1. Introducció: Què és un tanc d'acidificació d'hidròlisi?
A dipòsit d'acidificació d'hidròlisiés una unitat avançada de pretractament biològic molt utilitzada en sistemes de tractament d'aigües residuals municipals i industrials. Millora la biodegradabilitat de les aigües residuals convertint els contaminants orgànics complexos en compostos biodegradables més senzills mitjançant reaccions d'hidròlisi i acidificació.
En molts projectes de tractament d'aigües residuals industrials, una gran part de contaminants orgànics existeix en forma de compostos macromoleculars complexos que són difícils de degradar directament per als sistemes de tractament biològic convencionals. Un reactor d'acidificació d'hidròlisi descompone aquestes substàncies complexes en molècules orgàniques més petites, millorant laRelació DBO/CODi crear condicions més favorables per als processos de tractament biològic posteriors.
En comparació amb els mètodes de tractament tradicionals, la tecnologia d'acidificació per hidròlisi ofereix diversos avantatges:
Redueix la complexitat dels contaminants orgànics.
Millora la biodegradabilitat de les aigües residuals.
Millora l'eficiència del tractament biològic aigües avall.
Proporciona capacitat d'amortiment contra les fluctuacions en la qualitat i el cabal de les aigües residuals.
Redueix la càrrega de tractament en processos posteriors.
Per aquest motiu, els dipòsits d'acidificació d'hidròlisi s'han convertit en una important tecnologia de pretractament en depuradores d'aigües residuals, especialment per a aigües residuals industrials amb altes càrregues orgàniques o poca biodegradabilitat.
Tanmateix, l'èxit de l'aplicació depèn en gran mesura de seleccionar el tipus de reactor correcte i dissenyar el sistema segons les característiques de les aigües residuals.
Els problemes d'enginyeria habituals, com ara l'acumulació de fangs, el curt{0}}circuit hidràulic, el rentat de fangs i la qualitat inestable de l'efluent, sovint es deuen a una selecció inadequada del reactor o a una atenció insuficient als detalls estructurals.
Un dels tres tipus principals de tancs d'acidificació d'hidròlisi utilitzats en aplicacions d'enginyeria és:
Tanc d'acidificació d'hidròlisi de flux ascendent
Cada tipus de reactor té diferents característiques estructurals, principis de funcionament, avantatges i escenaris d'aplicació.
2. Hidròlisi Procés d'acidificació: principi de funcionament
El procés d'acidificació per hidròlisi es basa en l'activitat de microorganismes anaeròbics i facultatius.
El procés inclou principalment dues etapes:
2.1 Etapa d'hidròlisi
Durant la hidròlisi, els microorganismes segreguen enzims extracel·lulars que descomponen grans molècules orgàniques, com ara:
Proteïnes
Hidrats de carboni
Lípids
Polímers orgànics complexos
Aquestes substàncies macromoleculars es converteixen en compostos solubles més petits com ara:
Aminoàcids
Sucres
Àcids grassos
Aquesta transformació millora l'accessibilitat dels contaminants per als microorganismes.
2.2 Etapa d'acidificació
Durant l'acidificació, els bacteris-productors d'àcid converteixen els productes de la hidròlisi en:
Àcids grassos volàtils (AGV)
Àcids orgànics
Alcohols
Hidrogen
Diòxid de carboni
Aquests productes són més fàcils d'utilitzar per als microorganismes de tractament biològic aigües avall.
A diferència dels sistemes de digestió anaeròbica que se centren en la producció de metà, els dipòsits d'acidificació d'hidròlisi tenen com a objectiu principal millorar la biodegradabilitat de les aigües residuals i millorar l'eficiència del tractament posterior.
3. Per què utilitzar un dipòsit d'acidificació d'hidròlisi en el tractament d'aigües residuals?
3.1 Millorar la biodegradabilitat de les aigües residuals
Molts corrents d'aigües residuals industrials contenen compostos orgànics refractaris amb poca biodegradabilitat.
L'acidificació per hidròlisi converteix aquestes substàncies en molècules biodegradables més petites, augmentant l'eficàcia dels sistemes de tractament biològic.
