Explicación detallada del proceso del tanque de acidificación de hidrólisis

1. Antecedentes
Con el ritmo acelerado de la industrialización y el rápido crecimiento de las poblaciones urbanas, la demanda de los recursos hídricos de la sociedad está aumentando, y el descarga de aguas residuales también está en una tendencia continua al alza. Si grandes cantidades de aguas residuales que contienen contaminantes orgánicos se descargan directamente en cuerpos de agua natural sin tratamiento, puede conducir a una grave contaminación de ríos, lagos y aguas subterráneas, lo que causa una serie de problemas ambientales como la eutrofización y la muerte de la vida acuática. Los métodos tradicionales de tratamiento de aguas residuales, como el lodo activado y la oxidación de contacto, se basan principalmente en el tratamiento aeróbico. Si bien estos procesos son efectivos para eliminar la concentración baja -, aguas residuales biodegradables, se han vuelto cada vez más vulnerables al alto - concentración de aguas residuales orgánicas y aguas residuales industriales con mala biodegradabilidad, como un alto consumo de energía, difícil en el tratamiento y efluentes inadministrables.

En este contexto, los investigadores han comenzado a buscar más costos - procesos de pretratamiento efectivos y eficientes. Se propuso el tanque de acidificación de hidrólisis para abordar las deficiencias de los procesos tradicionales. Su concepto básico es utilizar las funciones metabólicas de los microorganismos anaeróbicos y las bacterias hidrolíticas y acidogénicas para descomponer gradualmente las macromoléculas recalcitrantes en moléculas pequeñas solubles, que luego se convierten en sustancias como ácidos grasos volátiles que están fácilmente degradadas por las unidades biológicas posteriores. Esto mejora la biodegradabilidad de las aguas residuales, reduce significativamente la carga en los sistemas aeróbicos o anaeróbicos posteriores, y hace que todo el proceso de tratamiento sea más estable y confiable.

2. Papel en el tratamiento de aguas residuales
En los sistemas modernos de tratamiento de aguas residuales, los tanques de hidrólisis y acidificación a menudo sirven como un paso clave pre - o intermedio. Por ejemplo, en el proceso AB, la etapa A realiza principalmente hidrólisis y acidificación, convirtiendo las macromoléculas en moléculas pequeñas. La instalación de un tanque de hidrólisis y acidificación aguas arriba del reactor UASB puede mejorar efectivamente las propiedades del influyente, aumentando significativamente la eficiencia de la digestión anaerobia posterior. En el tratamiento de aguas residuales para industrias como alimentos, fabricación de papel y tanques farmacéuticos, hidrólisis y acidificación a menudo sirven como unidad de conexión, allanando el camino para el tratamiento avanzado posterior. Se puede decir que el tanque de hidrólisis y acidificación no es solo una "unidad de pretratamiento" en el tratamiento de aguas residuales, sino también un "núcleo de amortiguación y conversión" que determina la operación estable y eficiente de todo el sistema.

3. Estado de investigación y aplicación
La tecnología de hidrólisis y acidificación se desarrolló relativamente temprano. En la década de 1970, con la adopción generalizada de procesos de digestión anaerobia, los científicos se dieron cuenta gradualmente de que agregar una etapa de hidrólisis y acidificación antes de la digestión anaerobia podría mejorar efectivamente la eficiencia general del sistema, lo que lleva a su aplicación práctica. Los países de Europa y los Estados Unidos han implementado ampliamente procesos de hidrólisis y acidificación en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales y algunos procesos de tratamiento de aguas residuales industriales, acumulando una amplia experiencia operativa.

Desde la década de 1980, la tecnología de hidrólisis y acidificación ha madurado gradualmente a través de una combinación de tecnologías importadas e investigaciones independientes. Actualmente, se usa ampliamente no solo en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales de escala -, sino también en el tratamiento de aguas residuales en las industrias farmacéuticas, de procesamiento de alimentos, impresión y teñido, cuero y acuicultura. En los últimos años, con el aumento de los estándares ambientales y el aumento de las presiones energéticas, el desarrollo de la hidrólisis y la tecnología de acidificación han puesto un mayor énfasis en la optimización del tanque, la optimización de la comunidad microbiana e integración con otros nuevos procesos, lo que demuestra amplias perspectivas de aplicaciones.

