tvorba papíru a léčiva, hydrolýzy a acidifikační nádrže, často slouží jako spojovací jednotka a připravují cestu pro následné pokročilé ošetření. Lze říci, že hydrolýza a acidifikační nádrž není jen „jednotkou předúpravy“ při čištění odpadních vod, ale také „vyrovnávací a konverzní jádro“, které určuje stabilní a efektivní provoz celého systému.

3. Stav výzkumu a aplikací
Technologie hydrolýzy a okyselení se vyvinula relativně brzy. V 70. letech, s rozšířeným přijetím anaerobních digestivních procesů, si vědci postupně uvědomili, že přidání hydrolýzy a acidifikační fáze před anaerobním trávením může účinně zlepšit celkovou účinnost systému, což vede k jeho praktické aplikaci. Země v Evropě a Spojených státech široce rozmístily procesy hydrolýzy a okyselení v městských čistírnách odpadních vod a některé procesy čištění průmyslových odpadních vod, které hromadí rozsáhlé provozní zkušenosti.

Od 80. let 20. století se technologie hydrolýzy a okyselení postupně dozrála kombinací importovaných technologií a nezávislého výzkumu. V současné době se široce používá nejen ve velkém městském čistírnách odpadních vod, ale také v čištění odpadních vod ve farmaceutickém, zpracování potravin, tisku a barvení, kůže a akvakulturním průmyslu. V posledních letech, s rostoucími environmentálními standardy a rostoucím energetickým tlakem, se rozvoj technolýzy a acifikační technologie klade větší důraz na optimalizaci nádrže, optimalizaci mikrobiální komunity a integraci s dalšími novými procesy, což prokazuje široké vyhlídky na aplikaci.

1. Proces hydrolýzy
Hydrolýza je prvním krokem v provozu hydrolýzy a acidifikační nádrže. Odpadní voda často obsahuje velká množství nerozpustné nebo špatně rozpustné organické hmoty s vysokou molekulovou hmotností, jako jsou proteiny, tuky, škroby, celulóza a lignin. Tyto makromolekuly jsou neefektivně využívány přímo aerobními nebo anaerobními mikroorganismy, nebo dokonce obtížně rozložitelné, což vede k neefektivní léčbě. Hydrolytické bakterie vylučují extracelulární enzymy, aby se tyto makromolekuly rozložily na menší rozpustné látky. Například proteázy rozkládají proteiny na peptidy a aminokyseliny, lipázy rozkládají triglyceridy na glycerol a mastné kyseliny a amylázy rozkládají polysacharidy na glukózu a maltózu. Tyto menší molekuly jsou nejen rozpustnější, ale také snadněji dostupné jiným mikroorganismům, což položí základ pro následnou acifikační fázi.

2. Proces okyselení
Okyselení je klíčovým krokem po hydrolýze. Během této fáze se bakterie produkující kyseliny proliferují a využívají malé molekuly vytvořené během fáze hydrolýzy skrz komplexní metabolické dráhy k produkci různých těkavých mastných kyselin (VFA), jako je kyselina octová, kyselina propionová a kyselina butylová. Produkují také malé množství alkoholu, vodíku a oxidu uhličitého. Tento proces nejen snižuje podíl refrakterních látek v odpadní vodě, ale také výrazně zlepšuje jeho biologickou rozložitelnost. Těkavé mastné kyseliny jsou vynikajícími substráty pro mnoho anaerobních methanogenů a aerobních mikroorganismů a lze je rychle využít, čímž zajišťují stabilní a efektivní provoz následných procesů.

3. mikrobiální komunita
Proces hydrolýzy acidifikace zahrnuje širokou škálu mikroorganismů, především hydrolytických bakterií, acidogenních bakterií a některých fakultativních anaerobes. Hydrolytické bakterie rozkládají velké molekuly, zatímco acidogenní bakterie je dále ferzují za účelem produkce malých molekul. Tito dva se navzájem doplňují a tvoří základní hnací sílu procesu hydrolýzy. Výzkum ukázal, že mikrobiální komunita v hydrolýzou acidifikačních nádržích je velmi rozmanitá. Tato rozmanitost zajišťuje, že nádrž může současně zpracovat řadu typů organických látek a zlepšit celkovou účinnost.

4. Dopad na následnou léčbu
Těkavé mastné kyseliny u produktů s hydrolýzou je velký význam pro následnou léčbu. Za prvé, VFA jsou přímými substráty pro methanogeny a mohou výrazně zvýšit účinnost produkce plynu anaerobního trávení. Za druhé, přítomnost VFA významně zvyšuje poměr BOD₅/CODCR odpadních vod, čímž se zlepšuje léčebnou výkonnost anaerobních, anoxických a aerobních procesů. Hydrolýza a okyselení proto není jen nezávislým procesem, ale také klíčovým spojením, které spojuje anaerobní a aerobní ošetření, což optimalizuje celý léčebný řetězec.

