Capítulo 3 Puesta en servicio de la unidad biológica
3.1 Unidad aeróbica
⑴ Pasos para la puesta en servicio
① Agregue lodo activado de fuentes externas al tanque aeróbico en un volumen de 0,01-0,05 de la capacidad del tanque.
② Agregue agua residual al tanque aeróbico en un volumen de 1/5-1/3 de la capacidad del tanque, luego rellénelo con agua del grifo. Controle el pH del agua del tanque aeróbico a 7 o ligeramente por encima. Dado que la concentración de contaminantes en el tanque es alta en este punto, no es necesario agregar nutrientes ni una fuente de carbono.
③ Encienda el ventilador y airee (aireación continua sin agua) durante 8 horas. Luego, detenga la aireación y deje que el tanque se asiente durante 0,5 horas. Luego, reanude la aireación. Cada 8 horas, detenga la aireación y deje que el tanque se asiente durante 0,5 horas antes de reanudar la aireación. Después de un día de aireación, agregue una pequeña cantidad de agua residual del tanque regulador.
④ Durante el proceso de aireación, mantenga el contenido de oxígeno disuelto en el tanque aeróbico entre 2 y 4 mg/L y pruebe la proporción de sedimentación del lodo. Si el valor disminuye gradualmente, indica que el lodo se ha adherido al relleno.
⑤ Diariamente, agregue oligoelementos apropiados y reemplace aproximadamente un-tercio del volumen de aguas residuales del tanque. Después de varios días de aireación, sedimentación y reposición de aguas residuales, continúe regando entre 1/3 y 1/2 del caudal diseñado.
⑥ La aclimatación y el cultivo bacteriano se realizan simultáneamente. Generalmente, una fina película será visible en la superficie del material de embalaje después de una semana.
⑦ Si la biopelícula prolifera normalmente, después de aproximadamente 7 días, parte del efluente del tanque aeróbico fluirá hacia el tanque de sedimentación, mientras que otra parte aún regresará al tanque de ecualización. Entonces se puede reanudar la entrada y salida continua de agua.
⑧ Después de aproximadamente 20 días, se formará una capa de biopelícula de color naranja-negro sobre el material de embalaje y se podrá agregar agua al caudal diseñado.
⑨ En estas condiciones, se puede mantener un funcionamiento estable durante aproximadamente un mes. En este punto, la formación de biopelículas prácticamente se completa y comienza la proliferación microbiana. Supervise de cerca los cambios en la calidad del agua durante este período para evitar cambios repentinos en la carga que podrían afectar el tanque bioquímico.
⑩ Con el tiempo, el biofilm comienza a metabolizarse, el biofilm antiguo comienza a desprenderse y aparecen sólidos en suspensión en el efluente, marcando el final de la fase de formación del biofilm y la reanudación del funcionamiento normal.
⑵Condiciones de control del proceso
①Oxígeno disuelto
Durante el proceso de lodos activados se debe mantener una determinada concentración de oxígeno disuelto. Un suministro insuficiente de oxígeno (bajos niveles de oxígeno disuelto) afectará la actividad metabólica normal de los microorganismos del lodo activado, reduciendo la capacidad de purificación y facilitando el crecimiento de bacterias filamentosas, lo que provocará la acumulación de lodo. El mantenimiento de un nivel adecuado de oxígeno disuelto en el tanque de aireación generalmente se controla entre 1 y 4 mg/l. En condiciones normales se recomienda un nivel de OD de 2 mg/l a la salida del tanque de aireación.
②Temperatura
El rango de temperatura óptimo para los microorganismos de lodos activados es 15-30 grados. Generalmente, las temperaturas del agua por debajo de los 10 grados pueden afectar negativamente la función del lodo activado. Sin embargo, si la temperatura del agua se reduce lentamente, permitiendo que los microorganismos se adapten gradualmente a este cambio-un proceso conocido como aclimatación de la temperatura, entonces se pueden lograr resultados de tratamiento efectivos implementando ciertas medidas técnicas, como reducir la carga de lodo, aumentar las concentraciones de lodo activado y oxígeno disuelto, y extender el tiempo de aireación.
