توضیح دقیق فرآیند مخزن اسیدی سازی هیدرولیز

1 پس زمینه
با سرعت بخشیدن به سرعت صنعتی شدن و رشد سریع جمعیت های شهری ، تقاضای جامعه برای منابع آب در حال افزایش است و تخلیه فاضلاب نیز در یک روند رو به بالا است. اگر مقادیر زیادی فاضلاب حاوی آلاینده های آلی مستقیماً بدون تصفیه در بدن طبیعی آب تخلیه شود ، می تواند منجر به آلودگی جدی رودخانه ها ، دریاچه ها و آبهای زیرزمینی شود و باعث ایجاد یک سری مشکلات محیطی مانند بیرون آمدن و مرگ زندگی آبزی شود. روشهای سنتی تصفیه فاضلاب ، مانند لجن فعال و اکسیداسیون تماس ، بیشتر مبتنی بر تصفیه هوازی است. در حالی که این فرایندها برای از بین بردن غلظت کم- ، فاضلاب زیست تخریب پذیر مؤثر هستند ، آنها به طور فزاینده ای در برابر فاضلاب آلی-}} با فاضلاب صنعتی با تخریب پذیری ضعیف ، مانند مصرف انرژی بالا ، دشواری در تصفیه و اثرات ناپایدار آسیب پذیر شده اند.

در برابر این زمینه ، محققان شروع به جستجوی هزینه های بیشتر-} فرایندهای پیش درمانی مؤثر و کارآمد کرده اند. مخزن اسیدی سازی هیدرولیز برای رسیدگی به کاستی های فرآیندهای سنتی پیشنهاد شد. مفهوم اصلی آن استفاده از عملکردهای متابولیک میکروارگانیسم های بی هوازی و باکتریهای هیدرولیتیک و اسیدوژن است تا به تدریج ماکرومولکولهای بازگردان را به مولکولهای کوچک محلول تجزیه کنند ، که سپس به موادی مانند اسیدهای چرب فرار تبدیل می شوند که به راحتی توسط واحدهای بیولوژیکی متعاقب تخریب می شوند. این باعث تجزیه تجزیه پذیری فاضلاب می شود ، بار را به میزان قابل توجهی در سیستم های هوازی یا بی هوازی بعدی کاهش می دهد و باعث می شود کل فرآیند تصفیه پایدار و قابل اطمینان تر شود.

2. نقش در تصفیه خانه فاضلاب
در سیستم های تصفیه خانه فاضلاب مدرن ، مخازن هیدرولیز و اسیدی سازی اغلب به عنوان یک مرحله قبل - یا مرحله متوسط ​​عمل می کنند. به عنوان مثال ، در فرآیند AB ، مرحله در درجه اول هیدرولیز و اسیدی سازی را انجام می دهد و ماکرومولکول ها را به مولکول های کوچک تبدیل می کند. نصب یک هیدرولیز و اسیدی سازی مخزن در بالادست راکتور UASB می تواند به طور موثری خواص تأثیرگذار را بهبود بخشد ، به طور قابل توجهی کارایی هضم بی هوازی بعدی را افزایش می دهد. در تصفیه فاضلاب برای صنایعی مانند مواد غذایی ، پاپرم سازی و داروسازی ، هیدرولیز و مخازن اسیدی سازی اغلب به عنوان یک واحد اتصال خدمت می کنند و راه را برای درمان پیشرفته بعدی هموار می کنند. می توان گفت که مخزن هیدرولیز و اسیدی سازی نه تنها "واحد پیش تصفیه" در تصفیه فاضلاب بلکه "هسته بافر و تبدیل" است که عملکرد پایدار و کارآمد کل سیستم را تعیین می کند.

10. تحقیق و وضعیت کاربرد
فناوری هیدرولیز و اسیدی سازی نسبتاً زود توسعه یافته است. در دهه 1970 ، با اتخاذ گسترده فرآیندهای هضم بی هوازی ، دانشمندان به تدریج فهمیدند که اضافه کردن یک مرحله هیدرولیز و اسیدی شدن قبل از هضم بی هوازی می تواند به طور موثری کارآیی کلی سیستم را بهبود بخشد و منجر به کاربرد عملی آن شود. کشورها در اروپا و ایالات متحده به طور گسترده فرایندهای هیدرولیز و اسیدی شدن را در کارخانه های تصفیه خانه فاضلاب شهرداری و برخی فرآیندهای تصفیه فاضلاب صنعتی مستقر کرده اند و تجربه عملیاتی گسترده ای را جمع می کنند.

