水解酸化技術(shù),生物制藥論文

水解酸化技術(shù),生物制藥論文本篇論文目錄導(dǎo)航：【題目】【1.11.2】【1.31.4】水解酸化技術(shù)【第二章】【3.13.2】【3.3-3.6】【4.14.2】【4.3-4.5】【結(jié)論/以下為參考文獻(xiàn)】1.3水解酸化技術(shù)厭氧生化經(jīng)過(guò)能夠概括為水解、酸化和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段，而水解酸化法是指通過(guò)人為調(diào)控，將反響器內(nèi)的厭氧生化經(jīng)過(guò)控制在前兩個(gè)階段〔即水解和酸化階段〕的處理方式方法，它是一種介于好氧和厭氧生化處理方式方法之間的方式方法[60].1.3.1水解酸化技術(shù)概述水解，在廢水生化處理經(jīng)過(guò)中，主要是指利用水解菌將廢水中非溶解性有機(jī)污染物分解轉(zhuǎn)化為溶解性的單體或者二聚體的經(jīng)過(guò)。而酸化是將水溶性物質(zhì)通過(guò)微生物代謝轉(zhuǎn)化為各種脂肪酸的一類典型的發(fā)酵經(jīng)過(guò)。水解和酸化難以嚴(yán)格區(qū)分，是由于水解菌屬于發(fā)酵菌，水解是耗能經(jīng)過(guò)，發(fā)酵是供能經(jīng)過(guò)，水解提供溶解性物質(zhì)，發(fā)酵將溶解性物質(zhì)通過(guò)胞內(nèi)的生化反響獲得能源，同時(shí)排放代謝產(chǎn)物〔各種有機(jī)酸醇〕。若廢水中同時(shí)存在非溶解性和溶解性有機(jī)物時(shí)，水解和酸化更是同時(shí)進(jìn)行而難以分割的[61].水解酸化降解污染物的形式如此圖1.2所示[62].水解酸化經(jīng)過(guò)中的優(yōu)勢(shì)菌群為兼性菌〔包括水解菌和產(chǎn)酸菌〕，其對(duì)廢水環(huán)境的適應(yīng)力強(qiáng)、代謝強(qiáng)度高、對(duì)廢水中氧氣的含量要求低。與單獨(dú)的好氧法相比，能夠大規(guī)模去除SS、緩沖進(jìn)水負(fù)荷、提高廢水的可生化性以及節(jié)省費(fèi)用；與單獨(dú)的厭氧法相比，少了厭氧經(jīng)過(guò)中對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格、敏感且降解速率較慢的產(chǎn)甲烷階段和氣體回收系統(tǒng)，使反響器容積和基建費(fèi)用大為降低[61],且操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理更方便。因而，采用水解酸化作為預(yù)處理工序既能夠很快適應(yīng)進(jìn)水負(fù)荷的變化，并且能夠有效地提高廢水的可生化性，為后續(xù)的生化處理提供較好的條件。影響水解酸化效果的主要因素有pH、溫度、底物種類和形態(tài)、氧化復(fù)原電位及水力停留時(shí)間?！?〕pH.pH的不同主要會(huì)影響水解酸化產(chǎn)物的種類和產(chǎn)生、水解的速率以及微生物的代謝等。水解酸化對(duì)pH變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在廢水pH值為3.5~10時(shí)能夠正常運(yùn)行，在5.5~6.5之間時(shí)處理效果最好[63].〔2〕溫度。溫度的不同主要會(huì)影響水中物質(zhì)的溶解度和水解酸化酶的活性。在一定范圍內(nèi)，溫度越高，水解反響速率越大。但是，水解酸化在常溫下也能有較好的處理效果[64].〔3〕底物種類和形態(tài)。廢水中，與蛋白質(zhì)、脂類、支鏈構(gòu)造分子相比，糖類、直鏈構(gòu)造分子較容易水解；與大粒徑顆粒狀有機(jī)物相比，粒徑越小的溶解性COD濃度越高，水解速度也越大?！?〕氧化復(fù)原電位〔ORP〕。ORP的不同會(huì)影響水解酸化產(chǎn)物的分布和累積。水解酸化菌對(duì)ORP的適應(yīng)范圍較廣，一般控制在+50mV下面[65,66].當(dāng)ORP在-200~100mV之間有利于丙酸型厭氧水解酸化菌群聚集，ORP在-350~-200mV之間有利于丁酸型厭氧水解酸化菌群聚集[67],當(dāng)ORP低于-350mV時(shí)有利于甲烷菌群聚集。