Análisis de fallas y esquema de renovación del sistema de aireación.
Introducción
Elsistema de aireación, como uno de los componentes del sistema biológico de tratamiento de aguas residuales, funciona principalmente para suministrar el oxígeno necesario para el metabolismo microbiano y regular la concentración de oxígeno disuelto (OD) dentro del tanque biológico. Los vórtices generados por las burbujas ascendentes y las perturbaciones provocadas por su ruptura proporcionan una mezcla eficaz del lodo activado, evitando su deposición. Para los tanques biológicos de contacto que contienen medios, la aireación también promueve la eliminación de la biopelícula envejecida de la superficie del medio, facilitando la renovación de la biopelícula y mejorando su actividad.
Los estudios indican que los cambios en la concentración de OD dentro del tanque biológico provocan alteraciones en las especies, cantidad, condición de la zoogloea, actividad biológica y tipos metabólicos de las comunidades microbianas. En consecuencia, las velocidades de reacción y la eficiencia de los procesos bioquímicos, como la eliminación biológica de carbono, la eliminación biológica de nitrógeno y la eliminación biológica de fósforo, se ven afectadas, lo que cambia las eficiencias de eliminación de contaminantes como la materia orgánica, el nitrógeno amoniacal, el fósforo total y el nitrógeno total en las aguas residuales. El estado operativo del sistema de aireación impacta directamente en la eficiencia de eliminación de contaminantes microbianos, influyendo así en el rendimiento general de purificación de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR).
Por lo tanto, mantener el sistema de aireación en buenas condiciones de funcionamiento es una tarea primordial en la operación y mantenimiento de la EDAR.
1. Materiales y Métodos
1.1 Descripción general de la EDAR
Una EDAR con una capacidad de diseño de15,000 m³/d. Los indicadores de contaminantes afluentes diseñados se muestran enTabla 1y los estándares de efluentes cumplen con el estándar de Grado A de "Estándar de descarga de contaminantes para plantas de tratamiento de aguas residuales municipales" (GB 18918-2002). El principal proceso de tratamiento es:Tratamiento Preliminar + Coagulación-Sedimentación + Sistema Biológico + Tanque de Sedimentación Secundaria + Tratamiento Avanzado.
Inicialmente, debido a las redes de recolección subdesarrolladas y la construcción en curso de empresas circundantes, la planta operaba de manera intermitente debido al bajo flujo de entrada. A medida que las empresas circundantes comenzaron a funcionar, el flujo de entrada y la carga de contaminantes aumentaron, lo que llevó al sistema de aireación del tanque biológico a pasar a una operación continua las 24 horas, con tasas de aireación ajustadas según el flujo de entrada y la carga. Durante este período, tanto el tanque biológico como el sistema de aireación operaron de manera estable y todos los parámetros del efluente cumplieron consistentemente con los estándares.
1.1.1 Descripción del tanque biológico
El sistema biológico adopta un diseño similar alproceso tradicional A²/O, que comprende zonas anaeróbicas, anóxicas y óxicas. Las zonas anaeróbica y anóxica se dividen cada una en dos secciones de proceso en tándem de igual volumen, mientras que la zona óxica se divide en cuatro. Se instalan seis mezcladores sumergibles en las zonas anaeróbica y anóxica. Los difusores fijos-de burbujas finas se instalan en la parte inferior de las secciones de las zonas anóxica y óxica, con medios de imitación recuperables adheridos encima de los difusores para el crecimiento microbiano. El sistema de aireación utiliza sopladores para suministrar aire comprimido a los difusores-de burbujas finas a través de laterales. La tasa de aireación en cada lateral está regulada por válvulas. Hay tres sopladores instalados, que funcionan en modo de espera + 1-de servicio doble.
1.1.2 Descripción de la falla
Después de aproximadamente 5 años de operación estable, se acumuló una cantidad significativa de lodo en el fondo de las zonas anóxica y óxica. Los sopladores experimentaban con frecuencia alarmas de alta presión de salida y paradas de protección. Se rompieron algunos-difusores de burbujas finas. A medida que la presión de salida siguió aumentando, aumentó la frecuencia de las paradas de los ventiladores y el número de difusores rotos. Una pérdida significativa de aire a través de difusores rotos provocó una disminución continua de los niveles de OD en el tanque biológico, lo que provocó un deterioro gradual de la calidad del efluente. Para mantener el cumplimiento, se aumentó la cantidad y el tiempo de funcionamiento de los sopladores en funcionamiento. Este círculo vicioso causaba daños frecuentes a los componentes del soplador, como cojinetes y engranajes. Al final, un soplador resultó muy desgastado y desechado. El lodo en la zona óxica se volvió marrón oscuro, con zoogloea suelta y maloliente, y la calidad del efluente empeoró aún más.
1.2 Análisis de causa de falla
Revisando los registros operativos (afluente, sistema de aireación, mantenimiento de equipos) y observaciones de sitio, se analizaron las causas de la siguiente manera:
1.2.1 Causas de daños al soplador
- Arranques/paradas frecuentes debido al flujo inicial intermitente, lo que provoca desgaste mecánico.
- Reinicio de sopladores bajo presión después de paradas por sobrecarga y operación prolongada bajo sobrecarga.
- Mayor demanda de aire debido a un mayor flujo y difusores rotos, lo que lleva a una operación prolongada.