از دهه 1980 ، هیدرولیز و فناوری اسیدی سازی به تدریج از طریق ترکیبی از فناوری های وارداتی و تحقیقات مستقل بالغ شده است. در حال حاضر ، از آن نه تنها در کارخانه های تصفیه فاضلاب شهری در مقیاس بزرگ {{2} بلکه در تصفیه فاضلاب در صنایع دارویی ، فرآوری مواد غذایی ، چاپ و رنگ آمیزی ، چرم و آبزی پروری نیز استفاده می شود. در سالهای اخیر ، با افزایش استانداردهای زیست محیطی و افزایش فشارهای انرژی ، توسعه هیدرولیز و فناوری اسیدی سازی تأکید بیشتری بر بهینه سازی مخزن ، بهینه سازی جامعه میکروبی و ادغام با سایر فرآیندهای جدید نشان داده و چشم انداز برنامه های گسترده ای را نشان می دهد.

1 فرآیند هیدرولیز
هیدرولیز اولین قدم در عملکرد یک مخزن هیدرولیز و اسیدی شدن است. فاضلاب غالباً حاوی مقادیر زیادی از مواد آلی با وزن-}}}}}}}}}}}}}-}- مانند پروتئین ، چربی ها ، نشاسته ها ، سلولز و لیگنین است. این ماکرومولکول ها به طور مستقیم توسط میکروارگانیسم های هوازی یا بی هوازی مورد استفاده قرار می گیرند ، یا حتی تجزیه آن دشوار می شوند و در نتیجه درمان ناکارآمد ایجاد می شود. باکتری های هیدرولیتیک آنزیم های خارج سلولی را ترشح می کنند تا به تدریج این ماکرومولکول ها را به مواد کوچکتر و محلول تقسیم کنند. به عنوان مثال ، پروتئازها پروتئین ها را به پپتیدها و اسیدهای آمینه تجزیه می کنند ، لیپازها تری گلیسیریدها را به گلیسرول و اسیدهای چرب تجزیه می کنند و آمیلازها پلی ساکاریدها را به داخل گلوکز و مالتوز تجزیه می کنند. این مولکول های کوچکتر نه تنها محلول تر هستند بلکه به راحتی در دسترس سایر میکروارگانیسم ها نیز در دسترس هستند و پایه و اساس مرحله اسیدی شدن بعدی را ایجاد می کنند.

2. فرآیند اسیدی شدن
اسیدی شدن یک گام کلیدی به دنبال هیدرولیز است. در طی این مرحله ، اسید- تولید باکتری ها از مولکولهای کوچک تشکیل شده در مرحله هیدرولیز از طریق مسیرهای متابولیک پیچیده برای تولید اسیدهای چرب فرار (VFA) مانند اسید استیک ، اسید پروپونیون و اسید بوتیریک استفاده می کنند. آنها همچنین مقادیر کمی الکل ، هیدروژن و دی اکسید کربن تولید می کنند. این فرآیند نه تنها نسبت مواد نسوز در فاضلاب را کاهش می دهد بلکه باعث بهبود قابل توجهی تجزیه پذیری آن می شود. اسیدهای چرب فرار بسترهای عالی برای بسیاری از متانوجن های بی هوازی و میکروارگانیسم های هوازی هستند و می توانند به سرعت مورد استفاده قرار گیرند ، در نتیجه اطمینان از عملکرد پایدار و کارآمد فرآیندهای بعدی.

3 جامعه میکروبی
فرآیند اسیدی شدن هیدرولیز- شامل طیف گسترده ای از میکروارگانیسم ها ، در درجه اول باکتری های هیدرولیتیک ، باکتری های اسیدوژن و برخی از بی هوازی های شهری است. باکتریهای هیدرولیتیک مولکول های بزرگ را تجزیه می کنند ، در حالی که باکتری های اسیدوژنیک آنها را برای تولید مولکولهای کوچک تخمیر می کنند. این دو نفر یکدیگر را مکمل می کنند و نیروی محرک اصلی هیدرولیز- اسیدی سازی را تشکیل می دهند. تحقیقات نشان داده است که جامعه میکروبی در هیدرولیز {5} مخازن اسیدی سازی بسیار متنوع است. این تنوع تضمین می کند که مخزن می تواند به طور همزمان انواع مختلفی از مواد آلی را پردازش کند و باعث بهبود کارایی کلی شود.

