Las bajas relaciones C/N del afluente son un cuello de botella; se debe implementar una reducción de costos y una mejora de la eficiencia; se deben cumplir estándares de contaminación y reducción de carbono; y se debe evitar la adaptación-in situ. Cuando estas demandas fundamentales se unen, el proceso AOA se convierte en la solución óptima que las plantas de tratamiento de aguas residuales no pueden evitar.
El proceso AOA es adecuado para situaciones con bajas proporciones C/N del afluente, que no requieren una fuente de carbono adicional, y sus efectos de eliminación de nitrógeno y fósforo superan con creces los procesos tradicionales.
El proceso AOA no es sólo una "tecnología negra" en el tratamiento de aguas residuales inventada por el académico Peng Yongzhen, sino que también desempeña el papel de una "herramienta de actualización" en la renovación de muchas plantas de tratamiento de aguas residuales antiguas.
1. ¿Cuál es la diferencia entre AOA y AAO?
Cuando se trata de tratamiento de aguas residuales, mucha gente piensa inmediatamente en el clásico proceso AAO (anaeróbico-anóxico-aeróbico), mientras que el proceso AOA (anaeróbico-aeróbico-anóxico) ajusta superficialmente el orden de las zonas de reacción, pero su lógica central es completamente diferente.
Tanto el proceso AAO como el AOA comparten similitudes en el tiempo de retención hidráulica, el tipo de estructura y el equipo electromecánico, lo cual es clave por qué muchas plantas de tratamiento de aguas residuales pueden convertirse directamente de AAO a AOA-no se requiere terreno adicional, lo que resulta en bajos costos de conversión.
Las principales diferencias residen en dos puntos: primero, un tiempo de retención más corto en una sección y tiempos de retención más largos en las otras dos secciones; y segundo, un cambio en el retorno de lodos de uno a dos procesos.
El "uno más corto, dos más largos" se refiere a los tiempos de retención más largos en las secciones anaeróbicas y anóxicas del proceso AOA, mientras que la sección aeróbica es más corta. "El tiempo suficiente en la sección anaeróbica permite que las bacterias polisacáridas desnitrificantes (DGAO) consuman completamente la materia orgánica en las aguas residuales, reduciendo la DQO y almacenando fuentes internas de carbono. La sección anóxica más larga se debe a que la tasa de desnitrificación interna es más lenta que la de la desnitrificación externa, lo que requiere tiempo suficiente para que las DGAO completen el proceso de desnitrificación interna", explicó el Sr. Chen. La sección aeróbica más corta reduce el consumo ineficaz de fuentes internas de carbono, lo que garantiza que la energía se utilice de forma eficaz.
Más importante aún, el proceso ha pasado de uno a dos: la AAO tradicional solo tiene una ruta de retorno de lodos, mientras que la AAO agrega una ruta de retorno desde el tanque de sedimentación secundario al frente de la zona anóxica (R2 en el diagrama de flujo). "Esta ruta de retorno adicional duplica el número de bacterias desnitrificantes en el tanque anóxico, aumentando la tasa de desnitrificación específica (tasa de desnitrificación/concentración de lodo); en segundo lugar, crea un ambiente favorable para los DPAO, reduciendo la hidrólisis de lodo y la liberación de fósforo de la descomposición microbiana en el fondo del tanque de sedimentación secundario, lo que resulta en una disminución continua del fósforo total (TP) tanto en la zona anóxica como en el tanque de sedimentación secundario". Sin embargo, el Sr. Chen también advirtió que esta alta tasa de retorno puede cargar significativamente el tanque de sedimentación secundario. El uso directo del tanque de sedimentación secundario existente de AAO podría afectar el efecto de separación del agua-lodo, lo cual es una consideración clave durante el proceso de modernización.
En teoría, estos ajustes permiten que el proceso AAO alcance un TN de efluentes cercano a-cero y elimina en gran medida la necesidad de fuentes externas de carbono, lo que reduce significativamente los costos operativos y lo convierte en un "nuevo favorito" en la industria del tratamiento de aguas residuales.
2. ¿Qué plantas de tratamiento de aguas residuales son adecuadas para AAO?
Tres ventajas fundamentales hablan por sí solas
Escenarios aplicables para el proceso AOA: no todas las plantas de tratamiento de aguas residuales son adecuadas para modernizarse, pero aquellas que cumplen estas condiciones a menudo obtienen resultados sorprendentes.
En primer lugar, las plantas de tratamiento de aguas residuales que buscan reducir costos, mejorar la eficiencia y operar con bajas-carbono. Por un lado, el proceso AOA de doble-recirculación de lodos tiene un tiempo de retención aeróbico más corto en comparación con otros procesos, ahorrando así en el consumo de energía de aireación. Por otro lado, al aumentar la recirculación de lodos en la zona anóxica, las fuentes de carbono no utilizadas dentro del lodo en el fondo del tanque de sedimentación secundario pueden regresar a la zona anóxica, lo que permite un reciclaje eficiente de las fuentes de carbono internas y, por lo tanto, ahorra en fuentes de carbono externas.
