水解酸化池与厌氧反应器的工艺参数区别详析

洒家是环境人 2019-09-18 PM 154℃ 0条

一、区别


      从反应原理上来看,水解酸化是厌氧消化过程的第一、二两个阶段,由于水解酸化工艺和厌氧消化追求的目标不同,因此是截然不同的处理工艺。


      水解酸化系统的目的主要是将原水中的非溶解态有机物转变为溶解态有机物。特别是工业废水处理,主要是将其中难生物降解(大分子)物质转变为易生物降解(小分子)物质,从而提高废水的可生化性,以利于后续的好氧生物处理。考虑到后续好氧处理的能耗问题及水解酸化在处理高浓度废水时易产气而导致水解酸化池跑泥,故水解酸化主要用于低浓度难降解废水的预处理

      在混合厌氧消化系统中,水解酸化是和整个消化过程有机地结台在一起,共处于一个反应器中,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。而两相厌氧消化中的产酸段(产酸相)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,同时,产酸相对所产生的酸的形态也有要求(主要为乙酸)。此外,废水中如含有高浓度的硝咳盐、亚硝酸盐、硫酸盆、亚硫酸盐时,这些物质及其转化产物不仅对甲烷苗有毒,而且影响沼气的质量,也在产酸相中予以去除。

      因此,尽管水解酸化一好氧处理工艺中的水解酸化段、两相法厌氧发酵工艺中的产酸相和混合厌氧消化工艺中的产酸过程均产生有机酸,但由于三者的处理目的不同,各自的运行环境和条件存在着明显的差异:


1.氧化还原电位(Eh)不同


      在混合厌氧消化系统中,由于完成水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共处于同一反应器中,整个反应器的氧化还原电位Eh的控制必须首先满足对氧化还原点位(Eh)要求严格的甲烷菌,一般为一300mV以下,因此。系统中的水解酸化微生物也是在这一电位值下工作的。而两相厌氧消化系统中,产酸相的氧化还原电位一般控制在一100mV至300mV之间。据研究,水解酸化一好氧处理工艺中的水解酸化段为——典型的兼性过程,只要置Eh控制在+50mv以下,该过程即可顺利进行。


2.pH值不同


     在混合厌氧消化系统中,消化液的pH值控制在甲烷菌生氏的最佳pH范围,一般为6.8至7.2。而在两相厌氧消化系统中,产酸相的pH值一般控制在6.0至6.5之间,pH降低时,尽管产酸的速率增大,但形成的有机酸形态将发生变化,丙酸的相对含量增大,而丙酸对后续的甲烷相中的产甲烷菌会产生强烈的抑制作用。但对于水解酸化一好氧处理系统来说,由于后续处理为好氧氧化,不存在丙酸的抑制问题,因此,控制的pH范围也较宽,从而可获得较高的水解酸化速率,一般pH维持在5.5—6.5之间。


3.温度不同


      三种工艺对温度的控制也不同,通常混合厌氧消化系统以及两相厌氧消化系统的温度均严格控制,要么中温消化(30一35℃),要么高温消化(50一55℃)。而水解酸化一好氧处理工艺中的水解酸化段对工作温度无特殊要求,通常在常温下运行,也可获得较为满意的水解酸化效果。



二、影响水解酸化过程的因素


1.基质的种类和形态


     基质的种类和形态对水解酸化过程的速率有着重要影响。就多糖、蛋白质和脂肪三类物质来说,在相同的操作条件下,水解速率依次减小。同类有机物,分子量越大,水解越困难,相应池水解速率就越小。比如,就糖类物质来说,二聚糖比三聚糖容易水解;低聚糖比高聚糖容易水解。就分子结构来说,直链比支链易于水解;支链比环状易于水解;单环化合物比杂环或多环化合物易于水解。


2.水解液的pH值


      水解液的pH值主要影响水解的速率、水解酸化的产物以及污泥的形态和结构。大量研究结果表明,水解酸化微生物对pH值变化的适应性较强,水解过程可在pH值宽达3.5—10.0的范围内顺利进行,但最佳的pH值为5.5—6.5。pH朝酸性方向或碱性方向移动时,水解速率都将减小。水解液pH值同时还影响水解产物的种类和含量。


3.水力停留时间


      水力停留时间是水解反应器运行控制的重要参数之一。它对反应器的影响,随着反应器的功能不同而不同。对于单纯以水解为目的的反应器,水力停留时间越长,被水解物质与水解微生物接触时间也就越长,相应地水解效率也就越高。一般为3-4小时。


4.温度


      水解反应是一典型的生物反向,因此.温度变化对水解反应的影响符合一般的生物反应规律,即在一定的范围内,温度越高,水解反应的速率越大。但研究表明,当温度在10一20 oC之间变化时,水解反应速率变化不大,由此说明,水解微生物对低温变化的适应较强。


5.粒径


     粒径是影响颗粒状有机物水解酸化速率的重要因素之—粒径越大,单位重量有机物的比表面积越小.水解速率也就越小。由于颗粒态有机物的粒径对水解速宰相效率影响较大,因此,一些研究者建议,对含颗粒态有机物浓度较高的废水或污泥,在进入水解反应器前可利用泵或研磨机破碎,以减小污染物的粒径,从而加快水解反应的进行。


三、影响厌氧消化的主要因素


1.温度


      在厌氧消化过程中,温度的范围是很宽泛的,从低温到高温都存在。例如北极下水道中发现有极低温度下存活的甲烷菌。通常我们依据微生物活性把温度范围分为三类:一类是嗜寒的,温度范围从10℃~20℃;—类是嗜温的,温度范围从20℃~45℃:,通常使用37℃;一类是嗜热的,温度范围从50~65℃,通常是55℃。


2.碳氮比


      碳氮比的关系是指有机原料中总碳和总氮的比例。厌氧消化过程中碳氮比是有最适范围的,一般是从20:1到30:1,既不能太高也不能太低,否则都会对厌氧发酵过程产生影响。不合适的碳氮比会造成大量的氨态氮的释放或是挥发性脂肪酸的过度累积,而氨态氮和摔发性脂胁酸郁是厌氧消化中重要的中间产物,不合适的浓度都会抑制甲烷发酵过程。


3.酸碱度


      pH值是反映水相体系中酸浓度的重耍指标之一。厌氧发酵菌尤其是产甲烷菌对反应体系中的酸浓度是极为敏感的。较低pH值条件下,甲烷菌的生长就会受到抑制。许多研究者己经研究厌氧消化中不同阶段的最佳pH值。甲烷菌的最佳pH值是7.20左右。


4.有机负荷量


      有机负荷是指消化反应器单位容积单位时间内所承受的挥发性有机物量,它是消化反应器设计和运行的重要参数。有机负荷的高低与处理物料的性质、消化温度、所采用的工艺等有关。研究表明,对于处理蔬菜、水果、厨余等易降解的有机垃圾,有机负荷一般为1~6.8kg VS/(m3·d)。

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