③ Nutrientes
Los requerimientos de nitrógeno y fósforo de los microorganismos del lodo activado se pueden calcular utilizando la relación DBO:N:P de 100:5:1. Sin embargo, en realidad, los requerimientos microbianos también están relacionados con la cantidad de exceso de lodo, es decir, la edad del lodo y la tasa de crecimiento microbiano.
④ pH
El pH óptimo para los microorganismos de los lodos activados está entre 6,5 y 8,5. Si el pH cae por debajo de 4,5, los protozoos desaparecen y los hongos se vuelven dominantes, lo que fácilmente conduce a la acumulación de lodos y afecta seriamente la eficiencia del tratamiento de lodos activados. Cuando el pH excede 9,0, la tasa metabólica microbiana se ve afectada.
⑤ Sustancias tóxicas (inhibidores)
Existen muchas sustancias que resultan tóxicas o inhibidoras para los microorganismos. Estos se pueden dividir en términos generales en sustancias inorgánicas como metales pesados, cianuro, H₂S, elementos halógenos y sus compuestos, y compuestos orgánicos como fenoles, alcoholes, aldehídos y combustibles.
Los efectos tóxicos de las sustancias tóxicas también están relacionados con factores como el pH, la temperatura del agua, el oxígeno disuelto, la presencia de otras sustancias tóxicas y la cantidad de microorganismos.
⑥ Tasa de carga orgánica
La carga de lodos por agotamiento de oxígeno orgánico (DBO) es un factor clave que influye en la degradación de contaminantes orgánicos y el crecimiento de lodos activados. Una mayor carga de lodos DBO acelerará la degradación de contaminantes orgánicos y el crecimiento de lodos activados; una menor carga de lodos DBO reducirá ambas tasas.
⑦ Relación de retorno de lodos
Mantenga una cantidad adecuada de lodos en el sistema y controle la tasa de retorno de lodos. Dependiendo del modo de funcionamiento, la tasa de retorno debe estar entre 0 y 100 %, pero generalmente no menos de 30-50 %.
3.2 Unidad Anaeróbica
⑴ Pasos para la puesta en servicio
① Inyecte lodo activado en el tanque anaeróbico como lodo de semillas. La cantidad de lodo inyectado debe alcanzar el 10% del nivel de agua de funcionamiento normal del tanque anaeróbico.
② Inyecte aguas residuales en el tanque anaeróbico hasta aproximadamente el 40 % del nivel de agua de funcionamiento normal, es decir, las aguas residuales más el lodo activado deben alcanzar el 50 % del nivel de agua de funcionamiento normal del tanque anaeróbico.
③ Encienda el ventilador para mantener agitadas las aguas residuales del tanque y evitar que el lodo se deposite en el fondo. Permita que las bacterias anaeróbicas crezcan y se multipliquen de forma natural. Agregue aguas residuales al tanque anaeróbico cada dos días, llenándolo hasta el 5% del nivel del tanque cada vez.
④ Durante la fase de incubación anaeróbica, analice diariamente la DQOcr, el nitrógeno amoniacal y el fósforo total de las aguas residuales. Mantener la DQOcr por encima de 300 mg/l, el nitrógeno amoniacal por encima de 2,5 mg/l y el fósforo total por encima de 0,5 mg/l.
⑤ Después de que las aguas residuales en el tanque alcancen el nivel operativo, si los resultados del análisis muestran que los niveles de CODcr y nitrógeno amoniacal son al menos un 20% más bajos que los del afluente, lo que indica que se han formado bacterias anaeróbicas, comenzará la fase de incubación y aclimatación del lodo.
⑥ Durante la fase de aclimatación de lodos, agregue y retire agua del tanque continuamente. Mantenga la tasa de afluencia en aproximadamente el 10% de la tasa de afluencia normal. Aumente la tasa de afluencia una vez al día en un 10% cada vez.
⑦ Durante la fase de aclimatación de lodos, analice diariamente el contenido de DQOcr y nitrógeno amoniacal de las aguas residuales. Si la DQOcr y el nitrógeno amoniacal del efluente son al menos un 30 % más bajos que los del afluente, se han establecido bacterias anaeróbicas y se puede reanudar el funcionamiento normal.