- Temperaturas de funcionamiento elevadas debido a una sobrepresión prolongada.
1.2.2 Causas de alta presión de salida del soplador y daños al difusor
- Limpieza incompleta de las tuberías de aire durante la construcción, dejando residuos que obstruyeron los poros del difusor.
- Deposición de lodos que cubren los difusores obstruyendo los poros.
- Condensado en las tuberías de aire obstruyendo los poros del difusor.
- Aireación intermitente que causa expansión/contracción frecuente, envejecimiento de las membranas difusoras y apertura incompleta de los poros, lo que lleva a la acumulación de presión.
- Las aguas residuales/lodos ingresan a los difusores rotos, dispersándose y obstruyendo otros difusores.
1.2.3 Causas de la acumulación de lodos en el fondo
- Entrada intermitente y aireación que provocan deposición.
- Fallos frecuentes del ventilador que provocan una aireación intermitente.
- Reducida aireación en laterales con difusores rotos.
- Un rendimiento deficiente de la aireación aumenta la deposición de biopelículas inactivas desprendidas del tanque y del medio.
1.3 Plan de renovación
Atendiendo las fallas y sus causas, considerando los patrones de afluencia y la necesidad de operación continua, se desarrolló el siguiente esquema de renovación:
El soplador irreparable fue reemplazado por un soplador de suspensión neumática simple con mayor capacidad y presión nominal que el diseño, modificando la tubería de salida en consecuencia.
Para los problemas del sistema de aireación (alta presión, obstrucción, ruptura, aireación desigual), considerando los requisitos del proceso (intensidad de mezcla, flujo de aire, control de OD), la disposición del equipo (mezcladores, tuberías, medios) y el patrón de difusores dañados, se diseñaron esquemas de renovación separados para las zonas anóxica y óxica.
Renovación de la Zona Anóxica: Los difusores dañados se concentraron en el medio de las Secciones Anóxicas 1 y 2, coincidiendo con la acumulación de lodos. Utilizando el marco de medios existente como soporte, se instaló un nuevo lateral de aire conectado al cabezal principal dentro del lecho de medios, con una válvula de control de flujo. Se instalaron nuevos tubos perforados-orientados hacia abajo en la parte inferior del marco del medio como nuevo sistema de aireación. El sistema de fondo fijo original fue dado de baja. VerFigura 1.
Renovación de la Zona Óxica: De manera similar, se eliminó el medio en áreas con difusores dañados. Se instaló un lateral nuevo con válvula. Se instalaron nuevos discos de aire de burbujas finas-en la parte inferior del marco del medio. También se instalaron tuberías perforadas, similares a la zona anóxica, verticalmente dentro del marco del medio para perturbar periódicamente el lodo del fondo mediante válvulas de conmutación. El sistema de fondo fijo original fue dado de baja. VerFigura 2.
2. Resultados y análisis
Tras un enfoque de prueba-piloto, se renovaron las secciones más afectadas (Anoxic 1, Oxic 1). Los parámetros clave (OD, presión del ventilador, espesor del lodo) se monitorearon durante 30 días antes- y después-de la renovación. Los resultados se muestran enFigura 3y analizado enTabla 2.
HACER(Fig. 3a, 3b, Tabla 2): Los niveles de OD mejoraron significativamente. En la zona anóxica, la OD aumentó de 0,12 a 0,23 mg/l (promedio. 0.16) a 0,32 a 0,58 mg/l (promedio. 0.46), un aumento de 1,88 veces. En la zona óxica, la OD aumentó de 0,89 a 2,22 mg/l (promedio. 1.78) a 2,81 a 5,02 mg/l (promedio. 4.17), un aumento de 1,34 veces.
Presión del soplador(Fig. 3c, Tabla 2): La presión de salida disminuyó de 69,2-75,2 kPa (promedio. 71.44) a 61,2-63,5 kPa (promedio. 62.06), una reducción de 0,13 veces.
Espesor de lodos(Fig. 3d, Tabla 2): El espesor del lodo del fondo disminuyó de 27,3-33,4 cm (promedio. 30.00) a 14,2-28,8 cm (promedio. 20.75), una reducción de 0,31 veces.
La observación del lodo activado después de la -renovación mostró una mejor actividad, cambio de color y un mejor crecimiento de zoogloea en el medio, lo que indica la recuperación del sistema. Los malos olores cesaron.
La calidad del efluente mejoró: el nitrógeno amoniacal promedio disminuyó a 1,49 mg/L (90,5 % de eliminación, +17.7 %); el fósforo total promedio disminuyó a 0,19 mg/l (88,9 % de eliminación, +12.7 %); El nitrógeno total promedio disminuyó a 10,28 mg/L (eliminación del 57,9%, +16.9%). El consumo de energía del ventilador disminuyó de 72,5 kW a 59 kW en condiciones similares, ahorrando un 18,6 % de energía.
3. Conclusión
El análisis identificó las causas del daño al soplador, la alta presión, el daño al difusor y la acumulación de lodo. Se implementaron planes de renovación específicos para las zonas anóxica y óxica. Las pruebas piloto demostraron mejoras significativas: el OD anóxico, el OD óxico, la presión del soplador y el espesor del lodo mejoraron en factores de 1,88, 1,34, 0,13 y 0,31, respectivamente. Esto proporciona una base sólida para una renovación-a gran escala.