Una proporció de biodegradabilitat més alta permet processos aigües avall com ara:
Sistemes de fangs activats
Sistemes MBBR
Sistemes SBR
Reactors de biofilm
per operar de manera més eficient.
3.2 Reduir la càrrega de tractament de DQO
L'acidificació per hidròlisi ajuda a transformar el DQO complex en formes més biodegradables.
Tot i que el reactor no està dissenyat principalment per a l'eliminació completa del DQO, millora l'eficiència de conversió del DQO i redueix la càrrega orgànica a les següents etapes de tractament.
3.3 Millorar la resistència a la càrrega de xoc
Les aigües residuals industrials sovint experimenten fluctuacions en:
Concentració orgànica
Caudal
Contaminants tòxics
Un tanc d'acidificació d'hidròlisi dissenyat adequadament proporciona capacitat d'amortiment i protegeix els processos biològics aigües avall dels canvis sobtats.
3.4 Reduir la producció de fangs
En comparació amb els processos de tractament aeròbic, l'acidificació per hidròlisi funciona en condicions de baix oxigen i generalment produeix menys excés de fangs.
Això ajuda a reduir:
Costos d'eliminació de fangs
Requisits de manipulació de fangs
Despeses generals de funcionament
4. Principals tipus de tancs d'acidificació d'hidròlisi
Els reactors d'acidificació d'hidròlisi es poden classificar segons les seves condicions hidràuliques, mètodes de mescla i estratègies de retenció de biomassa.
Els tres dissenys principals es discuteixen a continuació.
4.1 Tanc d'acidificació d'hidròlisi de flux ascendent
Visió general
El dipòsit d'acidificació d'hidròlisi de flux ascendent és actualment el tipus de reactor més utilitzat a causa de la seva estructura senzilla, baix cost operatiu i rendiment fiable.
S'utilitza àmpliament en:
Tractament d'aigües residuals municipals
Aigües residuals de processament d'aliments
Aigües residuals tèxtils
Aigües residuals de fabricació de paper
Tractament general d'aigües residuals industrials
Principi de funcionament
Les aigües residuals entren al reactor a través d'un sistema de distribució inferior i flueixen cap amunt a través d'una manta de fangs en suspensió.
Durant el flux ascendent:
Les aigües residuals entren en contacte amb fangs facultatius d'alta{0}concentració.
Els sòlids en suspensió es mantenen.
Els bacteris hidrolítics degraden compostos orgànics complexos.
Es generen substàncies biodegradables solubles.
El sobrenedant tractat es recull de la secció superior i es descarrega a les unitats de tractament posteriors.
Disseny estructural d'un tanc d'acidificació d'hidròlisi de flux ascendent
El dipòsit d'acidificació d'hidròlisi de flux ascendent generalment adopta aEstructura del reactor estratificat vertical. De baix a dalt, el dipòsit es pot dividir en quatre zones funcionals:
Zona de distribució d'aigua de fons
Zona de reacció de fangs
Zona de separació d'aigua-fangs
Zona de recollida d'efluents
Cada zona realitza una funció específica per garantir un funcionament estable del reactor.
1. Zona de distribució d'aigües de fons
La zona de distribució inferior s'encarrega de distribuir uniformement les aigües residuals afluents per tota la secció transversal-del reactor.
Els mètodes de distribució habituals inclouen:
Sistemes de canonades perforades ramificades
Sistemes de distribució d'aigua de pols
Les canonades de distribució solen estar disposades amb broquets-encaminats o inclinats per aconseguir una distribució uniforme del flux.
La velocitat del flux a les obertures de distribució s'ha de controlar generalment dins:
1.8–2.5 m/s
per evitar bloquejos mantenint una distribució hidràulica eficaç.
El fons del dipòsit normalment es dissenya amb un pendent de:
0.5%–1%
i equipat amb instal·lacions de descàrrega de fangs per evitar zones mortes i acumulació de fangs.
Zona de reacció de fangs mitjans
La zona de reacció dels fangs és l'àrea de tractament central del reactor.
