Análisis de la eficiencia de la eliminación de contaminantes en aguas residuales utilizando un sistema AAO modificado
Descripción general
ElAnaeróbico-Anóxico-Óxico (AAO o A²/O)El proceso es una tecnología de tratamiento biológico de aguas residuales ampliamente adoptada y diseñada para la eliminación simultánea de carbono orgánico, nitrógeno y fósforo. Consta de tres zonas interconectadas:
- Zona anaeróbica: Al carecer de oxígeno y nitrato, las bacterias facultativas descomponen los compuestos orgánicos liberando fósforo.
- Zona anóxica: Las bacterias desnitrificantes utilizan carbono orgánico como donante de electrones para reducir los nitratos/nitritos (devueltos de la zona óxica) a nitrógeno gaseoso, logrando la eliminación del nitrógeno.
- Zona Óxica: Los microorganismos aeróbicos oxidan la materia orgánica restante y facilitan la nitrificación (amoníaco a nitrato), mientras que los organismos que acumulan fósforo-absorben fosfatos.
En el campo del tratamiento de aguas residuales, mientras que el sistema AAO convencional puede eliminar los contaminantes de las aguas residuales, la composición cada vez más compleja de las aguas residuales ha provocado una cierta disminución en la eficiencia del tratamiento del proceso AAO. Para garantizar el nivel de aplicación y la eficacia del proceso de la AAO,es necesario realizar investigaciones específicas sobre sistemas modificados, que tiene una gran importancia práctica para que las empresas y departamentos relevantes mejoren su calidad operativa.
Sistema AAO modificado
1. Principios básicos del sistema AAO
Tomando como ejemplo el sistema de tratamiento de aguas residuales AAO en una planta de tratamiento de aguas residuales específica, el sistema existente es unproceso AAO convencional, que consta principalmente de cuatro componentes:un tanque anaeróbico, un tanque aeróbico, un tanque anóxico y un tanque de sedimentación secundario, como se detalla enFigura 1.
En el sistema AAO convencional, los microorganismos crecen y se metabolizan en diversas condiciones ambientales. A través de interacciones entre diferentes comunidades microbianas, se logra la eliminación efectiva de contaminantes mediante reacciones químicas como la amonificación, la nitrificación y la desnitrificación, que eliminan significativamente los contaminantes orgánicos.
El sistema AAO convencional ofrece ventajas como bajos costos técnicos, operación simple y corto tiempo de retención hidráulica (HRT). Sin embargo, también adolece de inconvenientes, entre ellospobre eficiencia de eliminación de fósforoyRequisitos estrictos para la edad de los lodos y el diseño de la fuente de carbono., lo que dificulta el cumplimiento de los estándares esperados en algunos proyectos de eliminación de contaminantes de aguas residuales.
2. Análisis de diseño del sistema AAO modificado
Sobre la base de investigaciones anteriores, se realizaron mejoras en el sistema AAO convencional, centrándose principalmente en el tanque anaeróbico. Elsistema de tanque anaeróbico modificadoconsta de tres partes:una zona de mezcla de lodos-agua, una zona de separación de lodos-agua y una zona de medios, como se muestra enFigura 2.
En elsistema AAO modificado (Figura 3), la zona de mezcla de agua-lodo y la zona de medios están diseñadas con dimensiones idénticas (15 cm de largo × 20 cm de ancho × 60 cm de alto), cada una con un volumen efectivo de 9 L. El tiempo de retención hidráulica (HRT) tanto para la zona de lodos como para la zona de medios es de 2 horas.
3. Análisis de la eficiencia de eliminación de DQO en el sistema AAO modificado
Se analizó la eficiencia de eliminación de la demanda química de oxígeno (DQO) del sistema AAO modificado. Cuando la DQO del afluente fue de 447 mg/L, la DQO del efluente de la etapa anaeróbica fue de aproximadamente 147 mg/L y la DQO del efluente final fue de 42 mg/L, cumpliendo con el estándar de descarga Clase A. La eficiencia de eliminación de DQO en la etapa anaeróbica temprana fue inestable, con fluctuaciones significativas y niveles relativamente bajos de sólidos suspendidos en licores mixtos (MLSS). Sin embargo,después de 7 días, la tasa de eliminación se estabilizó en 94%. La etapa anaeróbica elimina principalmente los contaminantes mediante degradación microbiana y dilución por reflujo, lo que demuestra una eliminación eficaz de los contaminantes.
Utilizando el software Minitab, se comparó el rendimiento de eliminación de los sistemas AAO modificados y convencionales mediante un análisis de prueba t-de muestra independiente, cuyos resultados se muestran enFigura 4.
En un intervalo de confianza del 95%, el valor t-fue 0,26 y el valor p-fue 0,605.. El análisis de los datos no indicó diferencias significativas en las tasas medias de eliminación entre los dos sistemas. El sistema AAO modificado mostró una variabilidad relativamente alta en la eficiencia de eliminación de DQO, principalmente debido a diferencias en los datos de las primeras-etapas, incluida la fase de aclimatación.En general, el sistema AAO modificado demostró una eliminación eficaz de la DQO.
