
水解(jiě)(酸化)原則上是厭氧消化過程的第一和第二(èr)階段,但水解(酸(suān)化(huà))過程和厭氧消化的目(mù)的不同,是一種完全不同的處理方法。水解(酸化)係統的主要目的是將原水中不溶性有機物轉化為溶解性(xìng)有機物,特別是工業廢水的處理。
水解是一類化合物與水(shuǐ)之間的化學反應(yīng)。例如,酯水(shuǐ)解形成醇和(hé)有機酸之間的反應(yīng)。在廢水(shuǐ)的生物(wù)處理中,水解是指有機物(基(jī)質)在進入細胞之前,在細胞(bāo)外進行的生(shēng)化反應。這一階段最典型的特(tè)點(diǎn)是生物反(fǎn)應的(de)部位發生在細胞外(wài)。微生物通過釋放細胞外遊離酶或附著在細(xì)胞外(wài)壁上的固定化酶來進行生物催化氧化(包括大分子鏈斷裂和水溶性)。研究表明,許多天然物質(如蛋白質、糖、脂肪等)可在好氧、缺氧或厭氧條件下順利水解。
酸(suān)化是典(diǎn)型的發酵過程。這一階段的基(jī)本特征是微(wēi)生物的代謝產(chǎn)物主要是有機酸(如乙酸、丙酸(suān)等)。水解細菌實(shí)際(jì)上是(shì)一種具有水解能(néng)力的(de)發酵細菌(jun1)。水解是一個消耗能源的過程。水解的目的是獲得發酵所需的可發酵水基質,並通過細(xì)胞內生化反應獲得(dé)能量。同時排除代謝產物(各種有機酸主要用於厭氧條件下)。希望在實際工程中盡量減少酸的生產(chǎn)過程。由(yóu)於酸化大大降(jiàng)低了pH值,不利於水解。
水解(酸化)和厭氧消化之間的差異
水解(酸化)主要是(shì)將難降解的可生物降解物質轉化為(wéi)可生物降解(jiě)物質,提高廢水的可生物降解(jiě)性(xìng),以便於(yú)後續的好(hǎo)氧生物處(chù)理。考慮到後續好氧(yǎng)處理的能耗(hào),水解(酸化)主要用於低濃度難降解廢水的預處理。
在混合厭氧消化(huà)係統中,水解酸化是混合(hé)厭氧消化過程中甲烷化階段的(de)一種底物,與整個消化過程處於同一反(fǎn)應器內。兩相(xiàng)厭氧消化的產酸階段(產(chǎn)酸階段)是將混合厭氧消化中的酸化段和產甲烷階段分(fèn)離出來,形成各(gè)自的最佳環境,同時也要求產酸(suān)的形式(shì)(主要是乙酸)。此(cǐ)外,當廢水中含有高濃度的硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸池(chí)和亞硫酸鹽(yán)時,這些物質及其轉化產物不僅對甲(jiǎ)烷幼苗有毒,而且影響甲烷(wán)的(de)質量,並在產酸(suān)階(jiē)段被去除。
因此,雖然水解(酸化-好氧)過程中的水(shuǐ)解(酸(suān)化)、兩相厭(yàn)氧(yǎng)發酵過程中的(de)產酸(suān)階段和混合厭氧(yǎng)消化過程中的產酸過程產生有機酸,但這三種處理的(de)目的是不同的(de)。他們的經營環境和條件有明顯的差異,主要表現在以下幾個方麵:
(1)Eh不同
在混合厭氧消(xiāo)化係(xì)統中,由於水解的酸化微生物和產甲烷(wán)微生物都在同一反(fǎn)應器中,整個反(fǎn)應器的氧化還原電位Eh必須首先滿足嚴格Eh的甲烷細菌,通常為1。因此,低於300mV。係統中的水解(酸化)微生物也(yě)在該潛在價值下起作用。在兩相厭氧(yǎng)消化係統中,產酸相的氧化還原電位通常控製在100mV和300mV之間。根據研究,好氧處理過程中的水解(酸化)是典型(xíng)的兼性過程。隻要Eh控製在(zài)+50 mv以下,該過程就可以順利進行。
(2)pH值不(bú)同
在混合厭氧(yǎng)消化係統中,消化液的酸(suān)堿度控製在產甲烷菌的最佳酸(suān)堿度範圍內,一般為6.8-7.2。屠宰汙水處理設備最大限度的實現了係(xì)統的集成,減少占地麵積;無汙染,無噪聲,無異味,減少二次汙染;不受屠宰汙水量的限製,機動靈活,可單個使用,也可多個聯合使用;針對性(xìng)強,可有效去除屠宰汙(wū)水中的(de)有(yǒu)機物以及氨(ān)氮;整個屠宰(zǎi)汙水處理設備處理係統配有PLC全(quán)自動電(diàn)氣控(kòng)製(zhì)係(xì)統和設備故障報警係統(tǒng),運行安全可(kě)靠,平時一般不需要專人管(guǎn)理,隻需適時地對設備進行維護和保養,管理費用小。