הסבר מפורט על תהליך מיכל ההחמצה של ההידרוליזה

1. רקע
עם קצב התיעוש המואץ והצמיחה המהירה של אוכלוסיות עירוניות, הביקוש של החברה למשאבי מים הולך וגדל, ופריקת שפכים נמצאת גם היא במגמת עלייה רציפה. אם כמויות גדולות של שפכים המכילים מזהמים אורגניים משוחררים ישירות לגופי מים טבעיים ללא טיפול, זה יכול להוביל לזיהום קשה של נהרות, אגמים ומי תהום, מה שגורם לסדרה של בעיות סביבתיות כמו אוטרופציה ומוות של חיי מימיים. שיטות לטיפול בשפכים מסורתיות, כמו בוצה מופעלת וחמצון מגע, מבוססות לרוב על טיפול אירובי. בעוד שתהליכים אלה יעילים להסרת ריכוז נמוך {}}}, שפכים מתכלים, הם הפכו יותר ויותר לפגיעים לריכוז גבוה {}} שפכים אורגניים ושפכים תעשייתיים עם תוספת ביולוגית לקויה, כגון צריכת אנרגיה גבוהה, קושי בטיפול, ותוספות לא יציבה.

על רקע זה החוקרים החלו לחפש יותר עלות - תהליכי טיפול יעילים ויעילים. מיכל החמצה ההידרוליזה הוצע לטפל בחסרונות של תהליכים מסורתיים. התפיסה הבסיסית שלו היא להשתמש בתפקודים המטבוליים של מיקרואורגניזמים אנאירוביים ובחיידקים הידרוליטיים ואומציוגניים כדי לפרק בהדרגה מקרומולקולות סקרניות למולקולות קטנות ומסיסות, אשר לאחר מכן מומרות לחומרים כמו חומצות שומן נדיפות המפורסמות בקלות על ידי יחידות ביולוגיות עיקריות. זה משפר את התדרדרות הביולוגית של שפכים, מצמצם משמעותית את העומס במערכות אירוביות או אנאירוביות לאחר מכן, והופך את כל תהליך הטיפול ליציב ואמין יותר.

2. תפקיד בטיפול בשפכים
במערכות טיפול בשפכים מודרניים, מיכלי הידרוליזה ומיכלי החמצה משמשים לרוב כמפתח לפני - או שלב ביניים. לדוגמה, בתהליך ה- AB, שלב ה- A מבצע בעיקר הידרוליזה והחמצה, המרת מקרומולקולות למולקולות קטנות. התקנת מיכל הידרוליזה והחמצה במעלה הזרם של הכור UASB יכולה לשפר ביעילות את תכונות ההשפעה, ולהגדיל משמעותית את היעילות של העיכול האנאירובי שלאחר מכן. בטיפול בשפכים בתעשיות כמו מזון, יצירת נייר, ומכלי תרופות, מיכלי הידרוליזה והחמצה משמשים לרוב כיחידת חיבור, מה שסלל את הדרך לטיפול מתקדם לאחר מכן. ניתן לומר כי מיכל ההידרוליזה והחמצה הוא לא רק "יחידת טיפול מקדים" בטיפול בשפכים, אלא גם "ליבת חציצה והסבה" שקובעת את הפעולה היציבה והיעילה של המערכת כולה.

3. מצב מחקר ומצב יישום
טכנולוגיית ההידרוליזה והחמצה התפתחה מוקדם יחסית. בשנות השבעים, עם אימוץ נרחב של תהליכי עיכול אנאירובי, הבינו בהדרגה מדענים כי הוספת שלב הידרוליזה והחמצה לפני עיכול אנאירובי עשויה לשפר ביעילות את יעילות המערכת הכללית, מה שהוביל ליישום המעשי שלה. מדינות באירופה ובארצות הברית פרשו תהליכי הידרוליזה והחמצה באופן נרחב במפעלי טיפול בשפכים עירוניים וכמה תהליכי טיפול בשפכים תעשייתיים, וצברו ניסיון מבצעי נרחב.

