Tecnologia de tractament d'aigües residuals de la rasa d'oxidació d'aireació de micro-porus pre-anaeròbics
Introducció
Anàlisi de laprocés de rasa d'oxidació convencionalrevela que ajustant i optimitzant la intensitat de l'aireació i els patrons de flux, les aigües residuals es tracten seqüencialment a través de tancs de reacció anaeròbic, anòxic i aeròbic, assegurant l'eliminació efectiva de la matèria orgànica. No obstant això, qüestions comalta inversió globalibaixa eficiència de transferència d'oxigensón comuns, conduint aeliminació subòptima de nitrogen i fòsfor. Per fer front a aquestes limitacions, s'ha dut a terme una-investigació en profunditat sobre la tecnologia de tractament d'aigües residuals de rases d'oxidació d'aireació microporosa pre{-anòxica, amb l'objectiu de millorar l'eficiència operativa de les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes i millorar la utilització dels recursos hídrics.
1. Visió general del projecte
La depuradora d'aigües residuals de X City tracta principalment aigües residuals domèstiques i industrials, amb un volum important d'efluents industrials.La capacitat de tractament dissenyada és de 10×10⁴ m³/d. Es mostren els estàndards de qualitat per a afluents i efluentsTaula 1. Actualment, el 30% de l'efluent tractat es reutilitza com a aigua regenerada per a centrals tèrmiques, mentre que el 70% restant s'aboca als rius. D'acord amb les classificacions funcionals de les aigües superficials i les normes d'abocament de contaminants per a estacions de tractament d'aigües residuals urbanes, la planta ha de complir la norma d'abocament de grau 1B. Amb el desenvolupament econòmic urbà en curs i l'augment de la descàrrega d'aigües residuals, la planta ha implementat un tractament interceptiu d'aigües residuals per a les aigües residuals domèstiques, ha ampliat la xarxa de clavegueram i ha adoptat el procés d'oxidació d'aireació microporosa pre{-anòxica per reduir la contaminació de les fonts d'aigua superficial urbana.
2. Flux del procés de la rasa d'oxidació d'aireació microporosa pre-anòxica
El nucli d'aquest procés és la combinació d'un tanc pre{0}}anòxic i una rasa d'oxidació d'aireació microporosa. La seqüència del tractament és la següent:aigües residuals → pantalla gruixuda → casa de la bomba d'entrada → pantalla fina → cambra de greix vortex → dipòsit anaeròbic → zones anòxiques/aeròbiques → dipòsit de sedimentació secundari → dipòsit de desinfecció → efluent. Una part dels fangs del dipòsit de sedimentació secundari s'aboquen a la instal·lació de deshidratació de fangs abans de l'eliminació final. El procés se centra en l'alliberament de fòsfor, l'eliminació biològica de nitrogen i l'eliminació de fòsfor.
2.1 Alliberament de fòsfor
Al dipòsit anaeròbic, els bacteris fermentatius converteixen les macromolècules biodegradables en intermedis moleculars més petits, principalment àcids grassos volàtils (AGV). En condicions anaeròbiques perllongades, els organismes-acumuladors de polifosfats (PAO) creixen lentament i alliberen fosfat de les seves cèl·lules a la solució mitjançant la descomposició dels polifosfats. Aquest procés proporciona energia per a l'absorció i conversió d'àcids grassos de baix-molecular en grànuls de polihidroxibutirat (PHB).
2.2 Eliminació biològica de nitrogen
El nitrogen d'amoníac es converteix en nitrit i nitrat mitjançant bacteris nitrificants en condicions aeròbiques. A la zona anòxica, els bacteris desnitrificants redueixen el nitrat a nitrogen gas, que s'allibera a l'atmosfera. Aquest procés redueix eficaçment els nivells de nitrogen a les aigües residuals.
2.3 Eliminació de fòsfor
En condicions aeròbiques, els PAO utilitzen fonts de carboni i PHB per absorbir l'ortofosfat, sintetitzant polifosfats a les seves cèl·lules. El fòsfor acumulat s'elimina posteriorment del sistema amb els fangs residuals, aconseguint una eliminació eficient del fòsfor.
En comparació amb els processos convencionals,la rasa d'oxidació d'aireació microporosa pre-anòxica simplifica les operacions eliminant la sedimentació primària o reduint-ne la durada. Això permet que les partícules orgàniques més grans de la cambra de sorra entrin al sistema biològic, abordant les deficiències de la font de carboni. Les condicions aeròbies anaeròbiques-anòxiques-alternes inhibeixen el creixement dels bacteris filamentosos, milloren la sedimentació dels fangs i integren l'eliminació de nitrogen, l'eliminació de fòsfor i la degradació orgànica. Les zones anaeròbiques i anòxiques creen entorns favorables per a l'eliminació de nitrogen i fòsfor, mentre que la zona aeròbica admet l'alliberament i la nitrificació simultània de fòsfor. El volum de la zona aeròbica s'ha de calcular acuradament per garantir l'eficiència:
On:
- X: Concentració de fangs microbians (mg/L)
- Y: Coeficient de rendiment de fangs (kgMLSS/kgBOD)
- Se: concentració de l'efluent (mg/L)
- S0: concentració d'influent (mg/L)
- θC0: Temps de retenció hidràulica (s)
- Q: Caudal d'afluent (L/s)
- V0: volum efectiu del reactor aeròbic (L)
3. Aspectes clau de la tecnologia de rases d'oxidació d'aireació microporosa pre-anòxica
3.1 Tecnologia de tancs pre-anòxics
El tanc pre-anòxic allotja microorganismes anaeròbics que de forma preliminar es descomponen i transformen la matèria orgànica, reduint la producció de fangs i alleujant la càrrega en les etapes de tractament posteriors.