⑵Condiciones de control del proceso
①Temperatura
Basado en las tres bacterias anaeróbicas mesófilas diferentes (termófilas a 5-20 grados, mesófilas a 20-42 grados y mesófilas a 42-75 grados), el proceso se clasifica en anaeróbico de baja temperatura (15-20 grados), mesófilo (30-35 grados) y termófilo (50-55 grados). procesos anaeróbicos. La temperatura es particularmente importante para las reacciones anaeróbicas. Cuando la temperatura cae por debajo del límite inferior óptimo, la eficiencia disminuye en un 11% por cada caída de 1 grado. Dentro del rango anterior, ligeras fluctuaciones de temperatura de 1 a 3 grados tienen poco impacto en la reacción anaeróbica. Sin embargo, las fluctuaciones excesivas (rápidas) de temperatura pueden reducir la actividad de los lodos y provocar la acumulación de ácido.
② Valor de pH
El proceso anaeróbico de hidrólisis y acidificación tiene un rango de pH relativamente amplio, lo que significa que el pH de las bacterias productoras de ácido-debe controlarse entre 4 y 7 grados. Sin embargo, la reacción completamente anaeróbica requiere un control estricto del pH, con la reacción metanogénica controlada dentro de un rango de 6,5 a 8,0, con un rango óptimo de 6,8 a 7,2. Un pH inferior a 6,3 o superior a 7,8 reduce la tasa metanogénica.
③ Potencial de oxidación-reducción
El potencial de oxidación-reducción durante la fase de hidrólisis oscila entre -100 y +100 mV, mientras que el potencial de oxidación-reducción óptimo durante la fase metanogénica oscila entre -150 y -400 mV. Por lo tanto, el contenido de oxígeno introducido en el afluente debe controlarse para evitar que afecte negativamente al reactor anaeróbico.
④ Nutrientes
La proporción de nutrientes en el reactor anaeróbico es C:N:P=(350-500):5:1.
⑤ Sustancias tóxicas y nocivas
Hay tres tipos de sustancias nocivas que inhiben y afectan las reacciones anaeróbicas:
1. Sustancias inorgánicas: Incluyen amoniaco, sulfuros inorgánicos, sales y metales pesados, siendo los sulfatos y sulfuros los más inhibidores.
2. Compuestos orgánicos: incluyen compuestos orgánicos no-polares, incluidas cinco categorías: ácidos grasos volátiles (AGV), compuestos fenólicos no-polares, taninos, aminoácidos aromáticos y compuestos de caramelo.
3. Compuestos xenobióticos: incluyen hidrocarburos clorados, formaldehído, cianuro, detergentes y antibióticos.
3.3 Unidad de Hidrólisis y Acidificación
⑴ Inóculo
① Fuente de inóculo: provienen principalmente de diversos lodos, como lodos de reactores anaeróbicos, anóxicos o aeróbicos en plantas de tratamiento de aguas residuales existentes, lodos acumulados en alcantarillas, fosas sépticas, ríos o estanques de aguas residuales, y lodos de fondo de digestores de biogás rurales.
② Requisitos básicos para el inóculo: Debe contener una población microbiana adaptada a las características específicas de calidad de las aguas residuales; los microorganismos (o lodos) inoculados deben tener suficiente actividad metabólica; el lodo debe contener una gran cantidad de microorganismos y las proporciones de los distintos microorganismos deben estar equilibradas.
③ Método de inoculación: Calculada por volumen, la cantidad de lodo de inóculo agregado es generalmente del 10% al 30%. Si se calcula en base al VSS del licor mezclado después de la inoculación, la cantidad de lodo de inóculo debe ser de 5 a 10 kg VSS/m³.
