El sistema de tratamiento biológico es la unidad central de una planta de tratamiento de aguas residuales y la formación de espuma anormal es uno de los problemas más comunes durante la operación. El exceso de espuma no sólo reduce la eficiencia de la aireación, provoca pérdida de lodos y deteriora la calidad del efluente, sino que también se desborda en el tanque, corroe el equipo y emite olores que afectan el medio ambiente circundante. La generación de espuma es esencialmente el resultado de la combinación de tres factores: "sustancias tensioactivas en el agua + suficiente fuente de aire + estructura de burbuja estable". Las causas de la formación de espuma difieren significativamente en las distintas etapas, por lo que se requieren medidas específicas.
I. Principales etapas de generación de espuma y causas subyacentes en los sistemas de tratamiento biológico
(I) Etapa de pretratamiento (estación de bombeo de elevación del afluente, salida del tanque de sedimentación primario)
Esta es la etapa donde aparece por primera vez la espuma en el sistema. Se trata principalmente de una espuma no-bioquímica, caracterizada por ser blanca, suelta, que se rompe fácilmente y sin una pegajosidad evidente.
La causa principal es la presencia de tensioactivos exógenos en el afluente: en primer lugar, hay grandes cantidades de tensioactivos sintéticos como detergentes, geles de ducha y líquidos para lavar ropa en las aguas residuales domésticas. Estas sustancias tienen un extremo hidrófilo y un extremo hidrófobo, lo que reduce significativamente la tensión superficial del agua. En segundo lugar, están los aceites animales y vegetales procedentes de aguas residuales de hostelería y los emulsionantes y dispersantes procedentes de aguas residuales industriales. En tercer lugar, están los tensioactivos naturales, como las manchas de aceite, los depósitos de gases de escape de los vehículos y las sustancias húmicas acumuladas en la superficie por el escurrimiento inicial del agua de lluvia. Cuando estas sustancias ingresan al sistema con el afluente, bajo la agitación del impulsor de la bomba de refuerzo y el flujo turbulento en la entrada del tanque de sedimentación primario, el aire ingresa al agua, formando una gran cantidad de burbujas estables, que se agregan para formar espuma. Si las aguas residuales industriales se vierten en forma repentina, la espuma aumentará rápidamente en un corto período de tiempo, cubriendo incluso toda la superficie del tanque de sedimentación primario.
(II) Tanque de Aireación (Sección Aeróbica, el área de espuma más concentrada y resistente)
El tanque de aireación es el núcleo de la reacción bioquímica y también el área más compleja para los problemas de espuma. Contiene tanto espuma no bioquímica como espuma biológica, siendo la espuma biológica la más difícil de gestionar.
1. Espuma no-bioquímica
Las causas son similares a las de la etapa de pretratamiento, pero la aireación continua y abundante proporcionada por el sistema de aireación da como resultado un mayor volumen de espuma y una mayor duración. Además de los tensioactivos transportados por el afluente, dos factores contribuyentes específicos son: primero, una intensidad de aireación excesiva conduce a burbujas excesivamente pequeñas y numerosas que son difíciles de elevar y romper; en segundo lugar, un aumento repentino en la concentración de materia orgánica en el afluente hace que los productos intermedios del metabolismo microbiano (como ácidos grasos y polisacáridos) aumenten la actividad superficial del agua, exacerbando la formación de espuma. Este tipo de espuma generalmente se disipa por sí sola una vez que se estabiliza la calidad del agua entrante.
2. Espuma biológica (representa más del 70% de los problemas de espuma en los tanques de tratamiento biológico)
Esto se debe a la proliferación excesiva de microorganismos filamentosos específicos. Se caracteriza por una consistencia cremosa, viscosa, de color rojo parduzco-, difícil de romper y que puede acumularse hasta un espesor de decenas de centímetros, incluso desbordando el tanque. La causa principal es el predominio de las bacterias filamentosas (principalmente Nocardia, Microfilamenta y Sulfothermia) en competencia. Sus micelios se extienden desde la superficie del flóculo, se entrelazan para formar un esqueleto de burbuja estable y fijan firmemente las burbujas en su lugar.