因而，可通過(guò)對(duì)水解酸化的ORP的控制來(lái)到達(dá)控制水解酸化類型以及抑制產(chǎn)甲烷階段?！?〕水力停留時(shí)間〔HRT〕。是水解酸化工藝的重要運(yùn)行參數(shù)之一。HRT的不同會(huì)影響水解酸化反響的程度，在一定范圍內(nèi)，HRT越長(zhǎng)，廢水與微生物反響越充分，工藝的處理效果越好。但是，當(dāng)HRT超過(guò)一定限值時(shí)，工藝的COD去除率也不會(huì)繼續(xù)增大反而導(dǎo)致反響器的容積增大。水解酸化經(jīng)過(guò)進(jìn)行的程度怎樣，能夠用下面的指標(biāo)變化進(jìn)行判定。〔1〕VFA〔揮發(fā)性脂肪酸〕的變化。VFA作為廢水中的有機(jī)污染物被水解酸化的一般產(chǎn)物，因而測(cè)定反響器進(jìn)出水VFA的變化可直接反響水解酸化反響器的運(yùn)行狀況。當(dāng)進(jìn)出水VFA的差異越大時(shí)，表示清楚反響器內(nèi)水解酸化運(yùn)行狀況越好。在水解酸化經(jīng)過(guò)中VFA常作為判定有機(jī)物水解酸化能力的一個(gè)指標(biāo)[68-70].〔2〕pH值變化。廢水中的糖類、蛋白質(zhì)及脂肪等大分子物質(zhì)被水解酸化為各種脂肪酸后，會(huì)引起廢水pH值的下降。因而，測(cè)定反響器進(jìn)出水pH值的變化可間接反映水解酸化進(jìn)行的程度，是當(dāng)前實(shí)際工程中最為簡(jiǎn)便的方式方法之一。但當(dāng)進(jìn)水基質(zhì)濃度較低或含有大量緩沖物質(zhì)時(shí)，這一指標(biāo)將不適用。此時(shí)，水解程度可能進(jìn)行的很好，而pH值下降并不明顯?！?〕溶解性BOD5、BOD5/COD值和耗氧速率的變化。廢水中懸浮性和難生物降解的大分子有機(jī)污染物，經(jīng)過(guò)水解酸化處理后，被轉(zhuǎn)化成溶解性的易降解的小分子有機(jī)物，使反響器出水中溶解性的BOD5增加，進(jìn)而提高廢水的可生化性；同時(shí)，廢水的耗氧速率也明顯增大。因而，測(cè)定反響器進(jìn)出水溶解性BOD5、B/C值及好氧速率的變化，可反映水解反響器內(nèi)的運(yùn)行狀況及水解酸化效果。出水B/C值大于進(jìn)水的B/C值時(shí)，且兩者值相差越多，表示清楚水解酸化效果越好?！?〕VSS〔揮發(fā)性懸浮物〕變化。當(dāng)反響器的基質(zhì)為顆粒態(tài)有機(jī)物時(shí)，隨著水解酸化反響的進(jìn)行，顆粒態(tài)有機(jī)物被轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機(jī)物，VSS減少。但在其他情況下僅用VSS的變化并不能全面反映水解酸化反響器的水解狀態(tài)?！?〕有機(jī)物構(gòu)成及形態(tài)的變化。水解酸化經(jīng)過(guò)可使大分子環(huán)狀構(gòu)造及長(zhǎng)鏈構(gòu)造的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?、支鏈及短鏈?gòu)造的有機(jī)物。因此，通過(guò)測(cè)定有機(jī)物種類可知水解酸化的效果。廢水經(jīng)水解處理后，溶解性有機(jī)物的比例顯著增加，而一般初沉池溶解性有機(jī)物變化較小。〔6〕酶活性的變化。水解酸化是有機(jī)物被水解酸化微生物分泌出的胞外酶〔如水解酶、氧化復(fù)原酶等〕降解的經(jīng)過(guò)，因而，通過(guò)測(cè)定反響前后酶的活性能夠反映出微生物的活性，進(jìn)而指示水解酸化的進(jìn)程[71].〔7〕微生物種群構(gòu)造變化[72].隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)對(duì)微生物的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)以及轉(zhuǎn)化基因的標(biāo)記能夠反映水解酸化優(yōu)化調(diào)控的進(jìn)程，且利于深切進(jìn)入研究水解酸化降解機(jī)理。