⑵ Inicio
Una vez que el tanque de hidrólisis y acidificación ha sido completamente cargado con lodos de inóculo, las aguas residuales y residuales se alimentan en lotes controlados, y se inicia la operación inicial del reactor anóxico de hidrólisis utilizando un método de operación intermitente. Después de que ingresa cada lote de aguas residuales, el reactor sufre un metabolismo anóxico en estado estático (o, si corresponde, circula y se agita a través de un dispositivo de reflujo). Esto permite que el lodo de inóculo o el lodo proliferado se agreguen o se adhieran temporalmente a la superficie del relleno en lugar de perderse con el agua. Después de varios días de reacción anóxica (el tiempo requerido varía según la calidad del agua y la concentración del lodo de inóculo), la mayor parte de la materia orgánica se descompone y luego se introduce el segundo lote de aguas residuales. Durante el funcionamiento intermitente con entrada de agua por lotes, la concentración del afluente o la proporción de aguas residuales industriales se puede aumentar gradualmente y el tiempo de reacción se puede acortar gradualmente hasta que el sistema esté completamente adaptado a la calidad de las aguas residuales y residuales y pueda funcionar de forma continua.
⑶ Condiciones de control de procesos
①pH 4-6. ②Oxígeno disuelto 0,2-0,5 mg/l. ③Temperatura 15-40 grados.
Capítulo 4 Puesta en servicio de la unidad fisicoquímica
⑴Principio
Durante el proceso de tratamiento de aguas residuales, se añaden productos químicos a las aguas residuales, mezclándolos con los productos químicos, provocando así que las sustancias coloidales del agua se coagulen o floculen. Este proceso combinado se llama coagulación.
El proceso de tratamiento de coagulación y sedimentación incluye la adición de productos químicos, mezcla, reacción y separación por sedimentación.
①Dosificación
Los métodos de preparación y adición de coagulantes se pueden dividir en adición seca y húmeda.
1. Adición seca: consiste en agregar el químico directamente al agua a tratar. La adición seca requiere mucha mano de obra-, es difícil controlar la dosis y requiere altos estándares para el equipo de mezcla. Actualmente, este método rara vez se utiliza en China.
2. Dosificación húmeda: implica preparar primero el reactivo en una solución de cierta concentración antes de agregarlo al agua residual tratada. La dosificación húmeda es fácil de controlar y proporciona una buena uniformidad de dosificación. Se puede realizar utilizando equipos como bombas dosificadoras, eyectores de agua y dosificadores de sifón.
② Mezcla
El mezclado se refiere al proceso en el que el reactivo se hidroliza luego de ser agregado al agua residual, generando coloides con carga opuesta que entran en contacto con los coloides y la materia suspendida en el agua, formando finos flóculos (comúnmente conocidos como flóculos de alumbre).
El proceso de mezcla se completa en aproximadamente 10-30 segundos. La mezcla requiere agitación, que se puede lograr mediante mezcla hidráulica o mecánica. La mezcla hidráulica se logra comúnmente mediante métodos de mezcla tipo tubería, placa perforada o vórtice. La mezcla mecánica puede utilizar agitación de velocidad variable-y tanques de mezcla tipo bomba.
③ Reacción
Una vez finalizada la mezcla en el equipo de mezcla y reacción, se han formado finos flóculos en el agua, pero aún no han alcanzado un tamaño de partícula adecuado para la sedimentación natural. La tarea del equipo de reacción es agregar gradualmente los pequeños flóculos en otros más grandes para facilitar la sedimentación. El equipo de reacción requiere un cierto tiempo de residencia y una intensidad de agitación adecuada para permitir que los flóculos pequeños choquen entre sí y evitar que los flóculos grandes se sedimenten. Sin embargo, una intensidad de agitación excesiva romperá los flóculos generados y cuanto más grandes sean, más fácil será romperlos. Por lo tanto, la intensidad de la agitación disminuye a lo largo de la dirección del flujo de agua en el equipo de reacción.
④ Sedimentación
Después de la adición, mezcla y reacción de productos químicos, las aguas residuales completan el proceso de floculación y entran al tanque de sedimentación para la separación del lodo-agua. Los tanques de sedimentación pueden adoptar varios tipos de flujo, incluido el flujo horizontal, el flujo radial, el flujo vertical y el flujo de placa inclinada.