מאז שנות השמונים, טכנולוגיית ההידרוליזה והחמצה התבגרה בהדרגה באמצעות שילוב של טכנולוגיות מיובאות ומחקר עצמאי. נכון לעכשיו, הוא נמצא בשימוש נרחב לא רק במפעלי טיפולי ביוב עירוניים גדולים -, אלא גם בטיפול בשפכים בתעשיות התרופות, עיבוד המזון, הדפסה וצביעה, עור וחקלאות. בשנים האחרונות, עם עליית הסטנדרטים הסביבים והולכים לחצי אנרגיה, פיתוח טכנולוגיית ההידרוליזה והחמצה שמה דגש רב יותר על אופטימיזציה של טנקים, אופטימיזציה של קהילה מיקרוביאלית ושילוב עם תהליכים חדשים אחרים, והדגימו סיכויי יישום רחבים.

1. תהליך הידרוליזה
הידרוליזה היא הצעד הראשון בהפעלת מיכל הידרוליזה והחמצה. שפכים מכילים לעתים קרובות כמויות גדולות של גבוה או מסיסים או מסיסים לא גרועים - מולקולרי - חומר אורגני משקל, כגון חלבונים, שומנים, עמילנים, תאית וליגנין. מקרומולקולות אלה מנוצלות באופן לא יעיל ישירות על ידי מיקרואורגניזמים אירוביים או אנאירוביים, או אפילו קשה להתפרק, וכתוצאה מכך לטיפול לא יעיל. חיידקים הידרוליטיים מפרישים אנזימים חוץ תאיים כדי לפרק בהדרגה את המקרומולקולות הללו לחומרים קטנים יותר ומסיסים. לדוגמה, פרוטאזות מפרקות חלבונים לפפטידים ולחומצות אמינו, ליפאזים מפרקים טריגליצרידים לגליצרול ולחומצות שומן, ואמילאזים מפרקים פוליסכרידים לגלוקוז ומלטוז. מולקולות קטנות יותר אלה אינן רק מסיסות יותר אלא גם זמינות יותר במיקרואורגניזמים אחרים, ומניחים את הבסיס לשלב ההחמצה שלאחר מכן.

2. תהליך החמצה
החמצה היא שלב מפתח בעקבות הידרוליזה. בשלב זה, חומצה - ייצור חיידקים מתפשטים ומנצלים את המולקולות הקטנות שנוצרו בשלב ההידרוליזה דרך מסלולי מטבוליות מורכבים לייצור חומצות שומן נדיפות שונות (VFA), כמו חומצה אצטית, חומצה פרופונית וחומצה בוטרית. הם מייצרים גם כמויות קטנות של אלכוהול, מימן ופחמן דו חמצני. תהליך זה לא רק מקטין את שיעור החומרים העקשן בשפכים, אלא גם משפר משמעותית את התדרדרות הביולוגית שלו. חומצות שומן נדיפות הן מצעים מצוינים עבור מתנוגנים אנאירוביים רבים ומיקרואורגניזמים אירוביים וניתן להשתמש בהם במהירות, ובכך מבטיחים פעולה יציבה ויעילה של תהליכים עוקבים.

3. קהילה מיקרוביאלית
תהליך החמצה של ההידרוליזה {}} כולל מגוון רחב של מיקרואורגניזמים, בעיקר חיידקים הידרוליטיים, חיידקים חומצניים וכמה אנאירובים פקולטטיביים. חיידקים הידרוליטיים מפרקים מולקולות גדולות, ואילו חיידקים חומצניים מתססים אותם לייצור מולקולות קטנות. שניים אלה משלימים זה את זה ויוצרים את הכוח המניע הליבה של תהליך החמצה של ההידרוליזה-. מחקרים הראו כי הקהילה המיקרוביאלית בהידרוליזה - מיכלי החמצה היא מגוונת מאוד. גיוון זה מבטיח שהמיכל יכול לעבד בו זמנית מגוון סוגי חומרים אורגניים, ולשפר את היעילות הכללית.