4. تأثیر در درمان بعدی
اسیدهای چرب فرار در هیدرولیز - محصولات اسیدی سازی برای درمان بعدی از اهمیت زیادی برخوردار هستند. در مرحله اول ، VFA ها بسترهای مستقیم برای متانوژن ها هستند و می توانند راندمان تولید گاز هضم بی هوازی را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. ثانیا ، حضور VFA ها به طور قابل توجهی نسبت BOD₅/CODCR فاضلاب را افزایش می دهد و از این طریق عملکرد تصفیه فرآیندهای بی هوازی ، بی هوازی و هوازی را بهبود می بخشد. بنابراین ، هیدرولیز و اسیدی شدن نه تنها یک فرآیند مستقل بلکه یک پیوند مهم است که درمان بی هوازی و هوازی را به هم متصل می کند و کل زنجیره درمانی را بهینه می کند.

1. خصوصیات عملکردی
عملکرد یک هیدرولیز و مخزن اسیدی سازی را می توان به عنوان "تجزیه ، تحول و بافر" خلاصه کرد. اول ، می تواند ماکرومولکول های recalcitrant را به مولکول های کوچکتر تجزیه کند ، در نتیجه مواد آلی را تحقیر می کند. دوم ، این شکل از طریق تولید اسید ، باعث بهبود تجزیه پذیری می شود. سرانجام ، به عنوان یک تنظیم کننده و بافر در کل سیستم تصفیه فاضلاب عمل می کند ، و به طور موثری فشار را روی واحدهای تصفیه بعدی کاهش می دهد.

2. مشخصات فرآیند
مخازن هیدرولیز و اسیدی سازی در شرایط نسبتاً انعطاف پذیر کار می کنند و نیازی به انرژی-} سیستم هوادهی فشرده ندارند و فقط به یک محیط بی هوازی نیاز دارند. این منجر به مصرف انرژی به طور قابل توجهی پایین تر از فرآیندهای هوازی سنتی می شود. علاوه بر این ، الزامات مدیریت نسبتاً ساده است. اپراتورها فقط نیاز به کنترل کیفیت و حجم تأثیرگذار دارند و دمای و pH مناسب را حفظ می کنند. با توجه به جامعه میکروبی غنی در مخازن ، که دارای سازگاری و تحمل قوی است ، مخازن هیدرولیز و اسیدی سازی در برابر نوسانات کیفیت آب و شوک بار بسیار مقاوم هستند.

محدودیت ها
در حالی که مخازن هیدرولیز و اسیدی سازی مزایای بی شماری را ارائه می دهند ، اما محدودیت هایی نیز دارند. اول ، استفاده از هیدرولیز و مخزن اسیدی سازی به تنهایی دستیابی به استانداردهای پساب دشوار است و به طور معمول نیاز به ادغام با سایر فرآیندهای دارد. دوم ، فرآیند هیدرولیز و اسیدی شدن دما- حساس است ، به خصوص در دماهای پایین ، جایی که فعالیت میکروبی به طور قابل توجهی کاهش می یابد و منجر به کاهش راندمان درمانی می شود. علاوه بر این ، مخازن هیدرولیز و اسیدی سازی به طور کلی به یک زمان احتباس طولانی هیدرولیک (HRT) نیاز دارند و یک منطقه نسبتاً بزرگ را اشغال می کنند ، که می تواند یک محدودیت در مناطق محدود- باشد. سرانجام ، زیرا متابولیسم بی هوازی می تواند گازهای بو بوی تولید کند ، اقدامات آب بندی و دئودوریزاسیون باید در طول طراحی و بهره برداری در نظر گرفته شود.

1. ساختار
بسته به خصوصیات فاضلاب و الزامات تصفیه ، مخازن هیدرولیز و اسیدی سازی انواع ساختاری مختلفی دارند:

پلاگین- هیدرولیز جریان و مخازن اسیدی سازی: فاضلاب در یک انتها وارد می شود و به تدریج از طریق بدنه مخزن هل می شود. با افزایش HRT ، فرایند هیدرولیز و اسیدی شدن به تدریج تکمیل می شود. این نوع مخزن از نظر ساختار ساده است و به راحتی قابل مدیریت است ، اما ممکن است خطر اتصال کوتاه- را نشان دهد.

یک راکتور جریان مبهوت (ABR): محفظه های متعدد در مخزن طراحی شده اند و به فاضلاب اجازه می دهد تا در بخش ها جریان یابد ، هر بخش قادر به انجام هیدرولیز مستقل و واکنش های اسیدی شدن است. این نه تنها زمان تماس بین فاضلاب و میکروارگانیسم ها را گسترش می دهد بلکه باعث افزایش کارایی کلی می شود.