1. Proceso de hidrólisis
La hidrólisis es el primer paso en la operación de un tanque de hidrólisis y acidificación. Las aguas residuales a menudo contienen grandes cantidades de insoluble o poco soluble alto - molecular - peso orgánico de peso, como proteínas, grasas, almidones, celulosa y lignina. Estas macromoléculas se utilizan de manera ineficiente directamente por microorganismos aeróbicos o anaeróbicos, o incluso difíciles de descomponer, lo que resulta en un tratamiento ineficiente. Las bacterias hidrolíticas secretan enzimas extracelulares para descomponer gradualmente estas macromoléculas en sustancias más pequeñas y solubles. Por ejemplo, las proteasas descomponen las proteínas en péptidos y aminoácidos, las lipasas descomponen los triglicéridos en glicerol y ácidos grasos, y las amilasas descomponen los polisacáridos en glucosa y maltosa. Estas moléculas más pequeñas no solo son más solubles, sino que también están más fácilmente disponibles para otros microorganismos, lo que establece las bases para la etapa de acidificación posterior.

2. Proceso de acidificación
La acidificación es un paso clave después de la hidrólisis. Durante esta etapa, el ácido - que producen bacterias proliferan y utilizan las moléculas pequeñas formadas durante la fase de hidrólisis a través de vías metabólicas complejas para producir varios ácidos grasos volátiles (VFA), como el ácido acético, el ácido propiónico y el ácido butírico. También producen pequeñas cantidades de alcohol, hidrógeno y dióxido de carbono. Este proceso no solo reduce la proporción de sustancias refractarias en las aguas residuales, sino que también mejora significativamente su biodegradabilidad. Los ácidos grasos volátiles son sustratos excelentes para muchos metanógenos anaeróbicos y microorganismos aeróbicos y se pueden utilizar rápidamente, lo que garantiza una operación estable y eficiente de los procesos posteriores.

3. Comunidad microbiana
El proceso de acidificación de hidrólisis - implica una amplia variedad de microorganismos, principalmente bacterias hidrolíticas, bacterias acidogénicas y algunos anaerobios facultativos. Las bacterias hidrolíticas descomponen las moléculas grandes, mientras que las bacterias ac ACKOGENIC las fermentan aún más para producir moléculas pequeñas. Estos dos se complementan entre sí y forman la fuerza impulsora central del proceso de acidificación de hidrólisis -. La investigación ha demostrado que la comunidad microbiana en los tanques de acidificación de hidrólisis - es muy diversa. Esta diversidad asegura que el tanque pueda procesar simultáneamente una variedad de tipos de materia orgánica, mejorando la eficiencia general.

4. Impacto en el tratamiento posterior
Los ácidos grasos volátiles en la hidrólisis - Los productos de acidificación son de gran importancia para el tratamiento posterior. En primer lugar, los VFA son sustratos directos para metanógenos y pueden mejorar significativamente la eficiencia de producción de gas de la digestión anaeróbica. En segundo lugar, la presencia de VFA aumenta significativamente la relación BOD₅/CODCR de las aguas residuales, mejorando así el rendimiento del tratamiento de los procesos anaeróbicos, anóxicos y aeróbicos. Por lo tanto, la hidrólisis y la acidificación no es solo un proceso independiente, sino también un vínculo crucial que conecta el tratamiento anaeróbico y aeróbico, optimizando toda la cadena de tratamiento.

1. Características funcionales
Las funciones de un tanque de hidrólisis y acidificación se pueden resumir como "descomposición, transformación y amortiguación". Primero, puede descomponer las macromoléculas recalcitrantes en moléculas más pequeñas, degradando así la materia orgánica. En segundo lugar, transforma la forma de sustancias a través de la producción de ácido, mejorando la biodegradabilidad. Finalmente, actúa como regulador y tampón dentro de todo el sistema de tratamiento de aguas residuales, reduciendo efectivamente la presión en las unidades de tratamiento posteriores.

2. Características del proceso
Los tanques de hidrólisis y acidificación funcionan en condiciones relativamente flexibles, que no requieren energía - sistemas de aireación intensivos y solo requieren un entorno anaerobio. Esto da como resultado un consumo de energía significativamente más bajo que los procesos aeróbicos tradicionales. Además, los requisitos de gestión son relativamente simples; Los operadores solo necesitan controlar la calidad y el volumen influyentes, y mantener la temperatura y el pH adecuados. Debido a la rica comunidad microbiana dentro de los tanques, que posee una fuerte adaptabilidad y tolerancia, los tanques de hidrólisis y acidificación son altamente resistentes a las fluctuaciones de calidad del agua y los choques de carga.

