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行业知识

水解酸化预处理工艺 2020

编辑:白菜大全自动送彩金时间:2020-06-08

一、水解酸化的定义

水解在化学上是化合物与水进行反应的统称,是通过共价键发生变化或断裂,引起化合物在分子结构、形态上发生变化,将复杂的非溶解性聚合物转化为简单、易溶单体或二聚体的过程。其实质是一种酶促反应过程。

在生物降解处理过程中,水解是指有机质进入细胞前,在胞外进行的酶促生化反应,微生物通过释放的胞外酶和连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化氧化反应,实现大分子物质结构的断裂和不溶性物质的水溶。水解过程常常是各种难降解大分子有机物质进行生物处理的限速阶段。

酸化是有机化合物作为电子受体同时也是电子供体的生物降解过程,其实质是一种厌氧发酵过程。经水解生成的小分子有机物进入发酵菌的细胞内,在胞内酶作用下分解为各种类型的挥发性有机酸,如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸以及乳酸等。

水解酸化过程可以提高废水的生物降解性能,改变难生物降解有机物质生物处理的路径。

二、水解酸化的工艺原理

从原理上讲,水解酸化是厌氧消化全过程的前段。厌氧硝化过程一般可分为产酸段和产甲烷段,包括:水解、酸化、产乙酸、产甲烷等过程。

水解酸化工艺是基于厌氧生物处理技术发展起来的。利用兼性水解酸化菌,将复杂有机物的降解,控制在厌氧消化中转化为简单有机物阶段,即水解酸化阶段。

水解酸化过程往往难以绝对分开,可以独立的作为一种预处理工艺。

水解酸化追求的结果,是BOD值升高,COD值降低,BOD/COD比值升高,可生化性增强。

三、水解酸化工艺的特点

自20世纪80年代,国内外研究学者对厌氧水解酸化的研究越来越关注。水解酸化作为一种介于好氧和厌氧之间的污水处理技术,可处理高浓度、难降解废水,具有设施容积小,处理水量大,运行费用低,污染物去除率高,可同步实现“水、泥”

处理等优点,逐步做为各种生化系统的预处理工艺,广泛运用于难生物降解的化工、造纸及有机物浓度高的工业废水处理中。因水解酸化预处理工艺和其他厌氧处理中的水解酸化过程追求的目标不同,各自的运行条件存在明显的差异。

1 1 、目的性不同:

水解酸化预处理的目的主要是将原水中的非溶解态有机物转变成溶解态有机物,将难降解的大分子物质转变成易降解的小分子物质,进而提高废水的可生化性,以利于后续的生物处理。主要产物是小分子:挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。

混合厌氧消化工艺中,水解酸化是和整个厌氧消化过程有机的融合一体的,共处于一个系统中,水解酸化的目的是为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质。两相厌氧消化工艺中,其产酸段(相)是将混合厌氧消化中的产酸段和产甲烷段分开,以便形成各自的最佳环境,产酸段对产生酸的形态也有要求,主要产物为乙酸。

2 、功能性菌群不同

水解酸化工艺中,优势菌是兼性厌氧菌,不同的水背景条件,优势菌尤其是参与水解的菌群差异比较大。有研究表明,水解酸化菌分布在18个属、50多个种。

厌氧消化系统中的优势菌群是专性厌氧菌。

两相厌氧消化工艺中,产酸相的优势菌群因氧化还原电位的高低而异,氧化还原电位较低时主要是厌氧菌,氧化还原电位较高时主要是兼性菌。

异养兼性菌一般具有繁殖速度快,世代周期短,适应能力强,对毒性不敏感的特性。一般而言,随着微生物耗氧能力的降低,其代谢能力和生长速率都是逐渐降低的。随着耗氧能力的降低,生化反应的半饱和常数Ks却是逐渐增大的。因而,从

热力学角度和动力学角度都说明,异养兼性菌具有比厌氧菌更强的生理代谢作用和有机质降解能力。

四、水解酸化预处理工艺的发展与应用

水解酸化常被用于废水生化处理的预处理中,尤其是难降解的化工、印染、制药、造纸等废水等高浓度有机工业废水,以减少后续处理工艺的冲击负荷,大幅度缩短后续处理工艺的HRT,从而使整个废水处理工艺流程得到优化。随之也发展了不少相关工艺和应用:

1 1 、水解酸化反应器

水解酸化反应器常被用于污水处理中代替初沉池的一个重要手段。因以提高废水可生化性为目的,水解酸化反应器出水的溶解性BOD浓度,及进出水的BOD/COD比值的变化,是非常重要的判断指标。

从操作的便利性上讲,测定反应器进、出水挥发性有机酸的变化,可间接反应水解酸化进行的程度,这是工程应用中最为简便的方法之一。进、出水中的 pH 差异越大,说明反应器内水解酸化程度越好。但当进水基质浓度较低或含有大量缓冲物质时,这一指标将不适用。而通过测定 VFA 的变化来判断反应器水解酸化的进行情况是最常用最准确的方法之一。

水解酸化反应器的中部为缺氧段,兼性厌氧菌十分活跃,大分子有机物水解,酸化效率大大提高,酸浓度提高,pH 值下降。水解酸化虽然可以把难降解的物质转化为易降解的物质,但是对多环、杂环类化合物的降解,仍是水解酸化工艺的“瓶颈”,其效能的常因菌群结构方面的原因,存在较大的差异。

2 2 、微电解- - 水解酸化工艺

通过将微电解等物化技术与水解酸化工艺结合,提高对难降解污染物的处理效能,常用于难降解废水如医药废水的预处理。

3 3 、水解- - 好氧工艺

水解-好氧循环工艺,利用水解酸化过程将大量悬浮物水解成可溶性物质、难生物降解有机物降解为易生物降解物质、大分子有机物降解为小分子物质,生化活性明显改善,在水解酸化和好氧反应器间形成废水连续恒流循环,实现废水的有效处理。该工艺能够充分利用水解酸化和好氧微生物各自的优势,加快污染物去除速率,提高去除效率,从而降低工业废水处理的投资成本和运行费用。

4 4 、水解反硝化工艺等

水解酸化和反硝化作用都在缺氧条件下进行,有机物的降解、脱氮等过程,在反应条件上可以互补,有利于系统的稳定、高效运行。该工艺可以在一个反应器,实现多种反应在时空上的统一。

5 5 、强化水解酸化工艺

通过在传统水解酸化反应器中投加功能性微生物固定化载体,使水解酸化反应器中微生物生长在载体中及载体表面,形成生物膜,丰富水解酸化菌群结构。同时,利用载体增大接触和反应表面积,有助于水解酸化微生物高效的降解污染物。




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