4. השפעה על הטיפול שלאחר מכן
חומצות שומן נדיפות בהידרוליזה - מוצרי החמצה הם בעלי משמעות רבה לטיפול שלאחר מכן. ראשית, VFAs הם מצעים ישירים למתנוגנים ויכולים לשפר משמעותית את יעילות ייצור הגז של עיכול אנאירובי. שנית, נוכחותם של VFAs מגדילה משמעותית את יחס BOD₅/CODCR של שפכים, ובכך משפרת את ביצועי הטיפול של תהליכים אנאירוביים, אנוקסיים ואירוביים. לפיכך, הידרוליזה והחמצה הם לא רק תהליך עצמאי אלא גם קישור מכריע המחבר בין טיפול אנאירובי ואירובי, ומיטב את שרשרת הטיפול כולה.

1. מאפיינים פונקציונליים
ניתן לסכם את הפונקציות של מיכל הידרוליזה והחמצה כ"פרק, טרנספורמציה ומאגר. " ראשית, זה יכול לפרק מקרומולקולות סקרניות למולקולות קטנות יותר, ובכך להשפיל חומר אורגני. שנית, זה הופך את צורת החומרים באמצעות ייצור חומצות, ומשפר את התדרדרות הביולוגית. לבסוף, זה פועל כרגולטור ומאגר בכל מערכת הטיפול בשפכים, ומפחית למעשה את הלחץ על יחידות הטיפול הבאות.

2. מאפייני תהליך
מיכלי הידרוליזה והחמצה פועלים בתנאים גמישים יחסית, אינם דורשים שום אנרגיה - מערכות אוורור אינטנסיביות ודורשות רק סביבה אנאירובית. זה מביא לצריכת אנרגיה נמוכה משמעותית בהשוואה לתהליכים אירוביים מסורתיים. יתר על כן, דרישות הניהול הן פשוטות יחסית; מפעילים צריכים רק לשלוט באיכות ובנפח המשפיעים ולשמור על טמפרטורה ו- pH מתאימים. בשל הקהילה המיקרוביאלית העשירה בתוך הטנקים, בעלת יכולת הסתגלות וסובלנות חזקה, מיכלי הידרוליזה והחמצה עמידים מאוד לתנודות באיכות המים וזעזועי עומס.

3. מגבלות
בעוד שמכלי הידרוליזה והחמצה מציעים יתרונות רבים, יש להם גם מגבלות מסוימות. ראשית, שימוש במיכל הידרוליזה והחמצה בלבד קשה להשיג סטנדרטים של שפכים ובדרך כלל דורש שילוב עם תהליכים אחרים. שנית, תהליך ההידרוליזה וההחמצה הוא טמפרטורה - רגיש, במיוחד בטמפרטורות נמוכות, כאשר פעילות החיידקים פוחתת באופן משמעותי, מה שמוביל להפחתת יעילות הטיפול. יתר על כן, מיכלי הידרוליזה והחמצה דורשים בדרך כלל זמן שמירה הידראולי ארוך (HRT) ותופסים שטח גדול יחסית, שיכול להיות אילוץ באזורים מוגבלים {}}}. לבסוף, מכיוון שמטבוליזם אנאירובי יכול לייצר גזים ריחניים, יש לקחת בחשבון אמצעי איטום ודאודוריזציה במהלך התכנון וההפעלה.

1. מבנה
בהתאם לתכונות השפכים ובדרישות הטיפול, מיכלי ההידרוליזה והחמצה יש סוגים מבניים שונים:

PLUG - מיכלי הידרוליזה וזרימה: מיזוג שפכים נכנסים בקצה אחד ונדחפים בהדרגה בגוף הטנק. ככל שה- HRT גדל, תהליך ההידרוליזה וההחמצה הושלם בהדרגה. סוג זה של מיכל פשוט במבנה וקל לניהול, אך עשוי להוות את הסיכון למעגל קצר {}}}.

כור זרימה מבולבל (ABR): תאים מרובים מתוכננים בתוך המיכל, ומאפשרים לזרום שפכים בקטעים, כל קטע המסוגל לעבור תגובות הידרוליזה והחמצה עצמאיות. זה לא רק מרחיב את זמן המגע בין שפכים למיקרואורגניזמים, אלא גם משפר את היעילות הכללית.

