Análisis comparativo de la eficiencia de eliminación de nitrógeno y fósforo entre los procesos Bardenpho y AAO
1 Descripción general del proyecto y flujo del proceso
1.1 Descripción general del proyecto
La Planta de Agua Recuperada No.5 de Xi'an (anteriormente "Planta de Tratamiento de Aguas Residuales No.5", en adelante denominada "WuWu") tiene una capacidad de diseño total de 400.000 m³/d, cubriendo un área de 387,57 mu (aproximadamente 258.380 m²). Abarca una superficie total de unas 5.330 hectáreas y una población de aproximadamente 900.000 habitantes. La planta puede tratar aguas residuales domésticas e industriales mediante el proceso AAO convencional o el proceso Bardenpho de cinco etapas. Las principales estructuras de tratamiento de aguas residuales incluyen cribas gruesas, estaciones de bombeo elevador, cribas finas, cámaras de arena aireadas, tanques de sedimentación primaria, tanques de reacción biológica, tanques de sedimentación secundaria, tanques de sedimentación de alta-eficiencia, filtros tipo V- y tanques de desinfección de contacto, y el efluente final se descarga en el río Ba. La calidad del efluente cumple con el estándar de Grado A especificado en la Tabla 1 del "Estándar integral de descarga de aguas residuales de la cuenca del río Amarillo de la provincia de Shaanxi" (DB61/224-2018). (Nota: El límite TN sigue el requisito de 12 mg/L estipulado en el "Plan de acción trienal del Proyecto de mejora, cobertura y desodorización de la planta de tratamiento de aguas residuales urbanas municipales de Xi'an (2018-2020)" (Documento de la oficina municipal [2018] No. 100)). La calidad del agua afluente y efluente de diseño se muestra enTabla 1.
1.2 Flujo del proceso
Los diagramas de flujo que comparan el proceso Bardenpho con el proceso tradicional AAO se muestran enFiguras 1 y 2.
2 parámetros de diseño
2.1 Diseño de la calidad del agua afluente y efluente
2.2 Parámetros de funcionamiento
Los tanques biológicos que participan en la comparación comparten dimensiones idénticas. Cada tanque biológico está dividido en 3 canales, con una dimensión de un solo canal de L × W × H=86 m × 15 m × 9 m. La concentración promedio de MLSS en los tanques biológicos oscila entre 6500 y 7000 mg/L. Los tiempos de retención hidráulica (TRH) para el proceso AAO convencional son: Zona Anaeróbica 1.983 h, Zona Anóxica 5.534 h, Zona Aeróbica 9.029 h, totalizando 16.546 h. Los TRH para el proceso Bardenpho son: Zona Anaeróbica 1.983 h, Primera Zona Anóxica 4.643 h, Primera Zona Aeróbica 7.163 h, Segunda Zona Anóxica 1.973 h, Segunda Zona Aeróbica 0.822 h, totalizando 16.584 h.
3 Antecedentes del proyecto, objetivo de la investigación y metodología
3.1 Antecedentes del proyecto y objetivo de la investigación
Los principales procesos de tratamiento biológico en WuWu son el proceso convencional AAO y el proceso Bardenpho. El proceso AAO convencional es un método de tratamiento biológico común en plantas de tratamiento de aguas residuales. Con la mejora continua de los estándares de descarga de aguas residuales de China, el proceso Bardenpho, derivado del proceso AAO convencional y conocido por su mayor eficiencia en la eliminación de nitrógeno, ha sido ampliamente adoptado por las plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas. Para facilitar una mejor selección de procesos, WuWu realizó una comparación exhaustiva de los procesos convencionales de AAO y Bardenpho desde la perspectiva de la eliminación de nitrógeno y fósforo. Esto proporciona una base para la mejora de otras plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas municipales y el diseño de nuevos proyectos.
3.2 Metodología de la investigación
Cada tanque biológico de WuWu tiene una capacidad de tratamiento diario de 50.000 m³/d. Para este experimento comparativo se seleccionaron los tanques biológicos de las series A1 y B1. La serie A1 emplea el proceso Bardenpho, con su sistema biológico dividido secuencialmente en: Zona Anaeróbica, Primera Zona Anóxica, Primera Zona Aeróbica, Segunda Zona Anóxica y Segunda Zona Aeróbica. La serie B1 emplea el proceso AAO convencional, con su sistema biológico dividido secuencialmente en: Zona Anaeróbica, Zona Anóxica y Zona Aeróbica. Durante el experimento, ambas series operaron en condiciones idénticas, con puntos de muestreo distribuidos a lo largo del flujo del proceso según sea necesario.
Métodos de medición de contaminantes: TP se midió utilizando el Método Espectrofotométrico de Molibdato de Amonio; TN utilizando el Método Espectrofotométrico UV de Digestión con Persulfato de Potasio Alcalino; NH₃-N utilizando el método espectrofotométrico del reactivo de Nessler; DQO mediante el Método Espectrofotométrico de Dicromato de Potasio.