3.1.1 Flux del procés
3.1.1.1 Pretractament d'influents
El cribratge elimina els sòlids en suspensió com els plàstics, els cabells i els residus de cuina mitjançant pantalles biològiques avançades. La regulació del cabal i de la qualitat garanteix l'homogeneïtat, mentre que la sedimentació (natural o química-ajudada) elimina els sòlids en suspensió i la matèria orgànica/inorgànica.
3.1.1.2 Reacció anaeròbica
La temperatura controlada, el pH i el temps de retenció faciliten la barreja exhaustiva de fangs anaeròbics i aigües residuals, millorant l'eliminació de la matèria orgànica. Els reactors anaeròbis utilitzen la barreja o la circulació per afavorir la fermentació, produint CO₂, CH₄ i traces de H₂S. Seguidament, la separació de gas-líquid-sòlid i el tractament dels gasos de cua.
3.1.1.3 Post-tractament i efluents
Els contaminants inorgànics i orgànics resistents es tracten mitjançant processos aeròbics o adsorció de carbó actiu. El seguiment en línia fa un seguiment dels indicadors de l'activitat microbiana i de la qualitat de l'aigua (p. ex., relació F/M, oxigen dissolt). La relació F/M hauria de tenir una mitjana de 0,06; l'oxigen dissolt a les zones anaeròbies ha de ser de 0,5 a 1 mg/L.
3.1.2 Control de processos
Les mesures clau inclouen:
Cultiu de fangs anaeròbics amb gran capacitat de degradació i mantenint unes proporcions òptimes de nutrients (C:N:P ≈ 100:5:1).
Control de la càrrega orgànica, la temperatura (30-35 graus) i el pH (6,5-7,5). La càrrega orgànica ha de ser de 3-6 kg DBO₅/(m³·d).
Implementar el reciclatge de fangs per mantenir la concentració i l'activitat microbiana. Els fangs deshidratats es poden reutilitzar com a fertilitzant o alimentació.
3.2 Tecnologia de rases d'oxidació d'aireació microporosa
La protuberància del fang, sovint causada per bacteris filamentosos o expansió de zoogloea, perjudica la sedimentabilitat. Les equacions següents descriuen el creixement microbià:
On:
- Kd: coeficient de desintegració microbiana (d-1)
- S: concentració de substrat (mg/L)
- Ks: mig-coeficient de saturació (mg/L)
- Y: coeficient de rendiment (kgMLSS/kgCOD)
- μmàx: Taxa de creixement específica màxima (d-1)
- μ: taxa de creixement microbià (d-1)
On:
- Smin: Concentració mínima de substrat en estat estacionari (mg/L)
- Kd: coeficient de desintegració microbiana (d-1)
- Ks: meitat-coeficient de saturació, és a dir, la concentració del substrat quan μ=μmax/2μ=μmàxim/2 (mg/L)
- Y: coeficient de rendiment (kgMLSS/kgCOD)
- μmàx: Taxa de creixement específica màxima (d-1)
3.2.1 Paràmetres de disseny del procés
Les aigües residuals passen per pantalles, cambres de sorra i dipòsits anaeròbics (amb mescladors) abans d'entrar a la rasa d'oxidació. Els airejadors microporosos i les hèlixs submergides creen condicions aeròbiques/anòxiques alternes. El sistema inclou dos dipòsits anaeròbics (2,8 h HRT) i quatre sèquies d'oxidació (8,64 h HRT). L'edat dels fangs és d'11,3 dies.
3.2.2 Disseny pilot-dispositiu a escala
El sistema pilot inclou una cambra de sorra airejada, bombes, selector anaeròbic, rasa d'oxidació, bomba de reflux de fangs, decantador secundari i bomba d'efluents. El selector anaeròbic (2,35 m³) té tres compartiments amb mescladors i monitors (ORP, pH). La rasa d'oxidació (26,3 m³) compta amb múltiples entrades/sortides i difusors microporosos. Les proves van mostrar mitjanes d'influents: SS 160 mg/L, DQO 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Conclusió
La integració de les tecnologies de rases d'oxidació d'aireació pre-preanòxica i microporosa millora significativament l'eliminació de nitrogen i fòsfor. Els esforços futurs haurien de centrar-se en l'optimització de l'edat dels fangs, l'oxigen dissolt i la proporció de reflux de fangs per millorar encara més l'eficiència del tractament.