4. Análisis de la eficiencia de eliminación de nitrógeno amoniacal en el sistema AAO modificado
Se analizó la eficiencia de eliminación de nitrógeno amoniacal (NH₃-N). Cuando la concentración de NH₃-N afluente fue de 36 mg/L, la concentración de NH₃-N efluente de la etapa anaeróbica fue de aproximadamente 19 mg/L. En la etapa inicial, la concentración del efluente era relativamente alta y la eficiencia de eliminación fluctuaba significativamente. Sin embargo,Después de 12 días de aclimatación, la tasa de eliminación aumentó a alrededor del 81%., con bacterias nitrificantes en fase de crecimiento logarítmico.Posteriormente, la tasa de remoción se estabilizó, alcanzando un promedio del 93%., con una concentración de NH₃-N efluente de 4 mg/L, cumpliendo con el estándar de descarga Clase A.
En un intervalo de confianza del 95 %, el valor t-fue 3,41 y el valor p-fue 0,998.. El análisis de los datos no indicó diferencias significativas en las tasas medias de eliminación entre los dos sistemas. El sistema AAO modificado mostró una variabilidad relativamente alta en la eficiencia de eliminación de NH₃-N, principalmente debido a diferencias en los datos de las primeras-etapas, incluida la fase de aclimatación.En general, el sistema AAO modificado demostró una eliminación efectiva de NH₃-N..
5. Análisis de la eficiencia de eliminación de fósforo total y nitrógeno total en el sistema AAO modificado
5.1 Eficiencia de eliminación de fósforo total
Se analizó la eficiencia de eliminación de fósforo total (TP). Cuando la concentración de TP en el afluente fue de 3,6 mg/L, se requirió un período de aclimatación de 11 días. La concentración de TP del efluente de todo el sistema alcanzó 2,8 mg/L, mientras que la concentración de TP del efluente de la etapa anaeróbica fue de 4,2 mg/L, lo que indica una liberación significativa de fósforo. Después de la aclimatación, el rendimiento de eliminación de TP mejoró notablemente, con la concentración de TP en el efluente de la etapa anaeróbica disminuyendo a 2,7 mg/L y la eficiencia de eliminación alcanzando el 17%.En la etapa posterior, la tasa de eliminación de TP se estabilizó por encima del 60% y la concentración de TP del efluente se acercó a 0,5 mg/L., cumpliendo con el estándar de descarga Clase B.
La comparación de los dos sistemas mostró que el sistema AAO modificado requirió un período de aclimatación inicial con una eficiencia de eliminación relativamente baja. Sin embargo, después de la aclimatación,su rendimiento de eliminación de TP mejoró significativamente, lo que demuestra una mayor eficiencia en comparación con el sistema AAO convencional.
5.2 Eficiencia de eliminación total de nitrógeno
Se analizó la eficiencia de eliminación de nitrógeno total (TN). Cuando la concentración de TN del afluente fue de 34 mg/L, la concentración de TN del efluente de la etapa anaeróbica fue de aproximadamente 18 mg/L. En la etapa inicial, la concentración del efluente era relativamente alta y la eficiencia de eliminación fluctuaba significativamente.Después de 10 días de aclimatación, la tasa de eliminación de TN aumentó al 68%, con una concentración de efluente de 9 mg/L., cumpliendo con el estándar de descarga Clase A.
En un intervalo de confianza del 95 %, el valor t-fue 0,72 y el valor p-fue 0,753.. El análisis de los datos no indicó diferencias significativas en las tasas medias de eliminación entre los dos sistemas. El sistema AAO modificado mostró una variabilidad relativamente alta en la eficiencia de eliminación de TN, principalmente debido a diferencias en los datos de las primeras-etapas, incluida la fase de aclimatación.En general, el sistema AAO modificado demostró una eliminación efectiva de TN.
Conclusión
En resumen, el sistema AAO modificado demuestra un rendimiento sólido en la eliminación de contaminantes clave de aguas residuales-DQO, nitrógeno amoniacal, nitrógeno total y fósforo total-cumpliendo con los estándares de descarga de Clase A o B después de un breve período de aclimatación.
Si bien el análisis estadístico (prueba t-, valor p-) no mostró diferencias significativas en la eficiencia de eliminación media en comparación con el sistema convencional, el diseño modificado mostró una mayor estabilidad y mejores resultados del tratamiento a lo largo del tiempo, a pesar de una mayor variabilidad de los datos durante la operación inicial. Las mejoras, particularmente en la zona anaeróbica con zonas de mezcla, separación y medios optimizadas, contribuyen a una mayor resiliencia y eficiencia del proceso.
Estos hallazgos subrayanEl potencial de los sistemas AAO modificados para abordar composiciones complejas de aguas residuales de manera efectiva., respaldando su aplicación práctica para mejorar la infraestructura de tratamiento existente.