水解酸化與厭氧-好氧工藝及兩相厭氧處理的比較
根據(jù)有機物在厭氧處理中所要求達到的分解程度,可將其分為兩種類型,即酸發(fā)酵(水解酸化) 和甲烷發(fā)酵。前者以有機酸為主要發(fā)酵產(chǎn)物,而后者則以甲烷為主要發(fā)酵產(chǎn)物。酸發(fā)酵是一種不徹底的有機物厭氧轉化過程,其作用在于使復雜的不溶性高分子有機物經(jīng)過水解和產(chǎn)酸,轉化為溶解性的簡單低分子有機物, 為后續(xù)厭氧處理中產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫和產(chǎn)甲烷微生物或好氧處理準備易于氧化分解的有機底物(即提高廢水的BOD5 / COD ,改善廢水的可生化性) 。因而,它常作為生物預處理工序或厭氧-好氧聯(lián)合生化處理工藝中的前處理工序。
厭氧- 好氧工藝是中、高濃度有機廢水處理的適宜工藝。這是因為:
1. 厭氧法多適用于高濃度有機廢水的處理, 能有效地降解好氧法不能去除的有機物, 具有抗沖擊負荷能力強的優(yōu)點,但其出水綜合的指標往往不能達到處理要求;
2. 厭氧法能耗低和運行費便宜,尤其在高濃度有機廢水時,厭氧法要比好氧法經(jīng)濟得多;
3. 好氧法則多適用于中低濃度有機廢水的處理, 對于高濃度且水質、水量不穩(wěn)定的廢水的耐沖擊負荷能力不如厭氧法,尤其當進水中含有高分子復雜有機物時,其處理效果往往受到嚴重的影響。厭氧- 好氧聯(lián)合處理工藝可大大改善水質及運行的穩(wěn)定性,但由于厭氧段實現(xiàn)了甲烷過程,因而對運行條件和操作要求較為嚴格,同時因原水中大量易于降解的有機物質在厭氧處理中被甲烷化后,剩余的有機物主要為難生物降解和厭氧消化的剩余產(chǎn)物, 因而盡管其后續(xù)的好氧處理進水負荷得到大大降低,但處理效率仍較低。此外,該工藝須考慮復雜的氣體回收利用設施,從而增加基建費用。而水解酸化工藝則將厭氧處理控制在產(chǎn)酸階段, 不僅降低了對環(huán)境條件(如溫度、p H、DO 等) 的要求, 使厭氧段所需容積縮小,同時也可不考慮氣體的利用系統(tǒng),從而節(jié)省基建費用。由于厭氧段控制在水解酸
化階段,經(jīng)水解后原水中易降解物質的減少較少,而原來難以降解的大分子物質則被轉化為易生物降解的物質,從而使廢水的可生化性及降解速率得到較大幅度的提高。因此,其后續(xù)好氧處理可在較短的HRT下達到較高的處理率。兩相厭氧消化工藝即是將厭氧消化中的產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分開,以便獲得各自最優(yōu)的運行工況。與水解酸化過程相比, 其產(chǎn)酸段對產(chǎn)物的要求是不同的(以乙酸為其產(chǎn)物) 。
水解酸化、混合厭氧和兩相厭氧由于各自的作用不同、對產(chǎn)物要求及處理程度的不同, 對各自的運行和操作要求也不同:
1. Eh 不同。在混合厭氧消化系統(tǒng)中,由于承擔水解和酸化功能的微生物與產(chǎn)甲烷菌共處于一個反應器中,整個反應器的氧化還原電位Eh 須嚴格控制在- 300mV 以下以滿足甲烷菌的要求,因而其水解酸化菌也是在此Eh 值下工作的。兩相厭氧消化系統(tǒng)則將產(chǎn)酸相的Eh 控制在- 100～ - 300mV 之間。對水解酸化- 好氧工藝而言,只要將Eh 控制在+ 50mV 下即可發(fā)生有效的水解酸化作用;
2. pH 要求不同。混合厭氧處理系統(tǒng)中,由于控制處理效能的步驟是產(chǎn)甲烷,因而其p H 通常控制在甲烷菌生長的最佳范圍(6. 8～7. 2) 以內。兩相工藝中則為控制其產(chǎn)物的形態(tài)而將pH 嚴格控制在6. 0～6. 5 之間,p H 的變化將引起產(chǎn)物的變化而造成對產(chǎn)甲烷相的抑制。對水解酸化工藝而言,由于其后續(xù)處理為好氧工藝, 因而對p H 的要求并不十分嚴格, 且由于水解酸化菌對p H 的適應性較強,因而其適宜p H 范圍較寬(適宜值為3. 5～10 ,最優(yōu)值為5. 5～6. 5) ;
3. 溫度( T) 的不同。對于混合厭氧系統(tǒng)和兩個系統(tǒng)而言,對溫度的要求均嚴格,要么控制在中溫(30～35 ℃) ,要么控制在高溫(50～55 ℃) 。而水解酸化工藝則對溫度無特殊要求,在常溫下仍可獲得滿意的效果。研究表明,當溫度在10～20 ℃之間變化時,水解酸化反應速率變化不大,說明水解酸化微生物對低溫變化的適應能力較強;
4. 參與微生物種群及產(chǎn)物的不同。混合厭氧工藝中,由于嚴格控制在厭氧條件下運行,其優(yōu)勢微生物種群為專性厭氧菌,因而完成水解作用的微生物以厭氧菌為主。兩相工藝中則因所控制的Eh 值的不同而以不同菌群存在。如Eh 較低時,以專性厭氧菌為主,而Eh 值較高時則以兼性菌為主。水解酸化工藝通常可在兼性條件下運行,因而其微生物菌群多以厭氧和兼氧菌的混合菌群,有時也以兼性菌為主。微生物種群的差異導致不同工藝的產(chǎn)物也不同。表1 列出了不同工藝的運行工況要求。作者：沈耀良, 王寶貞，哈爾濱建筑大學市政環(huán)境工程學院
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