3. Limitaciones
Si bien los tanques de hidrólisis y acidificación ofrecen numerosas ventajas, también tienen algunas limitaciones. Primero, usar un tanque de hidrólisis y acidificación es difícil de lograr estándares de efluentes y generalmente requiere integración con otros procesos. En segundo lugar, el proceso de hidrólisis y acidificación es sensible a la temperatura -, particularmente a bajas temperaturas, donde la actividad microbiana disminuye significativamente, lo que lleva a una eficiencia de tratamiento reducida. Además, los tanques de hidrólisis y acidificación generalmente requieren un largo tiempo de retención hidráulica (TRH) y ocupan un área relativamente grande, que puede ser una restricción en las áreas limitadas de tierra -. Finalmente, debido a que el metabolismo anaeróbico puede producir gases olorosos, las medidas de sellado y desodorización deben considerarse durante el diseño y la operación.

1. Estructura
Dependiendo de las propiedades de las aguas residuales y los requisitos de tratamiento, los tanques de hidrólisis y acidificación tienen varios tipos estructurales:

Plug - Hidrólisis de flujo y tanques de acidificación: las aguas residuales ingresan en un extremo y se empuja gradualmente a través del cuerpo del tanque. A medida que aumenta la TRH, el proceso de hidrólisis y acidificación se completa gradualmente. Este tipo de tanque es simple en estructura y fácil de administrar, pero puede presentar el riesgo de circuito corto -.

Un reactor de flujo desconcertado (ABR): se diseñan múltiples compartimentos dentro del tanque, lo que permite que las aguas residuales fluyan en las secciones, cada sección capaz de sufrir reacciones independientes de hidrólisis y acidificación. Esto no solo extiende el tiempo de contacto entre las aguas residuales y los microorganismos, sino que también mejora la eficiencia general.

Reactor de biopelícula llena: se coloca una gran cantidad de relleno dentro del tanque, lo que permite que los microorganismos se unan y crezcan. El relleno aumenta el área de superficie específica, aumentando significativamente la biomasa y haciéndola adecuada para tratar el medio - y alto - Wastewater de concentración.

2. Puntos clave de diseño del tanque
Al diseñar un tanque de hidrólisis y acidificación, se deben considerar las siguientes consideraciones clave:

Tiempo de retención hidráulica (HRT): típicamente de 6 a 12 horas, aunque pueden ser necesarios tiempos más largos para aguas residuales de concentración - altas.

Carga volumétrica: generalmente controlada dentro del rango de 1–3 kg de CODCR/(m³ · d) para garantizar la estabilidad del sistema.

Sistema de distribución de agua: garantizar una distribución uniforme de agua entrante para evitar puntos cortos -} circuitantes y muertos.

Agitación y mezcla: algunos diseños incorporan dispositivos de agitación o sistemas de recirculación para evitar la acumulación de sedimentos y mejorar la eficiencia de contacto entre los microorganismos y el sustrato.

3. Microorganismos y rellenos
Los microorganismos en los tanques de hidrólisis y acidificación tienden a crecer principalmente por la unión, lo que hace que la elección de relleno sea crucial. Los rellenos comunes incluyen tubos inclinados de panal y tres - rellenos dimensionales. Estos rellenos tienen una gran superficie, que proporciona un entorno de unión estable para los microorganismos, aumentando así la biomasa dentro del tanque. También aumentan la turbulencia de agua, promoviendo la transferencia de masa. El lodo dentro del tanque generalmente está compuesto de lodo floculento o granular, lo que facilita la sedimentación y la separación líquida sólida -. La diversidad de la estructura de la comunidad microbiana garantiza que el sistema pueda tratar simultáneamente múltiples contaminantes, mejorando la estabilidad general.

1. Ventajas
Biodegradabilidad mejorada: la relación BOD₅/CODCR mejora significativamente, creando condiciones favorables para procesos posteriores.

Resistencia a la carga de choque: mitiga efectivamente fluctuaciones significativas en la calidad o cantidad del agua.

Producción de lodos bajos: en comparación con los sistemas aeróbicos, los sistemas anaeróbicos producen menos lodos en exceso, reduciendo la presión sobre el tratamiento de lodo.

2. Desventajas

Es difícil cumplir con los estándares de efluentes utilizando este método solo: generalmente requiere integración con otros procesos.

Limitaciones de temperatura: la efectividad del tratamiento disminuye bajo bajas temperaturas invernales.

Gran huella: requisitos de recursos de tierra alta.