⑵ Coagulantes inorgánicos de uso común
① Sulfato de Aluminio [Al2(SO4)3·18H2O]
El sulfato de aluminio sólido se presenta en forma de escamas, granulados o polvo. Normalmente se expresa por su contenido de óxido de aluminio, Al2O3, que es aproximadamente del 17%. La densidad aparente del sulfato de aluminio en polvo es de aproximadamente 1000 kg/m3. El sulfato de aluminio líquido también se expresa en términos de su contenido de óxido de aluminio (Al₂O₃). Su concentración suele ser del 8% al 8,5%, que es del 48% al 49% de su forma en polvo, lo que significa que cada litro de solución acuosa contiene entre 630 y 650 g de Al₂(SO₄)₃·18H₂O.
El rango de pH óptimo para la coagulación es: para la eliminación de color, el rango de pH es 5-6; para la eliminación de turbidez, el rango de pH está entre 6 y 8. El rango de pH óptimo para la producción es generalmente de 6,5 a 7,5. Debido a la baja densidad relativa del aluminio, los flóculos formados por las sales de aluminio son livianos y sueltos, lo que hace que sea menos probable que formen partículas grandes, pesadas y que se hunden fácilmente, especialmente en invierno, cuando las temperaturas del agua son bajas.
② Cloruro de polialuminio [Aln(OH)m·Cl₃n-m]
También conocido como cloruro de aluminio básico, es un coagulante polimérico inorgánico con un rendimiento superior al sulfato de aluminio. Bajo la misma calidad del agua, la dosificación es menor que la del sulfato de aluminio y su adaptabilidad a un rango de pH más amplio también es aceptable, oscilando entre 5-9. Es eficaz para tratar agua con alta-turbidez y baja temperatura, presenta baja corrosividad, es fácil de administrar y tiene un bajo costo.
③ Cloruro férrico [FeCl3·6H2O]
El cloruro férrico sólido aparece como una sustancia cristalina de color marrón amarillento-fácilmente delicuescente. Tiene un amplio rango de pH (entre 6 y 8,4) y forma flóculos más grandes, pesados y densos que las sales de aluminio. Su efectividad en el tratamiento de aguas de baja-temperatura o baja-turbidez es superior a la de los sulfatos. Sin embargo, sus desventajas son su fuerte corrosividad y su delicuescencia higroscópica.
④ Sulfato ferroso [FeSO4·7H2O]
Cristales verdes translúcidos, comúnmente conocidos como vitriolo verde. Su uso se ve menos afectado por la temperatura del agua y los flóculos que forma son grandes, pesados y se hunden fácilmente. Es más adecuado para agua cruda con alta turbidez, alta alcalinidad y un pH de 8,5 a 9,5. El sulfato ferroso utilizado para la coagulación puede colorear el agua tratada, especialmente cuando el Fe2+ reacciona con los coloides coloreados en el agua, produciendo productos disueltos más oscuros que pueden afectar la usabilidad del agua. Por lo tanto, cuando se utiliza sulfato ferroso como coagulante a un pH bajo, a menudo se utiliza cloro para oxidar el hierro divalente (Fe2+) a hierro trivalente (Fe3+).
⑶ Coagulantes de polímeros orgánicos de uso común
① Agregar ayudas coagulantes poliméricas
Los auxiliares coagulantes comunes incluyen ácido silícico activado, poliacrilamida, gelatina, alginato de sodio, etc.
Orden de Adición: Primero añadir el coagulante, luego el coadyuvante de coagulación, con un intervalo de 30-60 segundos entre ellos.
② Agregar ácidos y álcalis
Ajusta principalmente el pH del agua para lograr el pH óptimo para la coagulación.
③ Agregar oxidantes
El propósito es oxidar las impurezas orgánicas hidrófilas y mejorar la eficiencia de la coagulación. Los oxidantes utilizados incluyen cloro, polvo blanqueador y ozono.
④ Método de floculación de contacto
Esto se lleva a cabo en el clarificador. Se utiliza lodo de alta-concentración, lodo activado o antracita como medio de floculación de contacto en el clarificador para la floculación de contacto. Esto mejora la función de floculación del núcleo, acelera la tasa de floculación de sólidos suspendidos y coloides en el agua y mejora la adsorción de impurezas.
⑤ Devolución parcial de lodos sedimentados
Los lodos sedimentados todavía contienen una pequeña cantidad de floculante. Al devolver parte del lodo sedimentado se utiliza completamente el coagulante y también actúa como coadyuvante de coagulación, mejorando el efecto de floculación.
