Desde el laboratorio hasta aplicaciones a gran-escala de 300.000 m³/d, ¿cómo resuelve esta tecnología el problema de la desnitrificación en aguas residuales con una baja proporción de carbono-a-nitrógeno?
Para quienes trabajan en la industria del tratamiento de aguas residuales, actualmente existe un doble desafío: por un lado, los estándares de descarga de aguas residuales urbanas son cada vez más estrictos, con requisitos cada vez-aumentantes para la eliminación del nitrógeno total y el fósforo total, lo que hace que la desnitrificación extrema sea una necesidad para la industria; Por otro lado, la baja proporción de carbono-a-nitrógeno prevalece en las aguas residuales urbanas de China. Los procesos tradicionales dependen de fuentes externas de carbono para garantizar la eficiencia de la desnitrificación, lo que no solo aumenta significativamente los costos operativos sino que también genera una presión adicional de emisiones de carbono, lo que contradice el objetivo estratégico del "carbono dual".
En los procesos tradicionales de AAO, la mayoría de las fuentes de carbono orgánico en las aguas residuales se desperdician mediante aireación y oxidación en la etapa aeróbica, lo que deja fuentes de carbono insuficientes para la desnitrificación, lo que dificulta satisfacer las necesidades de transformación de la industria de "mejorar la calidad y la eficiencia + reducir la contaminación y las emisiones de carbono". El proceso anaeróbico-óxico-anóxico (AOA), que está surgiendo rápidamente, con su principal punto fuerte de lograr la eliminación profunda de nitrógeno y fósforo sin fuentes externas de carbono, ha pasado gradualmente de la investigación de laboratorio a la práctica de ingeniería a gran-escala, convirtiéndose en un fenomenal "caballo oscuro" en la industria del tratamiento de aguas residuales.
Descifrado central: solo un cambio en el orden de reacción, ¿cuál es la magia de AOA?
Mucha gente se pregunta por qué la AOA, en comparación con el proceso tradicional de AAO, sólo invierte el orden de reacción de "aeróbico" y "anóxico", logrando un avance cualitativo. La respuesta está en su exclusivo mecanismo de eliminación de nitrógeno y fósforo impulsado por una fuente de carbono interna-de "primero almacenar y luego utilizar".
Los procesos tradicionales AAO (anaeróbicamente-anaeróbico-aeróbico) emplean un flujo anaeróbico-anóxico-aeróbico. La mayoría de las fuentes de carbono orgánico fácilmente biodegradables en las aguas residuales se oxidan y descomponen indiscriminadamente durante la aireación en la etapa aeróbica. En realidad, hay muy poco carbono disponible para la desnitrificación en la etapa anóxica, lo que obliga a agregar fuentes externas de carbono como el acetato de sodio para llenar el vacío, creando un círculo vicioso en el que "cuanto más escasas son las fuentes de carbono, más se agregan; cuanto mayor es el costo, mayores son las emisiones de carbono".
Por el contrario, el proceso AAO, con su diseño anóxico-anaeróbico-aeróbico-de tres etapas, reestructura completamente la vía de utilización de la fuente de carbono, garantizando que cada fuente de carbono se utilice de forma eficaz:
1. Etapa anaeróbica: bloqueo de carbono basado en la fuente-
La DQO fácilmente biodegradable en el afluente se convierte preferentemente en fuentes internas de carbono como PHA y se almacena dentro de los microorganismos. Básicamente, esto prepara de antemano "munición de desnitrificación" para los microorganismos, evitando el desperdicio de carbono desde la fuente.
2. Etapa aeróbica: nitrificación de precisión
Esta etapa completa todo el proceso de nitrificación del nitrógeno amoniacal. Al mismo tiempo, al controlar con precisión el tiempo de aireación y la concentración de oxígeno disuelto, previene la oxidación excesiva de la fuente interna de carbono almacenada dentro de los microorganismos, asegurando reservas suficientes para la posterior desnitrificación.
3. Etapa post-anóxica: desnitrificación endógena
Los microorganismos utilizan su fuente interna de carbono pre-almacenada para completar la desnitrificación del nitrógeno nitrato. Todo el proceso no depende de fuentes de carbono externas, lo que resuelve fundamentalmente el problema de la industria de una fuente de carbono insuficiente en aguas residuales con una proporción baja de -carbono-a-nitrógeno.
Verificación incondicional: De 100.000 a 300.000 m³/d, estos proyectos se han implementado y están mostrando resultados.
La eficacia de la tecnología está demostrada por la práctica de la ingeniería. Actualmente, el proceso AOA se ha aplicado a gran escala en plantas de tratamiento de aguas residuales en varias ciudades de China, cubriendo diversos escenarios como nuevos proyectos, mejoras, impactos de la temporada de lluvias y funcionamiento a baja-temperatura, lo que ofrece resultados operativos muy convincentes.