כור ביו -פילם מלא: כמות גדולה של מילוי מונחת בתוך המיכל, ומאפשרת למיקרואורגניזמים לחבר ולצמוח. המילוי מגדיל את שטח הפנים הספציפי, מגדיל משמעותית את הביומסה והופך אותו לטיפול בטיפול בינוני {}}} וגבוהים - שפכים ריכוזיים.

2. נקודות עיצוב טנקים נקודות מפתח
בעת תכנון מיכל הידרוליזה והחמצה, יש לקחת בחשבון את שיקולי המפתח הבאים:

זמן שמירה הידראולית (HRT): בדרך כלל 6–12 שעות, אם כי יתכן ויהיה צורך בזמנים ארוכים יותר לשפכים ריכוזיים-.

עומס נפחי: נשלט בדרך כלל בטווח של 1-3 ק"ג CODCR/(M³ · D) כדי להבטיח יציבות המערכת.

מערכת חלוקת מים: להבטיח אפילו חלוקה של מים נכנסים כדי להימנע מקצרים - מעגלים וכתמים מתים.

תסיסה וערבוב: חלק מהעיצובים כוללים מכשירי תסיסה או מערכות מחזור מחדש למניעת הצטברות משקעים ולשיפור יעילות המגע בין מיקרואורגניזמים למצע.

3. מיקרואורגניזמים וחומרי מילוי
מיקרואורגניזמים במיכלי הידרוליזה והחמצה נוטים לצמוח בעיקר על ידי התקשרות, מה שהופך את בחירת המילוי לחיוני. חומרי מילוי נפוצים כוללים צינורות נוטים של חלת דבש ושלושה אלסטיים - חומרי מילוי ממדיים. למילויים אלה שטח פנים גדול, המספקים סביבת התקשרות יציבה למיקרואורגניזמים, ובכך מגדילים את הביומסה בתוך הטנק. הם גם מגבירים את סערת המים, ומקדמים העברת המונים. הבוצה בתוך המיכל מורכבת בדרך כלל מבוצה פלוקולנטית או גרגירה, המאפשרת משקעים ומוצק {}}} הפרדת נוזלים. המגוון של מבנה הקהילה המיקרוביאלית מבטיח שהמערכת יכולה לטפל בו זמנית במזהמים מרובים, ולשפר את היציבות הכללית.

1. יתרונות
שיפור התדרדרות הביולוגית: יחס BOD₅/CODCR משופר משמעותית ויוצר תנאים חיוביים לתהליכים הבאים.

עמידות בפני עומס הלם: מקלה ביעילות תנודות משמעותיות באיכות המים או בכמות.

ייצור בוצה נמוך: בהשוואה למערכות אירוביות, מערכות אנאירוביות מייצרות פחות עודף בוצה, ומפחיתים את הלחץ על טיפול בוצה.

2. חסרונות

קשה לעמוד בתקני השפכים בשיטה זו בלבד: זה בדרך כלל דורש שילוב עם תהליכים אחרים.

מגבלות טמפרטורה: יעילות הטיפול פוחתת תחת טמפרטורות חורף נמוכות.

טביעת רגל גדולה: דרישות משאבי קרקע גבוהות.

ייצור ריח: אמצעי אוורור ודאודוריזציה נדרשים כדי לשלוט עליו.

1. גבוה - שפכים אורגניים ריכוזיים
שפכים מתעשיות כמו עיבוד מזון, שחיטה, חקלאות חקלאית, תרופות, עור וייצור נייר יש לעתים קרובות ריכוזי חומר אורגניים גבוהים. הזנתו ישירות למיכל אירובי תביא לעומס יתר קשה ולצריכת אנרגיה מוגברת. במקרים כאלה, התקנת מיכל הידרוליזה והחמצה להפחתת ריכוז CODCR ושיפור התדרדרות הביולוגית יכולה לשפר משמעותית את ביצועי המערכת הכוללים.