⑥ Cambiar el método de dosificación del coagulante
1. Agregue el coagulante de una vez;
2. Agregue en lotes;
3. Agregue todo el coagulante a una porción de agua, mezcle bien y luego mezcle con otra porción de agua sin coagulante.
⑷ Pasos de puesta en marcha
① Prueba piloto
1. Analizar la calidad del agua en función de las características de las aguas residuales.
2. Realice pruebas periódicas de los vasos de precipitados en función de la calidad del agua para seleccionar los parámetros adecuados, como el tipo de coagulante, la dosis, el valor de pH, la temperatura del agua y la velocidad del mezclador.
②Depuración de procesos
1. Ajustar el pH de las aguas residuales afluentes para cumplir con las condiciones de coagulación.
2. Observar la presencia de flóculos de alumbre y ajustar la dosis de coagulante y coadyuvante.
3. Observe el rendimiento del afluente y del efluente y ajuste la dosis del coagulante.
⑸Parámetros de control principales
①pH
El grado en que el pH del agua afecta la coagulación varía según el tipo de coagulante.
1. Cuando se utiliza sulfato de aluminio para eliminar la turbidez del agua, el rango de pH óptimo está entre 6,5 y 7,5; cuando se utiliza para eliminar color, el rango de pH está entre 4,5 y 5.
2. Cuando se utilizan sales férricas, el rango de pH óptimo está entre 6,0 y 8,4, que es más amplio que el del sulfato de aluminio.
3. Cuando se utiliza sulfato ferroso, Fe₃⁺ sólo puede formar rápidamente Fe₃⁺ cuando el pH es > 8,5 y hay suficiente oxígeno disuelto en el agua, lo que complica el equipo y el funcionamiento. Por esta razón, a menudo se utiliza la oxidación por cloración.
4. El efecto de coagulación de los coagulantes poliméricos, especialmente los coagulantes poliméricos orgánicos, se ve menos afectado por el pH.
② Temperatura del agua
La temperatura del agua tiene un impacto significativo en la eficacia de la coagulación. La hidrólisis de coagulantes salinos inorgánicos es una reacción endotérmica, lo que dificulta la hidrólisis a bajas temperaturas del agua. El sulfato de aluminio, en particular, se hidroliza muy lentamente a temperaturas del agua inferiores a 5 grados. Además, el bajo volumen de agua y la alta viscosidad dificultan la floculación de partículas coloides desestabilizadas, dificultando la formación de floculantes y, a su vez, comprometiendo la eficacia del tratamiento de sedimentación posterior. Las mejoras incluyen la adición de coagulantes poliméricos o el uso de flotación en lugar de sedimentación como tratamiento posterior.
③ Coagulante y dosis
Para cualquier tratamiento de coagulación de aguas residuales, el coagulante y la dosis óptimos deben determinarse experimentalmente. Los rangos de dosificación típicos son: 10-30 mg/L para sales comunes de hierro y aluminio; 1/3-1/2 el de las polisales; y 1-5 mg/L para coagulantes de polímeros orgánicos. Una dosis excesiva puede conducir fácilmente a la reestabilización de los coloides.
④ Intensidad de agitación y tiempo de agitación
La intensidad de la agitación a menudo se expresa en términos de gradiente de velocidad G. Durante la etapa de mezcla, el coagulante y el agua residual deben mezclarse rápida y uniformemente. Esto requiere una G de 500-1000 s⁻¹ y un tiempo de agitación de 10-30 s⁻¹. Durante la etapa de reacción, es necesario crear suficientes oportunidades de colisión y condiciones de adsorción favorables para el crecimiento de los flóculos y al mismo tiempo evitar la ruptura de los flóculos pequeños. Por lo tanto, la intensidad de la agitación debe reducirse gradualmente y el tiempo de reacción debe prolongarse. Los valores correspondientes de G y t deben estar entre 20-70 s⁻¹ y 15-30 minutos, respectivamente. Para determinar las condiciones óptimas del proceso, generalmente se recomienda una prueba de simulación de coagulación utilizando el método de agitación en vaso de precipitado.