راکتور بیوفیلم پر شده: مقدار زیادی از پرکننده در داخل مخزن قرار می گیرد و به میکروارگانیسم ها اجازه می دهد تا وصل و رشد کنند. پرکننده سطح خاص سطح خاص را افزایش می دهد ، به طور قابل توجهی زیست توده را افزایش می دهد و آن را برای تصفیه فاضلاب متوسط ​​{1}} و بالا -}} مناسب می کند.

2. نقاط کلیدی طراحی مخزن
هنگام طراحی مخزن هیدرولیز و اسیدی سازی ، ملاحظات کلیدی زیر را باید در نظر گرفت:

زمان احتباس هیدرولیک (HRT): به طور معمول 6-12 ساعت ، اگرچه ممکن است زمان طولانی تر برای فاضلاب غلظت {{2} زیاد باشد.

بار حجمی: به طور کلی در محدوده 1-3 کیلوگرم CODCR/(m³ · d) کنترل می شود تا از ثبات سیستم اطمینان حاصل شود.

سیستم توزیع آب: از توزیع آب ورودی حتی اطمینان حاصل کنید که از مدار و نقاط مرده کوتاه-.

آشفتگی و اختلاط: برخی از طرح ها برای جلوگیری از تجمع رسوب و بهبود راندمان تماس بین میکروارگانیسم ها و بستر ، دستگاه های تحریک کننده یا سیستم های چرخش را در بر می گیرند.

3 میکروارگانیسم ها و پرکننده ها
میکروارگانیسم ها در هیدرولیز و مخازن اسیدی سازی در درجه اول با دلبستگی رشد می کنند و انتخاب پرکننده را بسیار مهم می کند. پرکننده های متداول شامل لوله های شیب دار لانه زنبوری و پرکننده های بعدی-}} هستند. این پرکننده ها دارای یک سطح بزرگ هستند و یک محیط دلبستگی پایدار را برای میکروارگانیسم ها فراهم می کنند و از این طریق زیست توده درون مخزن را افزایش می دهند. آنها همچنین باعث افزایش تلاطم آب می شوند و باعث انتقال جرم می شوند. لجن موجود در مخزن به طور کلی از لجن فلوک یا گرانول تشکیل شده است ، که رسوب و جداسازی مایع {5} را تسهیل می کند. تنوع ساختار جامعه میکروبی تضمین می کند که سیستم می تواند به طور همزمان چندین آلاینده را درمان کند و ثبات کلی را بهبود بخشد.

1. مزایا
بهبود تجزیه پذیری بهبود یافته: نسبت BOD₅/CODCR به طور قابل توجهی بهبود یافته و شرایط مطلوب را برای فرآیندهای بعدی ایجاد می کند.

مقاومت در برابر بار شوک: به طور موثری نوسانات قابل توجهی در کیفیت یا کمیت آب را کاهش می دهد.

تولید لجن کم: در مقایسه با سیستم های هوازی ، سیستم های بی هوازی لجن اضافی کمتری تولید می کنند و باعث کاهش فشار بر روی لجن می شوند.

2. مضرات

رعایت استانداردهای پساب با استفاده از این روش به تنهایی دشوار است: معمولاً نیاز به ادغام با سایر فرآیندها دارد.

محدودیت های دما: اثربخشی درمان در دمای پایین زمستان کاهش می یابد.

ردپای بزرگ: الزامات منابع زمین بالا.

تولید بو: برای کنترل آن اقدامات تهویه و دئودوریزاسیون لازم است.

1. High- فاضلاب ارگانیک غلظت
فاضلاب از صنایعی مانند فرآوری مواد غذایی ، ذبح ، آبزی پروری ، داروسازی ، چرم و پاپرم سازی اغلب غلظت مواد آلی بالایی دارد. تغذیه مستقیم آن در یک مخزن هوازی منجر به اضافه بار شدید و افزایش مصرف انرژی می شود. در چنین مواردی ، نصب هیدرولیز و مخزن اسیدی سازی برای کاهش غلظت CODCR و بهبود تجزیه پذیری می تواند عملکرد کلی سیستم را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد.

