加水分解酸性化タンクプロセスの詳細な説明

1。背景
産業化の加速のペースと都市人口の急速な成長により、社会の水資源の需要は増加しており、廃水の排出も継続的な上昇傾向にあります。有機汚染物質を含む大量の廃水が治療せずに自然の水域に直接排出されると、河川、湖、地下水の深刻な汚染につながり、富栄養化や水生生物の死などの一連の環境問題を引き起こす可能性があります。活性化スラッジや接触酸化などの従来の廃水処理方法は、主に有酸素治療に基づいています。これらのプロセスは、低-濃度、生分解性廃水を除去するのに効果的ですが、高エネルギー消費、治療の困難、不安定な効果など、高エネルギー消費、治療の困難、不安定な生分解性の低い生分解性の高い-濃度の有機廃水および工業用廃水に対してますます脆弱になります。

この背景に対して、研究者はより多くのコスト-効果的かつ効率的な前処理プロセスを求め始めました。加水分解酸性化タンクは、従来のプロセスの欠点に対処するために提案されました。その基本的な概念は、嫌気性微生物と加水分解および酸性生成細菌の代謝機能を使用して、徐々に逆の高分子を可溶性の小さな分子に分解し、その後、後期生物学的単位によって容易に分解される揮発性脂肪酸などの物質に変換されることです。これにより、廃水の生分解性が向上し、その後の好気性または嫌気性システムの負荷が大幅に減少し、治療プロセス全体がより安定して信頼性を高めます。

2。廃水処理における役割
現代の廃水処理システムでは、加水分解および酸性化タンクは、多くの場合、重要なpre {-または中間ステップとして機能します。たとえば、ABプロセスでは、A段階は主に加水分解と酸性化を実行し、高分子を小分子に変換します。 UASB反応器の加水分解および酸性化タンクを設置すると、流入物の特性を効果的に改善し、その後の嫌気性消化の効率を大幅に向上させることができます。食品、製紙、医薬品などの産業の廃水処理では、加水分解および酸性化タンクは接続ユニットとして機能し、その後の高度な治療のための道を開きます。加水分解および酸性化タンクは、廃水処理における「前処理単位」であるだけでなく、システム全体の安定した効率的な動作を決定する「バッファリングと変換コア」でもあると言えます。

3。研究と申請のステータス
加水分解および酸性化技術は比較的早く発達しました。 1970年代、嫌気性消化プロセスの広範な採用により、科学者は、嫌気性消化の前に加水分解と酸性化段階を追加することで、全体的なシステム効率を効果的に改善し、実用化につながることに徐々に気付きました。ヨーロッパと米国の国々は、地方自治体の下水処理プラントおよびいくつかの産業廃水処理プロセスに広く展開された加水分解および酸性化プロセスを展開しており、広範な運用経験を蓄積しています。

1980年代以来、加水分解および酸性化技術は、輸入技術と独立した研究の組み合わせによって徐々に成熟してきました。現在、大規模な-規模の都市下水処理プラントだけでなく、医薬品、食品加工、印刷、染色、革、および養殖産業の廃水処理でも広く使用されています。近年、環境基準の上昇とエネルギー圧力の増加により、加水分解と酸性化技術の開発により、タンクの最適化、微生物群集の最適化、および他の新しいプロセスとの統合に重点が置かれ、幅広いアプリケーションの見通しが示されています。

1。加水分解プロセス
加水分解は、加水分解および酸性化タンクの操作における最初のステップです。廃水には、タンパク質、脂肪、澱粉、セルロース、リグニンなど、大量の不溶性または可溶性の高-分子-体重有機物が含まれていることがよくあります。これらの高分子は、好気性または嫌気性微生物によって直接非効率的に利用されているか、分解が困難であり、非効率的な治療をもたらします。加水分解細菌は細胞外酵素を分泌して、これらの高分子を徐々により小さな可溶性物質に分解します。たとえば、プロテアーゼはタンパク質をペプチドとアミノ酸に分解し、リパーゼはトリグリセリドをグリセロールと脂肪酸に分解し、アミラーゼは多糖類をグルコースとマルトースに分解します。これらの小さな分子は、より溶けやすいだけでなく、他の微生物がより容易に利用できるようになり、その後の酸性化段階の基礎を築きます。

2。酸性化プロセス
酸性化は、加水分解後の重要なステップです。この段階では、酸-生成細菌の産生は増殖し、複雑な代謝経路を介して加水分解期に形成された小分子を利用して、酢酸、プロピオン酸、酪酸などのさまざまな揮発性脂肪酸（VFA）を生成します。また、少量のアルコール、水素、二酸化炭素も生成します。このプロセスは、廃水の耐火物質の割合を減らすだけでなく、生分解性を大幅に改善します。揮発性脂肪酸は、多くの嫌気性メタン生成および好気性微生物の優れた基質であり、迅速に利用できるため、その後のプロセスの安定した効率的な動作を確保します。