Els paràmetres de disseny típics inclouen:
Profunditat efectiva de l'aigua:4–6 m
Temps de retenció hidràulica (HRT):4-8 hores
Gruix de la manta de fangs:2–3 m
Concentració de fangs:8–12 g/L
En aquesta zona:
Les aigües residuals entren en contacte amb fangs d'alta-concentració.
Els microorganismes hidrolítics degraden la matèria orgànica complexa.
Es capturen els sòlids en suspensió.
Es millora la biodegradabilitat.
Mantenir una manta de fangs estable és fonamental per aconseguir un rendiment coherent del tractament.
Zona de separació d'aigua de fang superior{0}
La secció superior funciona com a zona de separació d'aigua-fangs.
Profunditat típica de l'aigua:
1–1.5 m
A mesura que disminueix la velocitat del flux ascendent, les partícules de fang en suspensió poden tornar a instal·lar-se a la zona de reacció.
Això redueix:
Pèrdua de fangs
Rentat de biomassa
Concentració de sòlids en suspensió efluents
Una zona de separació dissenyada correctament és essencial per mantenir l'estabilitat del reactor-a llarg termini.
Zona de recollida d'efluents superiors
La zona d'efluent superior està dissenyada per a la recollida uniforme d'aigua tractada.
Les estructures comunes inclouen:
Presos de desbordament triangulars
Presas de desbordament rectangulars
El sistema també pot incloure instal·lacions d'escapament de gasos per eliminar:
Traça de biogàs
Compostos orgànics volàtils (COV)
Això ajuda a mantenir unes condicions de pressió estables dins del reactor.
Avantatges dels tancs d'acidificació d'hidròlisi de flux ascendent
Els principals avantatges inclouen:
1. Estructura simple
El reactor té una configuració relativament senzilla sense equipaments mecànics complexos.
2. Baix consum d'energia
Com que la mescla s'aconsegueix principalment mitjançant el flux hidràulic, el consum d'energia és extremadament baix.
3. Entorn microbià estable
La manta de fangs en suspensió proporciona:
Temps llarg de retenció de fangs
Alta concentració microbiana
Activitat biològica estable
4. Baix cost d'explotació
L'absència d'equips de mescla mecànica redueix:
Costos energètics
Requisits de manteniment dels equips
Complexitat operativa
Limitacions dels tancs d'acidificació d'hidròlisi de flux ascendent
Malgrat els seus avantatges, els reactors de flux ascendent tenen diversos requisits d'enginyeria.
1. Requisits estrictes de distribució d'influents
La distribució desigual de l'aigua pot provocar:
Curtcircuit hidràulic
Distribució desigual de fangs
Reducció de l'eficiència del tractament
Per tant, el sistema de distribució d'entrada s'ha de dissenyar amb cura.
2. Sensibilitat a un alt contingut de sorra
Les aigües residuals que contenen massa sorra o sòlids en suspensió poden provocar:
Bloqueig de canonades
Obstrucció del broquet
Acumulació de fangs
Instal·lacions de pretractament com ara:
Pantalles
Cambres de gra
Es recomana abans del reactor.
3. Riscos de xoc hidràulic
Els augments sobtats del cabal poden alterar la coberta de fangs i provocar:
Flotació de fangs
Rentat de fangs
Mala qualitat de l'efluent
Consideracions d'enginyeria per als tancs d'acidificació d'hidròlisi de flux ascendent
Per garantir un funcionament estable:
Eviteu la distribució simple d'aigua-punt
Els sistemes de distribució d'un sol-punt o de{1}}punt limitat sovint creen condicions hidràuliques desiguals.
Es recomana un sistema de distribució de diversos-punts.
Mantenir nivells de desbordament de presa
El desbordament desigual provoca camins de flux preferents i afecta la separació d'aigua{0}de fangs.
Dissenyar les instal·lacions d'abocament de fangs adequades
L'abocament periòdic de fangs evita:
Acumulació excessiva de fangs
Volum efectiu reduït
Deteriorament del rendiment del reactor