2. فاضلاب با تجزیه پذیری ضعیف
فاضلاب از چاپ و رنگ آمیزی ، داروسازی و صنایع شیمیایی اغلب دارای نسبت CODCR/BOD₅ بیش از 2.5 است که نشانگر تجزیه پذیری ضعیف است. تغذیه مستقیم آن به یک مخزن هوازی منجر به حذف زیر حد و مصرف انرژی زیاد می شود. هیدرولیز و درمان اسیدی سازی می تواند به طور قابل توجهی تجزیه پذیری را بهبود بخشد و واحدهای هوازی اقتصادی تر و کارآمدتر شود.

3. موقعیت هایی با نوسانات زیاد در کیفیت و کمیت آب
برخی از شرکتهای صنعتی تخلیه فاضلاب ناهموار را تجربه می کنند و کیفیت آب اغلب با تغییر در فرآیندهای تولید نوسان دارد. مخازن هیدرولیز و اسیدی سازی می توانند به عنوان بافر ، تثبیت کیفیت و کمیت تأثیرگذار ، از تجربه سیستم های بعدی شوک هایی که می تواند منجر به کاهش کارایی یا حتی فروپاشی شود ، استفاده کنند.

4. اتصال با فرآیندهای خاص
در فرآیندهای AB ، هیدرولیز و مخازن اسیدی سازی ضروری هستند. نصب مخزن هیدرولیز و اسیدی قبل از راکتورهای بی هوازی مانند UASB و IC می تواند به طور قابل توجهی راندمان تولید گاز و پایداری سیستم بی هوازی را بهبود بخشد. اضافه کردن یک مرحله هیدرولیز و اسیدی شدن قبل از درمان هوازی یا اکسیداسیون پیشرفته نیز شرایط بهتری برای واکنشهای بعدی ایجاد می کند.

5. نیاز به بهبود مقاومت کلی شوک
سیستم های درمانی متمرکز در کارخانه های تصفیه خانه فاضلاب شهری و پارک های صنعتی اغلب آلودگی ناگهانی یا افزایش ناگهانی در حجم آب را تجربه می کنند. برای بهبود مقاومت کلی شوک ، هیدرولیز و مخازن اسیدی سازی اغلب برای جلوگیری از بی ثباتی سیستم به جریان فرآیند اضافه می شوند.

1. تصفیه خانه فاضلاب شهری
یک تصفیه خانه فاضلاب شهری بزرگ از یک فرآیند AB استفاده می کند که بخش A مخزن هیدرولیز و اسیدی سازی است. نتایج عملیاتی نشان می دهد که بخش A نه تنها 30 ٪ از COD₂CR را در تأثیرگذار حذف می کند بلکه باعث بهبود قابل توجهی تجزیه پذیری فاضلاب می شود. درمان هوازی در بخش B ثبات بیشتری را فراهم می کند ، با پساب به طور مداوم مطابق با استانداردها ، نقش غیر قابل تعویض هیدرولیز و مخزن اسیدی شدن در تصفیه خانه فاضلاب شهری را نشان می دهد.

2. فاضلاب صنایع غذایی
در یک گیاه لبنی ، فاضلاب غلظت Cod₂CR به اندازه 6000 میلی گرم در لیتر داشت و حاوی مقادیر قابل توجهی پروتئین و چربی بود. تغذیه مستقیم فاضلاب به سیستم هوازی منجر به تقاضای بیش از حد اکسیژن و مصرف انرژی بالا می شود. پس از پیش درمانی در مخزن هیدرولیز و اسیدی سازی ، COD₂CR به 3000 میلی گرم در لیتر کاهش یافت و نسبت BOD₅/COD₂CR از 0.28 به 0.5 افزایش یافت. پس از آن ، پساب وارد واحد درمانی هوازی شد و به طور مداوم استانداردهای انتشار ملی را رعایت کرد.

3. فاضلاب دارویی
فاضلاب دارویی دارای یک ترکیب پیچیده است ، که اغلب حاوی ماده آلی recalcitrant و نسبت BOD₅/COD₅ کم است. پس از درمان در یک هیدرولیز و مخزن اسیدی سازی ، میزان حذف کدگذاری به 20-40 ٪ می رسد ، که به طور قابل توجهی تجزیه پذیری را بهبود می بخشد. درمان بعدی با استفاده از یک فرآیند اکسیداسیون تماس ، سطح کادوی پساب و نیتروژن آمونیاک را در محدوده قابل قبول تثبیت می کند ، که نشان دهنده نقش مهم هیدرولیز و مخازن اسیدی شدن در تصفیه فاضلاب دارویی است.