養殖汙水處理設備采用玻璃鋼(gāng)、碳鋼、不鏽鋼(gāng)防腐結構,具有耐腐蝕、抗老化等優良特性,使用壽命長達30年以上;放置(zhì)於地表以下,設備上麵的地表可作為綠化或其他用地,不需要建房及采暖、保溫。在兩相厭氧消化係統(tǒng)中,產酸相的pH值(zhí)一般控製在6.O到6.5之間。當pH值降低時,雖然產酸速率增加,但有機酸的形態會發生變化,丙酸的相對(duì)含(hán)量會增加,丙酸在隨後的產甲烷階段會強烈(liè)抑製產甲烷菌。對於水解(酸化)好氧處理係統,由於後續處理(lǐ)是好氧氧化,沒有丙酸抑製作用。因此(cǐ),對pH值範圍(wéi)的控製也(yě)很寬,因此可以獲得更高的水解(酸化)速(sù)率(lǜ),並且一般的pH值保持在5.5和6.5之間。
(3)溫度不同
混合厭氧消化係統和兩相厭氧消化(huà)係統的溫度嚴格控製,無論是中溫消化(30℃)還是高溫消化(huà)(50℃55℃)。然而(ér),水解(酸化)好氧處理過程中的水解(酸化)對工作溫度(dù)沒有特殊要求,在(zài)常溫運行時也能獲得滿意的水解(酸化)效果。
影(yǐng)響水解(酸化)工(gōng)藝的主要因素
(1)基(jī)材的類型和形態
基質的類型和形態對(duì)水解(酸化)速率有重要影響。在相同的操作條件下,多糖、蛋白質和脂(zhī)肪的水解率(lǜ)依次降低。分子量越大,水解越困難,水解速率越低(dī)。例如,在碳水化合(hé)物的(de)情況下,二聚體比三聚體更容易水解;寡糖比寡糖更容易水解。在分子(zǐ)結構(gòu)上,直鏈(liàn)比支鏈更容易水解,支鏈比環鏈更(gèng)容易水解,單(dān)環化合物(wù)比(bǐ)雜環或多環化合(hé)物更容易水解。
(2)水解液的pH值
水(shuǐ)解液(yè)的pH值主要影響水解速率、水解產物(酸化)以及汙泥的形(xíng)態和結構。大量研究表明,水解(酸化)微生物對pH值的變化具有較強的適應性,在(zài)3.5~10.0的pH範圍內,水解過程可以順利進行,但(dàn)最適pH值為5.5~6.5。當pH向酸性(xìng)或堿(jiǎn)性方向移(yí)動時,水解速率下(xià)降。水解(jiě)液的pH值也影響水解液的種類和(hé)含量(liàng)。
(3)水力停留時間
水力停留(liú)時間(HRT)是水解反應器的重要參數之一。它對反(fǎn)應器的(de)影響隨反應器的功能而變化(huà)。HRT越長,水解物與水解微生物的接觸時間越長,水解(jiě)效率越高。通常(cháng)是3-4個小時。
(4)溫度
水解反應是典型的(de)生物逆轉。因此,溫(wēn)度變(biàn)化對水解反應的影響符合(hé)一般生物反應規(guī)律(lǜ),即在一定範圍內,溫度越(yuè)高,水解反應速率越大。然而,研究表明,當溫度在10到20℃之間變化時,水解反應(yīng)速率變(biàn)化不大,這表明水解微(wēi)生物對低溫變化具有更強的適應性。
(5)粒徑
粒徑是影響顆粒有機物水解(酸化)速率的重要因素。屠(tú)宰汙水處理設備最大限度的(de)實現(xiàn)了係統的集成,減(jiǎn)少占地麵積(jī);無汙染,無噪(zào)聲,無異味,減少二次汙染;不受屠宰汙(wū)水量的限製,機動靈活(huó),可單個使用,也(yě)可多個聯合使(shǐ)用;針對性強,可有效去除屠宰汙水中的有機物以及氨氮;整個屠(tú)宰汙(wū)水處理(lǐ)設備處理係統配有PLC全自動電氣控製係統和設備故障報警係(xì)統,運行安全可靠,平時一般不(bú)需要專人管理,隻需適(shì)時地對設備進行維護和保養,管理費用小。粒徑越大,單(dān)位重量有機物比表麵積(jī)越小,水解速率越小。由於顆粒有(yǒu)機物的(de)粒徑對水解效率有很大的影響,一些研究人員建(jiàn)議,高濃度顆粒有機物的廢水或汙泥在進入水解反應器之前,可以通過泵或研磨機進行粉碎,以減小(xiǎo)汙(wū)染物(wù)的粒徑,從而加快水解速(sù)度。提(tí)高水解反應。
水解酸化池的作(zuò)用
(1)可用於(yú)反硝化。
(2)提(tí)高生化性能,改(gǎi)善好氧(yǎng)生化效果(guǒ)。
(3)生活汙水中含有越來越多的化學合成材(cái)料(表麵活性劑等),水解和酸化有利(lì)於該物(wù)質的降解。
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