1.3.2水解酸化技術(shù)研究現(xiàn)在狀況水解酸化技術(shù)作為一種預(yù)處理技術(shù)，常與其他工藝組合。當(dāng)前主要應(yīng)用于難降解工業(yè)廢水的處理、城市污水的處理以及污泥的處理。水解酸化在實(shí)際工程中的運(yùn)用實(shí)例見表1.4.1.3.3生物膜法在水解酸化中的應(yīng)用生物膜法作為污水處理的一大技術(shù)，它具有微生物群落多樣化、存活世代時(shí)間較長(zhǎng)、微生物量多，處理能力大以及對(duì)水質(zhì)、水量、水溫的變動(dòng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性等特點(diǎn)。生物填料作為微生物固著生長(zhǎng)和繁衍的載體，是生物膜法廢水處理工藝的核心部分。生物膜法在水解酸化中的應(yīng)用主要是指將填料添加到水解酸化反響器中，以保證系統(tǒng)內(nèi)有足夠的微生物以及使微生物與廢水充分接觸，進(jìn)而使水解酸化反響器能保持高效的運(yùn)行。1.4零價(jià)鐵〔zerovalentiron,ZVI〕技術(shù)1.4.1零價(jià)鐵技術(shù)概述當(dāng)前，將鐵元素應(yīng)用到廢水的生化處理工藝的生物鐵技術(shù)已經(jīng)很常見，其方式方法一般是直接將二價(jià)鐵鹽投加到生物處理階段，通過(guò)刺激微生物體內(nèi)的酶活性進(jìn)而提高其處理效果。但是，在投入Fe2+鹽時(shí)，其陰離子〔硫酸根離子、氯離子等〕在水體中會(huì)影響微生物本身的新陳代謝，十分是對(duì)厭氧產(chǎn)甲烷微生物的抑制作用愈加明顯。ZVI作為一種便宜及環(huán)境友好型的復(fù)原劑，甚至可作為高活性物質(zhì)用于地下水污染的治理，因而，近些年來(lái)在環(huán)境污染控制領(lǐng)域很受歡迎。在廢水處理方面，ZVI技術(shù)主要被用于生化處理之前的預(yù)處理，以提高廢水的可生化性。很多研究表示清楚ZVI技術(shù)對(duì)難氧化型有機(jī)廢水的處理、受污染地下水的修復(fù)等有良好效果，且對(duì)印染廢水具有很好的脫色能力，色度去除率很高。ZVI技術(shù)去除污染物的機(jī)理能夠歸結(jié)為下面幾點(diǎn)[81-83]:如此圖1.3所示，〔1〕復(fù)原作用。鐵作為活潑性金屬，具有較強(qiáng)的復(fù)原能力，在酸性條件下，含強(qiáng)拉電子基團(tuán)的有機(jī)物被零價(jià)鐵復(fù)原，高價(jià)無(wú)機(jī)離子也被復(fù)原為無(wú)毒或低毒的低價(jià)態(tài)。Fe2+吸附在固相鐵氧化物上構(gòu)成的[Fe-FexOy]2+與液相中構(gòu)成的[Fe-organ]2+都具有較強(qiáng)復(fù)原能力?！?〕微電解作用。鐵具有電化學(xué)性質(zhì)，其能與H2O構(gòu)成ZVI-H2O體系，構(gòu)成腐蝕電池，產(chǎn)生新生態(tài)氫，并活化ZVI外表，加速反響?！?〕混凝吸附作用。反響經(jīng)過(guò)中生成的針鐵礦〔-FeOOH〕、纖鐵礦〔-FeOOH〕等能在較寬的pH范圍內(nèi)對(duì)污染物有吸附去除作用，其具有一定比外表積，吸附能力強(qiáng)。在酸性條件下，反響產(chǎn)生大量Fe2+、Fe3+,pH為堿性時(shí)，構(gòu)成Fe〔OH〕2、Fe〔OH〕3膠體狀絮凝劑，對(duì)污染物有較強(qiáng)吸附能力；而且，F(xiàn)e〔OH〕3又被水解為強(qiáng)絮凝性能的[Fe〔OH〕]2+、[Fe〔OH〕2]+等絡(luò)合離子。鐵離子絡(luò)合作用及其引發(fā)的共沉淀作用在ZVI去除難降解毒害污染物中占據(jù)重要甚至主導(dǎo)地位?！?〕Fe2+對(duì)微生物酶活性的促進(jìn)作用，進(jìn)而加強(qiáng)微生物活性。1.4.2零價(jià)鐵技術(shù)研究現(xiàn)在狀況ZVI技術(shù)自20世紀(jì)80年代末開場(chǎng)已開場(chǎng)用于污水處理，近年來(lái)，由于零價(jià)鐵技術(shù)便宜高效、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，對(duì)于難降解毒害污染物的生化處