3。微生物コミュニティ
加水分解-酸性化プロセスには、さまざまな微生物、主に加水分解性菌、酸性生成細菌、およびいくつかの個人的な嫌気性が含まれます。加水分解細菌は大きな分子を分解し、酸性生成細菌はさらに発酵させて小分子を生成します。これら2つは互いに補完し、加水分解のコア駆動力を形成します-酸性化プロセス。研究により、加水分解-酸性化タンクの微生物群集が非常に多様であることが示されています。この多様性により、タンクはさまざまな有機物タイプを同時に処理し、全体的な効率を改善できます。

4。その後の治療への影響
加水分解中の揮発性脂肪酸{-酸性化生成物は、その後の治療に非常に重要です。第一に、VFAはメタン生成の直接的な基質であり、嫌気性消化のガス生産効率を大幅に向上させることができます。第二に、VFAの存在は廃水のbod/codcr比を大幅に増加させ、それによって嫌気性、無酸素、および好気性プロセスの治療性能を改善します。したがって、加水分解と酸性化は、独立したプロセスであるだけでなく、嫌気性および有酸素治療を接続し、治療チェーン全体を最適化する重要なリンクでもあります。

1。機能特性
加水分解および酸性化タンクの機能は、「分解、変換、および緩衝」として要約できます。第一に、それは反抗的な高分子をより小さな分子に分解し、それにより有機物を分解する可能性があります。第二に、酸の生成を通じて物質の形を変換し、生分解性を向上させます。最後に、それは廃水処理システム全体でレギュレーターとバッファーとして機能し、その後の治療ユニットへの圧力を効果的に削減します。

2。プロセス特性
加水分解および酸性化タンクは、比較的柔軟な条件下で動作し、エネルギー-集中的な通気システムを必要とし、嫌気性環境のみを必要とします。これにより、従来の好気性プロセスよりもエネルギー消費が大幅に低下します。さらに、管理要件は比較的簡単です。オペレーターは、流入品の品質と量を制御し、適切な温度とpHを維持する必要があります。強い適応性と耐性を備えたタンク内の豊富な微生物群集により、加水分解と酸性化タンクは、水質の変動と負荷ショックに非常に耐性があります。

3。制限
加水分解タンクと酸性化タンクは多くの利点を提供しますが、いくつかの制限もあります。第一に、加水分解および酸性化タンクのみを使用すると、排水基準を達成することは困難であり、通常、他のプロセスとの統合が必要です。第二に、加水分解および酸性化プロセスは温度-敏感であり、特に低温では微生物活性が大幅に減少し、治療効率が低下します。さらに、加水分解および酸性化タンクは一般に長い油圧保持時間（HRT）を必要とし、比較的大きな領域を占有します。最後に、嫌気性代謝は臭気ガスを生成できるため、設計と操作中にシーリングと脱臭策を考慮する必要があります。

1。構造
廃水の特性と治療要件に応じて、加水分解および酸性化タンクにはさまざまな構造タイプがあります。

プラグ-流れ加水分解と酸性化タンク：廃水は一端に入り、徐々にタンク本体に押し込まれます。 HRTが増加すると、加水分解および酸性化プロセスが徐々に完了します。このタイプのタンクは構造がシンプルで、管理が簡単ですが、短い-回路のリスクを示す場合があります。

困惑したフロー反応器（ABR）：複数のコンパートメントがタンク内に設計されており、各セクションが独立した加水分解および酸性化反応を受けることができるセクションで廃水が流れるようになります。これにより、廃水と微生物間の接触時間を延長するだけでなく、全体的な効率も向上します。

充填バイオフィルム反応器：大量のフィラーがタンク内に配置され、微生物が付着して成長することができます。フィラーは特定の表面積を増加させ、バイオマスを大幅に増加させ、培地-および高-濃度廃水の処理に適しています。

2。タンク設計のキーポイント
加水分解および酸性化タンクを設計するとき、次の重要な考慮事項を考慮する必要があります。

油圧保持時間（HRT）：通常、6〜12時間ですが、高-濃度廃水には長い時間が必要になる場合があります。

体積負荷：一般に、1〜3 kgのCODCR/（M³・D）の範囲内で制御され、システムの安定性が確保されます。

配水システム：短い-の回路とデッドスポットを避けるために、入ってくる水の均一な分布を確保します。

攪拌と混合：堆積物の蓄積を防ぎ、微生物と基質の間の接触効率を改善するために、攪拌装置または再循環システムを組み込んだ設計もあります。

3。微生物とフィラー
加水分解および酸性化タンクの微生物は、主に愛着によって成長する傾向があり、フィラーの選択が重要になります。一般的なフィラーには、ハニカム傾斜チューブと弾性3 -寸法フィラーが含まれます。これらのフィラーには大きな表面積があり、微生物に安定した付着環境を提供し、それによりタンク内のバイオマスが増加します。また、水の乱流を増加させ、物質移動を促進します。タンク内のスラッジは、一般に凝集性または粒状スラッジで構成されており、堆積と固体-液体分離を促進します。微生物群集構造の多様性により、システムが複数の汚染物質を同時に治療し、全体的な安定性を改善できるようになります。