4 desafíos operativos y estado actual
El proceso AAO convencional es también una variante del proceso de lodos activados AO. Su eliminación de TN depende enteramente de la recirculación. Los estándares más altos para los efluentes y las mayores tasas de eliminación requeridas requieren mayores flujos de recirculación, acompañados de un mayor consumo de energía y productos químicos. Para los estándares de Grado A, el proceso AAO convencional sigue siendo aceptable. Sin embargo, es evidente que los procesos convencionales ya no son adecuados para normas TN más estrictas.
El proceso de Bardenpho es un proceso típico de cinco-etapas. Al agregar una zona de post-desnitrificación después del proceso AAO convencional, se rompe la limitación de que la eliminación de TN dependa de la relación de recirculación, mejorando así la eliminación de nitrógeno. A medida que las plantas de tratamiento de aguas residuales enfrentan estándares de descarga de TN cada vez más estrictos, el proceso Bardenpho demuestra ventajas significativas.
5 Resultados de la investigación y discusión
5.1 Eliminación de NH₃-N
Los niveles de NH₃-N en el afluente de las zonas anaeróbicas y el efluente de los tanques biológicos para A1 y B1 se monitorearon repetidamente durante 15 días. Los resultados se muestran enFigura 3. La eliminación promedio de NH₃-N para el proceso Bardenpho fue de 12,7 mg/L, mientras que para el proceso AAO convencional fue de 11,68 mg/L. Los resultados indican que bajo las mismas condiciones estacionales, período de tiempo, distribución uniforme del afluente y con la adición de una fuente de carbono en la zona pre-anóxica, el proceso Bardenpho logró una mejor eliminación de NH₃-N que el proceso AAO convencional.
5.2 Eliminación de TN
Los niveles de TN en el afluente de las zonas anaeróbicas y el efluente de los tanques biológicos para A1 y B1 se monitorearon repetidamente durante 10 días. Los resultados se muestran enFigura 4. La eliminación promedio de TN para el proceso Bardenpho fue de 6,23 mg/L, mientras que para el proceso AAO convencional fue de 2,65 mg/L. Los resultados indican que, en las mismas condiciones, el proceso Bardenpho logró una mejor eliminación general de TN que el proceso AAO convencional.
5.3 Eliminación de TP
Los niveles de TP en el afluente de las zonas anaeróbicas y el efluente de los tanques biológicos para A1 y B1 se monitorearon repetidamente durante 22 días. Los resultados se muestran enFigura 5. La eliminación promedio de TP para el proceso Bardenpho fue de 0,561 mg/L, mientras que para el proceso AAO convencional fue de 0,449 mg/L. Los resultados indican que, en las mismas condiciones, el proceso Bardenpho logró una mejor eliminación general de TP que el proceso AAO convencional.
5.4 Eliminación de DQO
Los niveles de DQO en el afluente de las zonas anaeróbicas y el efluente de los tanques biológicos para A1 y B1 se monitorearon repetidamente durante 9 días. Los resultados se muestran enFigura 6. El consumo promedio de DQO para el proceso Bardenpho fue de 13 mg/L, mientras que para el proceso AAO convencional fue de 19 mg/L. Los resultados indican que bajo las mismas condiciones, el proceso AAO convencional tuvo una mayor demanda de DQO que el proceso Bardenpho.
6 Conclusión y perspectivas
6.1 Conclusión
En las mismas condiciones operativas estacionales, el proceso Bardenpho demostró una tendencia general de eficiencia de eliminación superior de TN, TP y NH₃-N en aguas residuales en comparación con el proceso AAO convencional.
Actualmente, el uso anual de agentes de eliminación de fósforo para el tratamiento de aguas residuales con el proceso convencional AAO en WuWu es de aproximadamente 2,961 toneladas; para el proceso Bardenpho, es de aproximadamente 2.000 toneladas. Esto se traduce en un ahorro de costes anual de unos 450.000 RMB, lo que demuestra importantes beneficios económicos.
La operación del proceso Bardenpho cumplirá en gran medida con los requisitos de los estándares de descarga de aguas residuales cada vez más estrictos de China y reducirá la contaminación en el sistema de agua aguas abajo del río Ba. Esto conducirá a mejoras significativas en la calidad del agua, tanto a nivel perceptual como en términos de reducción de los niveles de contaminación, restableciendo gradualmente las funciones ambientales. Tiene especial importancia para proteger el entorno ecológico de las masas de agua aguas abajo. Fundamentalmente, el tratamiento de aguas residuales controla la contaminación de las aguas residuales urbanas a las fuentes subterráneas. Por lo tanto, desempeña un papel protector de las fuentes de suministro de agua urbanas y de las fuentes de agua aguas abajo, restaurando gradualmente los entornos ecológicos contaminados. Esto mejorará significativamente el entorno de vida de los residentes urbanos y el entorno de producción para la industria y el comercio, mejorará la imagen exterior de la ciudad y contribuirá al desarrollo saludable y sostenible de la economía y la sociedad.