1. Funkční charakteristiky
Funkce hydrolýzy a acidifikační nádrže lze shrnout jako „rozklad, transformace a vyrovnávací paměť“. Za prvé, může rozdělit vzpomínkové makromolekuly na menší molekuly, čímž degraduje organickou hmotu. Za druhé, transformuje formu látek produkcí kyseliny a zlepšuje biologickou rozložitelnost. Nakonec působí jako regulátor a pufr v celém systému čištění odpadních vod, což účinně snižuje tlak na následující léčebné jednotky.

2. charakteristiky procesu
Hydrolýzy a acidifikační nádrže pracují za relativně flexibilních podmínek, vyžadují energeticky náročné provzdušňovací systémy a vyžadují pouze anaerobní prostředí. To má za následek výrazně nižší spotřebu energie než tradiční aerobní procesy. Kromě toho jsou požadavky na řízení relativně jednoduché; Provozovatelé musí pouze kontrolovat kvalitu a objem vlivu a udržovat odpovídající teplotu a pH. Vzhledem k bohaté mikrobiální komunitě v nádržích, která má silnou přizpůsobivost a toleranci, jsou hydrolýzy a acidifikační nádrže vysoce odolné vůči kolísání kvality vody a zatížení šoků.

3. omezení
Zatímco hydrolýzy a acidifikační nádrže nabízejí řadu výhod, mají také určitá omezení. Zaprvé, použití samotné hydrolýzy a acidifikační nádrže je obtížné dosáhnout standardů odpadních vod a obvykle vyžaduje integraci s jinými procesy. Za druhé, proces hydrolýzy a okyselení je citlivý na teplotu, zejména při nízkých teplotách, kde mikrobiální aktivita významně klesá, což vede ke snížení účinnosti léčby. Kromě toho hydrolýzy a acidifikační nádrže obecně vyžadují dlouhou hydraulickou retenční dobu (HRT) a zabírají relativně velkou oblast, což může být omezením v oblastech omezených na pozemky. A konečně, protože anaerobní metabolismus může produkovat zápachové plyny, musí být při navrhování a provozu zvážena opatření k utěsnění a deodorizaci.

1. Struktura
V závislosti na vlastnostech odpadních vod a požadavcích na čištění mají hydrolýzu a acidifikační nádrže různé strukturální typy:

Hydrolýzy a okyselení nádrží na plug-to-tok: Odpadní voda vstupuje na jednom konci a je postupně prosazována tělem nádrže. Jak se HRT zvyšuje, proces hydrolýzy a okyselení je postupně dokončen. Tento typ nádrže je jednoduchý ve struktuře a snadno se spravuje, ale může představovat riziko zkratu.

V nádrži je navržen zmatený průtokový reaktor (ABR): Více kompartmentů, což umožňuje proudění odpadních vod v řezech, každá část schopná podstoupit nezávislou hydrolýzu a acidifikační reakce. To nejen prodlužuje dobu kontaktu mezi odpadními vodami a mikroorganismy, ale také zvyšuje celkovou účinnost.

Plněný biofilmový reaktor: V nádrži je umístěno velké množství plniva, což umožňuje mikroorganismům připevnit a růst. Výplně zvyšuje specifickou povrchovou plochu, výrazně zvyšuje biomasu a způsobuje, že je vhodná pro čištění odpadních vod střední a vysoce koncentrační.

2. Klíčové body návrhu nádrže
Při navrhování hydrolýzy a acidifikační nádrže je třeba vzít v úvahu následující klíčové úvahy:

Hydraulická retenční doba (HRT): Obvykle 6–12 hodin, i když pro odpadní vodu s vysokou koncentrací mohou být vyžadovány delší časy.

Objemové zatížení: Obecně řízeno v rozsahu 1–3 kg CODCR/(m³ · d), aby byla zajištěna stabilita systému.

Systém distribuce vody: Zajistěte rovnoměrné rozdělení příchozí vody, abyste se vyhnuli zkratování a mrtvých míst.

Agitace a míchání: Některé návrhy zahrnují agitační zařízení nebo recirkulační systémy, aby se zabránilo akumulaci sedimentu a zlepšilo účinnost kontaktu mezi mikroorganismy a substrátem.

3. mikroorganismy a plniva
Mikroorganismy v hydrolýze a acidifikačních nádržích mají tendenci růst především připevněním, což činí výběr výplně zásadní. Mezi běžné plniva patří voštinové nakloněné trubky a elastické trojrozměrné plnivy. Tyto plniva mají velkou povrchovou plochu a poskytují stabilní prostředí pro připojení pro mikroorganismy, čímž se zvyšuje biomasa v nádrži. Rovněž zvyšují turbulenci vody a podporují přenos hmoty. Kal v nádrži je obecně složen z flokulentního nebo granulového kalu, který usnadňuje sedimentaci a separaci pevných kapalin. Rozmanitost struktury mikrobiální komunity zajišťuje, že systém může současně léčit více znečišťujících látek, což zlepšuje celkovou stabilitu.