Las condiciones operativas clave que desencadenan una proliferación excesiva de bacterias filamentosas incluyen: 1) Edad del lodo excesivamente larga: las bacterias filamentosas como Nocardia tienen un tiempo de generación de 5-7 días, mucho más que las bacterias formadoras de flóculos ordinarias. Cuando la edad del lodo supera los 10 días, las bacterias filamentosas se acumulan en grandes cantidades. 2) Carga orgánica insuficiente: las bacterias filamentosas tienen una gran superficie específica y pueden obtener alimento más fácilmente en condiciones de -bajos de nutrientes. 3) Temperatura adecuada del agua: 15-25 grados es la temperatura óptima de reproducción para Nocardia y bacterias microfilamentosas; por lo tanto, la primavera y el otoño son períodos pico de formación de espuma biológica.. 4) Nutrientes insuficientes de nitrógeno y fósforo: cuando la proporción de carbono-a-nitrógeno o de carbono-a-fósforo es demasiado alta, se inhibe el crecimiento de las bacterias formadoras de flóculos-, mientras que las bacterias filamentosas tienen una menor demanda de nitrógeno y fósforo y aprovecharán esto para proliferate. 5) Bajo nivel de oxígeno disuelto: las bacterias filamentosas, como las bacterias microfilamentosas, pueden sobrevivir en ambientes con poco oxígeno, mientras que las bacterias que forman flóculos requieren mayor oxígeno disuelto.. 6) Fluctuaciones excesivas del pH: los ambientes ácidos o fuertemente alcalinos inhiben el crecimiento de flóculos y promueven la proliferación de bacterias filamentosas.
(III) Tanque de sedimentación secundario
La espuma en el tanque de sedimentación secundaria es principalmente "espuma secundaria", que se origina de tres fuentes principales: primero, la espuma generada en el tanque de aireación fluye hacia el tanque de sedimentación secundaria con el licor mezclado y se acumula en la superficie. En segundo lugar, la espuma de desnitrificación, un tipo único de espuma en el tanque de sedimentación secundaria, se caracteriza por su color gris y finas partículas de lodo, que a menudo ocurren en verano o durante los procesos de desnitrificación. Cuando el lodo en el fondo del tanque de sedimentación secundario permanece demasiado tiempo y el oxígeno disuelto es insuficiente, las bacterias desnitrificantes reducen los nitratos a gas nitrógeno. Pequeñas burbujas de gas nitrógeno se adhieren a los flóculos de lodo, haciendo que floten y formen espuma. En tercer lugar, la espuma de putrefacción del lodo ocurre cuando el lodo no se descarga del tanque de sedimentación secundario de manera oportuna, lo que lleva a la putrefacción anaeróbica del lodo del fondo, produciendo gases como sulfuro de hidrógeno y metano, que transportan el lodo a la superficie, formando una espuma negra acompañada de un olor fétido.
(IV) Sistema de retorno de lodos y exceso de lodos
La espuma en esta etapa es principalmente "espuma circulante", causada por: 1) El lodo devuelto lleva la espuma generada en el tanque de aireación al tanque de tratamiento biológico, creando un círculo vicioso; 2) Descarga insuficiente del exceso de lodos, lo que provoca una edad excesivamente larga de los lodos en el sistema, exacerbando aún más la proliferación de bacterias filamentosas; 3) Espuma generada en el tanque de espesamiento de fangos y tanque de digestión que regresa al tanque de tratamiento biológico con el sobrenadante, introduciendo gran cantidad de tensioactivos y esporas filamentosas.
II. Contramedidas precisas para diferentes tipos de espuma
(I) Contramedidas para la espuma no-bioquímica
El núcleo es "control de fuente + eliminación física", minimizando el uso de antiespumantes químicos.
1. Control de fuentes: fortalecer la supervisión del acceso a las aguas residuales industriales, exigiendo que las empresas de descarga pre-traten las aguas residuales que contienen tensioactivos y grasas; construir tanques iniciales de interceptación de agua de lluvia para evitar que el agua de lluvia inicial ingrese directamente al sistema de tratamiento biológico; agregue separadores de aceite y tanques de flotación en la etapa de pretratamiento para eliminar la mayor parte de la grasa y los tensioactivos suspendidos.
2. Desespumante físico: instale chorros de agua a alta-presión en el área de generación de espuma-para romper la espuma utilizando la fuerza de impacto del flujo de agua; instale deflectores en los bordes del tanque para evitar que la espuma se desborde; reduzca adecuadamente la intensidad de la aireación para disminuir la cantidad de burbujas generadas, mientras aumenta la intensidad de agitación para promover la fusión y el estallido de las burbujas.
3. Asistencia química: si la cantidad de espuma es extremadamente grande, se puede agregar una pequeña cantidad de antiespumante organosilícico. Se debe tener cuidado de controlar la dosis para evitar una adición excesiva que afecte la actividad microbiana, y no se debe confiar en los antiespumantes durante un período prolongado.
(II) Contramedidas para la espuma biológica (El núcleo es inhibir el crecimiento dominante de bacterias filamentosas)
La espuma biológica no puede eliminarse únicamente mediante métodos físicos o químicos; es necesario comenzar ajustando los parámetros operativos para destruir fundamentalmente el entorno de vida de las bacterias filamentosas.