Los resultados de las pruebas de producción muestran que incluso en condiciones extremas con una carga de agua superior al 202 %, la calidad del efluente del proceso AOA no se deterioró significativamente: las tasas de eliminación de nitrógeno amoniacal, nitrógeno total y fósforo total solo experimentaron fluctuaciones menores y controlables, y las concentraciones del efluente se mantuvieron consistentemente dentro de los estándares. Simplemente ajustando la proporción de retorno de lodo primario, la proporción de aire-a-agua y la concentración de lodo, el sistema puede volver rápidamente a una operación estable, adaptándose perfectamente a las condiciones complejas de fluctuaciones significativas del volumen de agua durante la temporada de lluvias.
Total-adaptabilidad de escenarios: compatible con modernizaciones, maneja operaciones de baja-temperatura
Además de los nuevos proyectos, el proceso AOA también demuestra una gran compatibilidad en la mejora de las plantas de tratamiento de aguas residuales existentes. Después de completar una modernización del proceso AAO de zanja de oxidación ORBAL de 1500 m³/d-en una planta de tratamiento de aguas residuales en Chongqing, la tasa de eliminación total de nitrógeno aumentó del 71,52 % del proceso AAO original al 83,01 % sin la necesidad de una fuente de carbono externa, y los efectos de eliminación de DQO, nitrógeno amoniacal y fósforo total fueron ampliamente superiores a los de los procesos tradicionales.
Para abordar el problema de la industria de la disminución de la actividad de desnitrificación debido a las bajas temperaturas invernales en las regiones del norte y la meseta, una planta de tratamiento de aguas residuales de proceso AOA de 40.000 m³/d en Guiyang, que funcionó durante 430 días en condiciones de temperaturas del agua tan bajas como 11 grados, aún logró una contribución de eliminación de nitrógeno del 40% en su zona post-anóxica, con un nitrógeno total efluente que permaneció estable en 4,13 mg/L. En comparación con las plantas de tratamiento de aguas residuales del proceso AAO con la misma fuente de afluente, el nitrógeno total del efluente se redujo en un 54,62 %, el consumo de energía de los tanques biológicos se redujo en un 24 %, el consumo de productos químicos en un 39 % y la producción de lodos en un 7 %.
Más allá del cumplimiento de los estándares: potencial de actualización futura del proceso AOA
Actualmente, el proceso AOA ha formado un sistema técnico relativamente completo, pero su potencial va mucho más allá. Para satisfacer las necesidades de desarrollo de la industria de tratamiento de aguas residuales de un menor consumo de energía y menores emisiones de carbono, la industria ha comenzado a explorar la integración del proceso AOA con nuevas tecnologías de eliminación de nitrógeno para explorar más a fondo el potencial de actualización tecnológica.
Múltiples estudios han demostrado que el sistema acoplado de la tecnología AOA (aireación automática) con tecnologías-de nitrificación rápida y oxidación anaeróbica de amonio (ANAO) exhibe una eficiencia excepcional de eliminación de nitrógeno en el tratamiento de aguas residuales urbanas con bajas proporciones DQO/TN: un sistema integrado-de nitrificación-ANAO basado en el proceso AOA, después de una operación estable, logra una concentración total de nitrógeno en el efluente tan baja como 2,3. mg/L, con una tasa de eliminación total de nitrógeno de hasta el 95,8%; un sistema de flujo continuo AOA modificado, en condiciones en las que la relación DQO/TN del afluente es tan baja como 3,2, logra efectos de tratamiento avanzados con TN del efluente (4,6 ± 1,5) mg/L y fósforo total (0,2 ± 0,2) mg/L, con una eliminación de nitrógeno acoplado a ANAO- que representa más del 86%.
Estas exploraciones brindan posibilidades ilimitadas para la realización futura de un tratamiento de aguas residuales con fuentes de carbono casi-y consumo de energía casi-cero mediante el proceso AOA, y también brindan soporte tecnológico central para la transformación con bajas-carbono de la industria de tratamiento de aguas residuales de mi país.
Conclusión
Desde resolver el problema del cuello de botella de la eliminación de nitrógeno de las aguas residuales con proporciones bajas de carbono-a-nitrógeno hasta adaptarse a las necesidades de transformación de la industria de "mejora sinérgica de la eficiencia a través de la reducción de la contaminación y la reducción de carbono", el proceso AOA ha demostrado su valor central en el campo del tratamiento de aguas residuales a través de resultados de ingeniería tangibles. Con una iteración tecnológica continua y una promoción a gran-escala, el proceso AOA se está convirtiendo en la solución preferida para la construcción y mejora de plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas en mi país, impulsando a la industria a una transición constante desde "cumplir con los estándares de emisiones" a una etapa de desarrollo de alta-calidad de "eficiencia ecológica, baja-en carbono y mejorada".