Con requisitos medioambientales cada vez más estrictos, la operación con bajas-carbono es una tendencia importante, lo que hace que el AOA, un proceso que ahorra energía y reduce los lodos, sea muy buscado.
En segundo lugar, las plantas de tratamiento de aguas residuales que tratan aguas residuales con bajo contenido de C/N, especialmente en las ciudades del sur. Las aguas residuales domésticas del sur generalmente carecen de suficientes fuentes de carbono, y los procesos tradicionales requieren la adición de fuentes externas de carbono, como metanol y acetato de sodio, para cumplir con los estándares, lo cual es costoso y engorroso. El proceso AOA utiliza eficientemente ácidos grasos polihidroxi (PHA) y glucógeno intracelular (Gly) almacenados en los tanques anaeróbicos y de sedimentación secundaria mediante lodos activados. Al mismo tiempo, el menor volumen de aireación y el menor tiempo de aireación en la sección aeróbica reducen el consumo de fuentes internas de carbono, lo que es beneficioso para retener más fuentes internas de carbono para la desnitrificación en la zona anóxica.
Finalmente, es adecuado para plantas de tratamiento de aguas residuales que buscan mejorar la eliminación de nitrógeno y fósforo. Los procesos tradicionales de AAO producen efluentes aeróbicos con alto contenido de nitrato y la eliminación de nitrógeno mediante la recirculación del licor de nitrificación es limitada. AOA, al colocar la zona anóxica al final, permite tiempo suficiente para la desnitrificación endógena, lo que resulta en un contenido de nitrato extremadamente bajo en el efluente y una eliminación superior de nitrógeno.
En resumen, si una planta de tratamiento de aguas residuales enfrenta cualquiera de los tres problemas:-fuentes de carbono insuficientes, costos operativos elevados o presión elevada de eliminación de nitrógeno y fósforo-AOA puede considerarse una opción preferida.
3. La imperfecta "tecnología negra"
Desafíos en la operación de AOA Ningún proceso de tratamiento de agua es perfecto y AOA también tiene sus propios "problemas".
El mayor desafío es su adaptabilidad a las fluctuaciones en la calidad y cantidad del agua. La calidad y cantidad del afluente de las plantas de tratamiento de aguas residuales cambian diariamente, lo que requiere un control preciso de parámetros como el tiempo de retención, la tasa de aireación y el flujo de retorno. "Por ejemplo, si la concentración del afluente aumenta repentinamente o el caudal aumenta dramáticamente, los parámetros originales se vuelven ineficaces. Si no se hacen ajustes rápidamente, el efecto del tratamiento se verá comprometido y el potencial de ahorro de energía-no se realizará", dijo el Sr. Chen impotente. Esto impone altas exigencias al nivel de operación y gestión de las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Otro desafío es el impacto de los entornos de baja-temperatura. La actividad microbiana depende de las temperaturas adecuadas. En invierno, las bajas temperaturas inhiben directamente la actividad de las bacterias desnitrificantes y eliminadoras de fósforo-, lo que no solo reduce la eficiencia de la desnitrificación sino que también afecta potencialmente la estabilidad de las comunidades microbianas funcionales. Las plantas de tratamiento de aguas residuales en las regiones frías del norte que quieran utilizar AOA (aireación automática) deben abordar la adaptabilidad a las bajas-temperaturas. Además de determinar racionalmente los parámetros, también necesitan extender adecuadamente el tiempo de retención hidráulica para permitir ajustes flexibles a las condiciones de operación.
Actualmente, la industria está investigando cómo optimizar los parámetros del proceso y mejorar la adaptabilidad a las bajas-temperaturas y el control de la comunidad microbiana. Sin embargo, sus pequeños defectos no eclipsan sus importantes ventajas. Las fortalezas centrales del proceso AOA son demasiado prominentes, especialmente para las plantas de tratamiento de aguas residuales que buscan mejoras in situ para reducir costos y aumentar la eficiencia; sigue siendo la opción más-rentable.
El proceso AOA se ha convertido en un "nuevo favorito" en la industria del tratamiento de aguas residuales porque no es una nueva tecnología que apareció de la nada, sino más bien una "solución optimizada" que aborda con precisión los puntos débiles de la industria.
Si bien todavía hay áreas de mejora, este proceso, que equilibra los beneficios ambientales con los costos operativos, sin duda se arraigará en más plantas de tratamiento de aguas residuales, contribuyendo al control de la contaminación del agua.