2. שפכים עם התדרדרות ביולוגית לקויה
שפכים מהדפסה וצביעה, תרופות ותעשיות כימיות לעיתים קרובות יש יחס CODCR/BOD₅ העולה על 2.5, מה שמצביע על התדרדרות ביולוגית לקויה. הזנתו ישירות למיכל אירובי תביא להסרה תת -אופטימלית וצריכת אנרגיה הפעלה גבוהה. טיפול הידרוליזה והחמצה יכולים לשפר משמעותית את יכולת ההתדרדרות, מה שהופך את היחידות האירוביות לחסכוניות ויעילות יותר.

3. מצבים עם תנודות גדולות באיכות המים ובכמות
חלק מפעלים תעשייתיים חווים פריקת שפכים לא אחידה, ואיכות המים משתנה לרוב עם שינויים בתהליכי הייצור. מיכלי הידרוליזה והחמצה יכולים לשמש מאגרים, לייצב את האיכות והכמות המשפיעים, ולמנוע מערכות לאחר מכן לחוות זעזועים שעלולים להוביל להפחתת היעילות או אפילו להתמוטטות.

4. צימוד לתהליכים ספציפיים
בתהליכי AB מיכלי הידרוליזה והחמצה הם חיוניים. התקנת מיכל הידרוליזה והחמצה לפני כורים אנאירוביים כמו UASB ו- IC יכולה לשפר משמעותית את יעילות ייצור הגז ואת היציבות של המערכת האנאירובית. הוספת שלב הידרוליזה והחמצה לפני טיפול אירובי או חמצון מתקדם גם יוצרת מצבים טובים יותר לתגובות הבאות.

5. הצורך לשפר את התנגדות ההלם הכללית
מערכות טיפול ריכוזיות במפעלי טיפול בשפכים עירוניים ופארקים תעשייתיים חווים לעתים קרובות זיהום פתאומי או עלייה פתאומית בנפח המים. כדי לשפר את עמידות ההלם הכללית, לעתים קרובות מתווספים מיכלי הידרוליזה ומיכלי החמצה לזרימת התהליכים כדי למנוע חוסר יציבות במערכת.

1. מפעל לטיפול בשפכים עירוניים
מפעל לטיפול בשפכים עירוני גדול משתמש בתהליך AB, כאשר החלק A הוא מיכל ההידרוליזה וההחמצה. תוצאות תפעוליות מראות כי סעיף A לא רק מסיר כ- 30% מה- COD₂CR בהשפעה, אלא גם משפר באופן משמעותי את התדרדרות הביולוגית של שפכים. הטיפול האירובי בסעיף ב 'מספק יציבות נוספת, כאשר הקולח לעמוד בעקביות בסטנדרטים, ומדגים את התפקיד הבלתי ניתן להחלפה של מיכל ההידרוליזה וההחמצה בטיפול בשפכים עירוניים.

2. שפכים בתעשיית המזון
במפעל חלב, בשפכים היו ריכוז COD₂CR גבוה עד 6000 מ"ג לליטר והכילו כמויות משמעותיות של חלבון ושומן. הזנת ישירות של שפכים למערכת האירובית הייתה מביאה לביקוש חמצן מוגזם ולצריכת אנרגיה גבוהה. לאחר טיפול מראש במיכל ההידרוליזה וההחמצה, ה- COD₂CR הופחת ל 3000 מ"ג לליטר, ויחס BOD₅/COD₂CR עלה מ- 0.28 ל- 0.5. בהמשך, השפכים נכנסו ליחידת הטיפול האירובי, ועומדת בעקביות בתקני הפליטה הלאומית.

3. שפכים פרמצבטיים
למי השפכים התרופות יש קומפוזיציה מורכבת, המכילה לעתים קרובות חומר אורגני סקרן ויחס BOD₅/COD₅ נמוך. לאחר הטיפול במיכל הידרוליזה והחמצה, שיעורי ההסרה של COD₅ מגיעים ל 20-40%, תוך שיפור משמעותי של התדרדרות הביולוגית. טיפול לאחר מכן באמצעות תהליך חמצון מגע מייצב בקלה שפכים ורמות חנקן אמוניה בגבולות מקובלים, ומדגים את התפקיד המכריע של מיכלי הידרוליזה והחמצה בטיפול בשפכים תרופתיים.