Generación de olor: se requieren medidas de ventilación y desodorización para controlarlo.

1. High - Concentración de aguas residuales orgánicas
Las aguas residuales de industrias como el procesamiento de alimentos, la matanza, la acuicultura, los productos farmacéuticos, el cuero y la fabricación de papel a menudo tienen altas concentraciones de materia orgánica. Alimentarlo directamente en un tanque aeróbico daría como resultado una sobrecarga severa y un mayor consumo de energía. En tales casos, la instalación de un tanque de hidrólisis y acidificación para reducir inicialmente la concentración de CODCR y mejorar la biodegradabilidad puede mejorar significativamente el rendimiento general del sistema.

2. Residuas con poca biodegradabilidad
Las aguas residuales de la impresión y el teñido, los productos farmacéuticos y las industrias químicas a menudo tienen una relación CODCR/BOD₅ superior a 2.5, lo que indica una mala biodegradabilidad. Alimentarlo directamente en un tanque aeróbico daría como resultado la eliminación subóptima y el alto consumo de energía operativa. El tratamiento de hidrólisis y acidificación puede mejorar significativamente la biodegradabilidad, lo que hace que las unidades aeróbicas sean más económicas y eficientes.

3. Situaciones con grandes fluctuaciones en la calidad y cantidad del agua
Algunas empresas industriales experimentan descarga desigual de aguas residuales, y la calidad del agua a menudo fluctúa con cambios en los procesos de producción. Los tanques de hidrólisis y acidificación pueden servir como tampones, estabilizando la calidad y cantidad de influencia, evitando que los sistemas posteriores experimenten choques que podrían conducir a una eficiencia reducida o incluso al colapso.

4. Acoplamiento con procesos específicos
En los procesos AB, los tanques de hidrólisis y acidificación son esenciales. Instalar un tanque de hidrólisis y acidificación antes de reactores anaeróbicos como UASB e IC puede mejorar significativamente la eficiencia de producción de gas y la estabilidad del sistema anaeróbico. Agregar un paso de hidrólisis y acidificación antes del tratamiento aeróbico o la oxidación avanzada también crea mejores condiciones para reacciones posteriores.

5. La necesidad de mejorar la resistencia general al choque
Los sistemas de tratamiento centralizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales y los parques industriales a menudo experimentan contaminación repentina o aumentos repentinos en el volumen de agua. Para mejorar la resistencia general al choque, los tanques de hidrólisis y acidificación a menudo se agregan al flujo del proceso para evitar la inestabilidad del sistema.

1. Planta de tratamiento de aguas residuales municipales
Una gran planta de tratamiento de aguas residuales municipales utiliza un proceso AB, siendo la sección A el tanque de hidrólisis y acidificación. Los resultados operativos muestran que la Sección A no solo elimina aproximadamente el 30% del COD₂CR en el influyente, sino que también mejora significativamente la biodegradabilidad de las aguas residuales. El tratamiento aeróbico en la Sección B proporciona una estabilidad adicional, y el efluente cumple constantemente estándares, lo que demuestra el papel irremplazable del tanque de hidrólisis y acidificación en el tratamiento municipal de aguas residuales.

2. Aguas residuales de la industria alimentaria
En una planta láctea, las aguas residuales tenían una concentración de COD₂CR tan alta como 6000 mg/L y contenían cantidades significativas de proteínas y grasas. Alimentar directamente las aguas residuales al sistema aeróbico habría resultado en una demanda excesiva de oxígeno y un alto consumo de energía. Después del pretratamiento en el tanque de hidrólisis y acidificación, el CODCR se redujo a 3000 mg/L, y la relación BOD₅/CODCR aumentó de 0.28 a 0.5. Posteriormente, el efluente ingresó a la unidad de tratamiento aeróbico, cumpliendo constantemente los estándares nacionales de emisiones.

3. Rangostas farmacéuticas
Las aguas residuales farmacéuticas tienen una composición compleja, a menudo que contiene materia orgánica recalcitrante y una baja relación cuerpo/bacalao. Después del tratamiento en un tanque de hidrólisis y acidificación, las tasas de eliminación de bacalao alcanzan el 20-40%, mejorando significativamente la biodegradabilidad. El tratamiento posterior utilizando un proceso de oxidación de contacto estabiliza los niveles de nitrógeno de efluentes y nitrógeno de efluentes dentro de los límites aceptables, lo que demuestra el papel crucial de la hidrólisis y los tanques de acidificación en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas.