Tecnología de tratamiento de aguas residuales de zanja de oxidación y aireación de micro-poros pre-anaeróbica
Introducción
Análisis de laproceso de zanja de oxidación convencionalrevela que al ajustar y optimizar la intensidad de la aireación y los patrones de flujo, las aguas residuales se tratan secuencialmente a través de tanques de reacción anaeróbicos, anóxicos y aeróbicos, asegurando una eliminación efectiva de la materia orgánica. Sin embargo, cuestiones comoalta inversión generalybaja eficiencia de transferencia de oxígenoson comunes, lo que lleva aEliminación subóptima de nitrógeno y fósforo.. Para abordar estas limitaciones,-se ha realizado una investigación en profundidad sobre la tecnología de tratamiento de aguas residuales de zanjas de oxidación de aireación microporosa pre-anóxica, con el objetivo de mejorar la eficiencia operativa de las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas y mejorar la utilización de los recursos hídricos.
1. Descripción general del proyecto
La planta de tratamiento de aguas residuales de Ciudad X trata principalmente aguas residuales domésticas y aguas residuales industriales, con un volumen importante de efluentes industriales.La capacidad de tratamiento diseñada es de 10×10⁴ m³/d. Los estándares de calidad para afluentes y efluentes se muestran enTabla 1. Actualmente, el 30% del efluente tratado se reutiliza como agua regenerada para centrales térmicas, mientras que el 70% restante se vierte a los ríos. Con base en las clasificaciones funcionales de las aguas superficiales y los Estándares de Descarga de Contaminantes para Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas, la planta debe cumplir con el estándar de descarga Grado 1B. Con el desarrollo económico urbano en curso y el aumento de la descarga de aguas residuales, la planta ha implementado un tratamiento interceptivo para las aguas residuales domésticas, ha ampliado la red de alcantarillado y ha adoptado el proceso de zanja de oxidación de aireación microporosa pre-anóxica para reducir la contaminación de las fuentes de agua superficiales urbanas.
2. Flujo del proceso de la zanja de oxidación de aireación microporosa pre-anóxica
El núcleo de este proceso es la combinación de un tanque pre-anóxico y una zanja de oxidación de aireación microporosa. La secuencia del tratamiento es la siguiente:aguas residuales → criba gruesa → caseta de bomba de entrada → criba fina → cámara de arena de vórtice → tanque anaeróbico → zonas anóxicas/aeróbicas → tanque de sedimentación secundario → tanque de desinfección → efluente. Una porción de los lodos del tanque de sedimentación secundario se descarga a la instalación de deshidratación de lodos antes de su disposición final. El proceso se centra en la liberación de fósforo, la eliminación biológica de nitrógeno y la eliminación de fósforo.
2.1 Liberación de fósforo
En el tanque anaeróbico, las bacterias fermentativas convierten macromoléculas biodegradables en intermediarios moleculares más pequeños, principalmente ácidos grasos volátiles (AGV). En condiciones anaeróbicas prolongadas, los organismos acumuladores de polifosfato-(PAO) crecen lentamente y liberan fosfato de sus células a la solución al descomponer los polifosfatos. Este proceso proporciona energía para la absorción y conversión de ácidos grasos de bajo -molecular en gránulos de polihidroxibutirato (PHB).
2.2 Eliminación biológica de nitrógeno
El nitrógeno amoniacal se convierte en nitrito y nitrato mediante bacterias nitrificantes en condiciones aeróbicas. En la zona anóxica, las bacterias desnitrificantes reducen el nitrato a gas nitrógeno, que se libera a la atmósfera. Este proceso reduce eficazmente los niveles de nitrógeno en las aguas residuales.
2.3 Eliminación de fósforo
En condiciones aeróbicas, los PAO utilizan fuentes de carbono y PHB para absorber ortofosfato y sintetizar polifosfatos dentro de sus células. El fósforo acumulado se elimina posteriormente del sistema con los lodos residuales, consiguiendo una eliminación eficiente del fósforo.
En comparación con los procesos convencionales,La zanja de oxidación de aireación microporosa pre-anóxica simplifica las operaciones eliminando la sedimentación primaria o reduciendo su duración.. Esto permite que partículas orgánicas más grandes de la cámara de arena ingresen al sistema biológico, abordando las deficiencias de las fuentes de carbono. Las condiciones anaeróbicas-anóxicas-aerobias alternas inhiben el crecimiento de bacterias filamentosas, mejoran la sedimentabilidad del lodo e integran la eliminación de nitrógeno, la eliminación de fósforo y la degradación orgánica. Las zonas anaeróbicas y anóxicas crean ambientes favorables para la eliminación de nitrógeno y fósforo, mientras que la zona aeróbica favorece la liberación simultánea de fósforo y la nitrificación. El volumen de la zona aeróbica debe calcularse cuidadosamente para garantizar la eficiencia:
Dónde:
- X: Concentración de lodos microbianos (mg/L)
- Y: Coeficiente de rendimiento de lodos (kgMLSS/kgBOD)
- Se: Concentración de efluente (mg/L)
- S0: Concentración del afluente (mg/L)
- θC0: Tiempo de retención hidráulica (s)
- Q: Caudal de entrada (L/s)
- V0: Volumen efectivo del reactor aeróbico (L)
3. Aspectos clave de la tecnología de zanjas de oxidación de aireación microporosa pre-anóxica
3.1 Tecnología de tanque pre-anóxico
El tanque pre-anóxico alberga microorganismos anaeróbicos que descomponen y transforman preliminarmente la materia orgánica, reduciendo la producción de lodos y aliviando la carga en las etapas de tratamiento posteriores.
3.1.1 Flujo del proceso
3.1.1.1 Pretratamiento del afluente
El cribado elimina sólidos en suspensión como plásticos, cabello y desechos de cocina mediante cribas biológicas avanzadas. La regulación del flujo y la calidad garantiza la homogeneidad, mientras que la sedimentación (natural o asistida{1}}químicamente) elimina los sólidos suspendidos y la materia orgánica/inorgánica.
3.1.1.2 Reacción anaeróbica
La temperatura, el pH y el tiempo de retención controlados facilitan la mezcla completa de lodos anaeróbicos y aguas residuales, lo que mejora la eliminación de materia orgánica. Los reactores anaeróbicos emplean mezcla o circulación para promover la fermentación, produciendo CO₂, CH₄ y trazas de H₂S. A continuación se separa el gas-líquido-sólido y el tratamiento del gas de cola.
3.1.1.3 Post-Tratamiento y Efluente
Los contaminantes orgánicos e inorgánicos resistentes se tratan mediante procesos aeróbicos o adsorción con carbón activado. El monitoreo en línea rastrea la actividad microbiana y los indicadores de calidad del agua (por ejemplo, relación F/M, oxígeno disuelto). La relación F/M debería tener un promedio de 0,06; El oxígeno disuelto en zonas anaeróbicas debe ser de 0,5 a 1 mg/L.
3.1.2 Control de Procesos
Las medidas clave incluyen:
Cultivar lodos anaeróbicos con alta capacidad de degradación y mantener ratios óptimos de nutrientes (C:N:P ≈ 100:5:1).
Controlar la carga orgánica, la temperatura (30 a 35 grados) y el pH (6,5 a 7,5). La carga orgánica debe ser de 3 a 6 kgDBO₅/(m³·d).
Implementar el reciclaje de lodos para mantener la concentración y actividad microbiana. Los lodos deshidratados se pueden reutilizar como fertilizante o alimento.
3.2 Tecnología de zanjas de oxidación de aireación microporosa
El abultamiento de los lodos, a menudo causado por bacterias filamentosas o la expansión de la zoogloea, perjudica la sedimentabilidad. Las siguientes ecuaciones describen el crecimiento microbiano:
Dónde:
- Kd: Coeficiente de descomposición microbiana (d-1)
- S: Concentración de sustrato (mg/L)
- Ks: Coeficiente de saturación medio-(mg/l)
- Y: Coeficiente de rendimiento (kgMLSS/kgDQO)
- μmáximo: Tasa máxima de crecimiento específico (d-1)
- μ: Tasa de crecimiento microbiano (d-1)
Dónde:
- Smín.: Concentración mínima de sustrato en estado estacionario (mg/L)
- Kd: Coeficiente de descomposición microbiana (d-1)
- Ks: coeficiente de saturación medio-, es decir, la concentración de sustrato cuando μ=μmax/2μ=μmáx/2 (mg/L)
- Y: Coeficiente de rendimiento (kgMLSS/kgDQO)
- μmáximo: Tasa máxima de crecimiento específico (d-1)
3.2.1 Parámetros de diseño del proceso
Las aguas residuales pasan a través de tamices, cámaras de arena y tanques anaeróbicos (con mezcladores) antes de ingresar a la zanja de oxidación. Los aireadores microporosos y las hélices sumergidas crean condiciones aeróbicas/anóxicas alternas. El sistema incluye dos tanques anaeróbicos (2,8 h HRT) y cuatro zanjas de oxidación (8,64 h HRT). La edad de los lodos es de 11,3 días.
3.2.2 Diseño de dispositivo a escala piloto-
El sistema piloto incluye una cámara de arena aireada, bombas, selector anaeróbico, zanja de oxidación, bomba de reflujo de lodos, sedimentador secundario y bomba de efluentes. El selector anaeróbico (2,35 m³) tiene tres compartimentos con mezcladores y monitores (ORP, pH). La zanja de oxidación (26,3 m³) cuenta con múltiples entradas/salidas y difusores microporosos. Las pruebas mostraron promedios de afluentes: SS 160 mg/L, DQO 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Conclusión
La integración de tecnologías de zanjas de oxidación de aireación pre-anóxicas y microporosas mejora significativamente la eliminación de nitrógeno y fósforo.. Los esfuerzos futuros deberían centrarse en optimizar la edad de los lodos, el oxígeno disuelto y la relación de reflujo de los lodos para mejorar aún más la eficiencia del tratamiento.