1. Optimización de parámetros operativos (las medidas más fundamentales) - Acortar la edad del lodo: controlar la edad del lodo a 5-8 días aumentando la descarga del exceso de lodo para eliminar bacterias filamentosas de larga-generación, como la Nocardia;
- Aumentar la carga orgánica: reducir adecuadamente el caudal de retorno y aumentar la concentración de materia orgánica en el afluente del tanque de tratamiento biológico, permitiendo que las bacterias formadoras de flóculos- obtengan una ventaja en la competencia de nutrientes;
- Ajustar el oxígeno disuelto: aumentar el oxígeno disuelto en la salida del tanque de aireación a 2-3 mg/L para inhibir la proliferación de bacterias filamentosas hipóxicas (como los microfilamentos);
- Suplemente nutrientes de nitrógeno y fósforo: si el nitrógeno y el fósforo entrantes son insuficientes, agregue urea y dihidrógeno fosfato de potasio en una proporción de carbono-nitrógeno-fósforo de 100:5:1 para cumplir con los requisitos de crecimiento de las bacterias formadoras de flóculos-.
2. Medidas de mejora física - Eliminación de desbordamiento: Instale un canal de desbordamiento de espuma al final del tanque de aireación para eliminar la espuma biológica superficial del sistema para un tratamiento separado, evitando el reflujo.
- Adición de portadores: agregue portadores como carbón activado, zeolita y espuma de poliuretano al tanque de tratamiento biológico para aumentar la densidad de los flóculos y proporcionar sitios de unión para las bacterias en los flóculos, inhibiendo el crecimiento suspendido de bacterias filamentosas.
3. Medidas de emergencia química
Si la espuma biológica es extremadamente severa, se puede agregar una baja concentración de oxidante durante un período corto, como hipoclorito de sodio (5-10 mg/L) o peróxido de hidrógeno (10-20 mg/L). Los oxidantes destruyen selectivamente las hifas filamentosas que se extienden desde los flóculos, al tiempo que tienen menos impacto sobre las bacterias dentro de los flóculos. Controle estrictamente la dosis y la frecuencia de adición para evitar afectar el sistema de tratamiento biológico.
4. Regulación biológica
Agregue agentes floculantes altamente eficientes para mejorar la capacidad competitiva de los floculantes; o inocular una pequeña cantidad de lodo digerido para introducir protozoos y metazoos que pueden depredar bacterias filamentosas, inhibiendo la proliferación excesiva de bacterias filamentosas a lo largo de la cadena alimentaria.
(III) Manejo de la espuma en el tanque de sedimentación secundario
Tome medidas diferenciadas según diferentes causas: para la espuma introducida desde el tanque de aireación, concéntrese en resolver el problema de la espuma en el tanque de aireación e instale dispositivos de pulverización de agua en la superficie del tanque de sedimentación secundario para eliminar la espuma; para la espuma de desnitrificación, aumentar la descarga del exceso de lodo, acortar el tiempo de retención de lodo en el tanque de sedimentación secundario y aumentar la proporción de retorno del licor mezclado para devolver los nitratos a la zona anóxica para la desnitrificación; para espuma de putrefacción de lodos, descargar los lodos rápidamente para evitar su acumulación en el fondo del tanque de sedimentación secundario, y vaciar y dragar el tanque de sedimentación secundario si es necesario.
(IV) Respuesta a la espuma circulante
Restringir severamente la ruta de circulación de la espuma. Recoger por separado la espuma y el sobrenadante generado por el sistema de retorno de lodos y espesante, tratarlos con antiespumantes y sedimentación antes de devolverlos al sistema de tratamiento biológico. Al mismo tiempo, optimice el sistema de descarga de exceso de lodo para garantizar una edad estable del lodo y evitar-la acumulación de lodo a largo plazo dentro del sistema.
III. Recomendaciones-de prevención y control a largo plazo
Establecer un mecanismo de alerta temprana de espuma, monitorear periódicamente indicadores como la edad de los lodos, las concentraciones de oxígeno disuelto, nitrógeno y fósforo y la abundancia de bacterias filamentosas en el tanque de tratamiento biológico para predecir los riesgos de espuma con anticipación. Para las temporadas altas de espuma biológica en primavera y otoño, ajuste los parámetros operativos con anticipación, acortando adecuadamente la edad de los lodos y aumentando el oxígeno disuelto. Fortalecer el monitoreo de la calidad del agua afluente para detectar rápidamente los impactos de las aguas residuales industriales y tomar medidas de emergencia. Dragar periódicamente los tanques y tuberías para reducir la acumulación de tensioactivos y esporas filamentosas en el lodo del fondo.