1. Výhody
Vylepšená biologická rozložitelnost: Poměr BOD₅/CODCR je výrazně zlepšen a vytváří příznivé podmínky pro následující procesy.

Odolnost proti nárazu: Efektivně zmírňuje významné výkyvy kvality nebo množství vody.

Nízká produkce kalů: Ve srovnání s aerobními systémy vytvářejí anaerobní systémy méně nadbytečných kalů, což snižuje tlak na ošetření kalu.

2. nevýhody

Je obtížné splnit standardy odpadních vod pomocí této metody samotné: obvykle vyžaduje integraci s jinými procesy.

Omezení teploty: Účinnost léčby klesá při nízkých zimních teplotách.

Velká stopa: vysoké požadavky na zdroje půdy.

Generování zápachu: K řízení jsou nutná ventilace a deodorizační opatření.

1. Organická odpadní voda s vysokou koncentrací
Odpadní voda z průmyslových odvětví, jako je zpracování potravin, porážka, akvakultura, lékárny, kůže a papír, mají často vysoké koncentrace organické hmoty. Přímé krmení do aerobní nádrže by mělo za následek závažné přetížení a zvýšení spotřeby energie. V takových případech může instalace hydrolýzy a acidifikační nádrže, aby se původně snížila koncentrace CODCR a zlepšila biologickou rozložitelnost, výrazně zlepšit celkový výkon systému.

2. Odpadní voda se špatnou biologickou rozložitelností
Odpadní voda z tisku a barvení, léčiv a chemického průmyslu má často poměr CODCR/BOD₅ přesahující 2,5, což ukazuje na špatnou biologickou rozložitelnost. Přímé krmení do aerobní nádrže by mělo za následek suboptimální odstranění a vysokou provozní spotřebu energie. Hydrolýza a okyselení ošetření může významně zlepšit biologickou rozložitelnost, čímž se aerobní jednotky stávají ekonomičtějšími a efektivnějšími.

3. situace s velkými výkyvy kvality a množství vody
Některé průmyslové podniky zažívají nerovnoměrný výboj odpadních vod a kvalita vody často kolísá se změnami výrobních procesů. Hydrolýzy a acidifikační nádrže mohou sloužit jako pufry, stabilizovat kvalitu a množství vlivu, což zabraňuje následným systémům, aby prožívaly šoky, které by mohly vést ke snížení účinnosti nebo dokonce kolapsu.

4. spojení se specifickými procesy
V procesech AB jsou nezbytné hydrolýzy a acidifikační nádrže. Instalace hydrolýzy a acidifikační nádrže před anaerobními reaktory, jako jsou UASB a IC, může významně zlepšit účinnost produkce plynu a stabilitu anaerobního systému. Přidání kroku hydrolýzy a okyselení před aerobním ošetřením nebo pokročilou oxidací také vytváří lepší podmínky pro následné reakce.

5. Potřeba zlepšit celkovou odolnost proti šokům
Centralizované léčebné systémy v městských čistírnách odpadních vod a průmyslových parcích často vyskytují náhlé znečištění nebo náhlé zvýšení objemu vody. Pro zlepšení celkové odolnosti proti šokům se k toku procesu často přidávají hydrolýzy a acidifikační nádrže, aby se zabránilo nestabilitě systému.

1. čistírnu městských odpadních vod
Velká městská čistírna odpadních vod používá proces AB, přičemž oddíl A je nádrž na hydrolýzu a okyselení. Provozní výsledky ukazují, že oddíl A nejen odstraňuje přibližně 30% COD₂CR u vlivu, ale také významně zlepšuje biologickou rozložitelnost odpadní vody. Aerobní ošetření v oddíle B poskytuje další stabilitu, přičemž odtok trvale splňuje standardy, což prokazuje nenahraditelnou roli hydrolýzy a acidifikační nádrže při čištění městských odpadních vod.

2.. Odpadní voda potravinářství
V mlékárně měla odpadní voda koncentraci COD₂CR až 6000 mg/l a obsahovala významná množství proteinu a tuku. Přímé krmení odpadní vody do aerobního systému by mělo za následek nadměrnou poptávku kyslíku a vysoké spotřebě energie. Po předběžné úpravě v hydrolýze a acidifikační nádrži byl COD₂CR snížen na 3000 mg/l a poměr BOD₅/COD₂CR se zvýšil z 0,28 na 0,5. Následně odtok vstoupil do aerobní léčebné jednotky a důsledně splňoval národní emisní standardy.

3. farmaceutická odpadní voda
Farmaceutická odpadní voda má komplexní složení, často obsahující nepřekonatelnou organickou hmotu a poměr nízkého Bod₅/Cod₅. Po ošetření v hydrolýze a acidifikační nádrži dosahují rychlosti odstranění COD₅ 20–40%, což významně zlepšuje biologickou rozložitelnost. Následná léčba pomocí procesu oxidace kontaktu stabilizuje hladinu kodovky a amoniaku v přijatelných limitch, což prokazuje klíčovou roli hydrolýzy a acidifikačních nádrží při zpracování farmaceutických odpadních vod.