1。利点
生分解性の向上：Bod/CODCR比は大幅に改善され、その後のプロセスに好ましい条件が生じます。

衝撃負荷抵抗：水質または量の大幅な変動を効果的に軽減します。

低スラッジ生産：好気性システムと比較して、嫌気性システムは過剰なスラッジが少なくなり、スラッジ治療への圧力が低下します。

2。短所

この方法だけを使用して排水基準を満たすことは困難です。通常、他のプロセスとの統合が必要です。

温度の制限：低い冬の温度では、治療の有効性が低下します。

大規模なフットプリント：高地の資源要件。

臭気生成：換気と脱臭策は、それを制御するために必要です。

1。高-濃度有機廃水
食品加工、屠殺、養殖、医薬品、革、用紙などの産業からの廃水は、多くの場合、有機物濃度が高いことがよくあります。それを好気性タンクに直接供給すると、重度の過負荷とエネルギー消費が増加します。そのような場合、加水分解と酸性化タンクを設置して、最初にCODCR濃度を低下させ、生分解性を改善することで、システム全体のパフォーマンスが大幅に向上する可能性があります。

2。生分解性が低い廃水
印刷と染色、医薬品、化学産業の廃水は、しばしば2.5を超えるCODCR/BODS比を持ち、生分解性が低いことを示しています。それを好気性タンクに直接供給すると、最適ではない除去と高い動作エネルギー消費がもたらされます。加水分解と酸性化治療は、生分解性を大幅に改善する可能性があり、好気性ユニットをより経済的かつ効率的にします。

3。水質と量に大きな変動がある状況
一部の産業企業は不均一な廃水排出を経験し、水質はしばしば生産プロセスの変化と変動します。加水分解および酸性化タンクは、バッファーとして機能し、流入的な品質と量を安定させ、その後のシステムが効率の低下や崩壊につながる可能性のあるショックを経験するのを防ぎます。

4.特定のプロセスとの結合
ABプロセスでは、加水分解および酸性化タンクが不可欠です。 UASBやICなどの嫌気性反応器の前に加水分解と酸性化タンクを設置すると、嫌気性系のガス生産効率と安定性が大幅に向上する可能性があります。好気性治療または進行酸化の前に加水分解と酸性化ステップを追加すると、その後の反応により良い条件が生まれます。

5.全体的な衝撃耐性を改善する必要性
地方自治体の廃水処理プラントや産業公園の集中治療システムは、しばしば突然の汚染または水量の突然の増加を経験します。全体的な衝撃耐性を改善するために、システムの不安定性を防ぐために、プロセスフローに加水分解と酸性化タンクが追加されることがよくあります。

1。地方自治体の廃水処理プラント
大規模な市営廃水処理プラントは、ABプロセスを使用し、セクションAは加水分解および酸性化タンクです。運用上の結果は、セクションAが流入物のCODCRの約30％を除去するだけでなく、排水の生分解性を大幅に改善することを示しています。セクションBの好気性処理は、排水が一貫して基準を満たしているため、さらなる安定性を提供し、都市廃水処理における加水分解および酸性化タンクのかけがえのない役割を実証します。

2。食品産業廃水
酪農場では、廃水は6000 mg/LのCODCR濃度を持ち、かなりの量のタンパク質と脂肪が含まれていました。廃水を好気性システムに直接供給すると、酸素需要が過剰になり、エネルギー消費が高くなります。加水分解および酸性化タンクで前処理した後、CODCRは3000 mg/Lに減少し、Bod₅/COD₂CR比は0.28から0.5に増加しました。その後、排水は有酸素治療ユニットに入り、一貫して国家排出基準を満たしました。

3。医薬品廃水
医薬品廃水には複雑な組成があり、多くの場合、繰り返しの有機物と低体型/COD₅比を含んでいます。加水分解および酸性化タンクで治療した後、COD₅除去率は20〜40％に達し、生分解性が大幅に向上しました。接触酸化プロセスを使用した後続の治療は、排水とアンモニアの窒素レベルを許容範囲内で安定させ、医薬品廃水処理における加水分解および酸性化タンクの重要な役割を示しています。