Quienes trabajan en la operación y mantenimiento de aguas residuales probablemente se hayan encontrado con este frustrante impasse: el sistema parece estar funcionando normalmente, sin cambios importantes en la aireación, la descarga de lodos o el afluente, pero los niveles de DQO y nitrógeno amoniacal del efluente no cumplen sistemáticamente con los estándares. Este ciclo de exceder los límites, requerir rectificación y luego exceder los límites nuevamente deja la solución de problemas sin pistas y las inspecciones aún más estresantes-.
De hecho, existe un consenso en la industria de que el exceso de DQO y el exceso de nitrógeno amoniacal son problemas sistémicos fundamentalmente diferentes, con debilidades muy diferentes en sus procesos biológicos.
En resumen: para la DQO del efluente que excede los estándares: céntrese en la "pérdida de lodos, el impacto del afluente y la degradación de los lodos". Para el nitrógeno amoniacal efluente que excede los estándares: céntrese en "si se cumplen las condiciones de nitrificación" (OD, edad del lodo, temperatura, relación C/N, alcalinidad). Hoy, describiremos claramente todas las causas fundamentales, la lógica subyacente y los puntos clave para la resolución de problemas en el sitio-por exceder persistentemente estos dos indicadores. Toda esta es información práctica y de primera línea; ¡Recomendamos guardarlo para referencia futura!
I. ¿La DQO de sus efluentes está constantemente por debajo del estándar? ¡No hagas ajustes apresurados! El problema son básicamente estos 4 temas:
Mucha gente cree erróneamente que el exceso de DQO se debe simplemente a "demasiada materia orgánica o aireación insuficiente". En realidad, los excesos de DQO más persistentes no se deben a problemas de aireación, sino más bien a fallas en la separación de agua de los lodos-, lodos anormales o un colapso en la resistencia a los golpes del sistema.
1. Causa más común y directa: Escurrimiento de lodos del decantador secundario, SS transportados en el efluente.
Este es el principal culpable del exceso de DQO en-el sitio, ¡sin excepción!
En condiciones normales de funcionamiento, la DQO efluente solo contiene una pequeña cantidad de DQO inerte no-biodegradable, y el valor es estable y está dentro del estándar. Sin embargo, una vez que el tanque de sedimentación secundario falla, el efluente transporta una gran cantidad de partículas de lodo y la DQO de partículas elevará directamente el valor del efluente, excediendo inevitablemente el estándar.
Escenarios comunes de desbordamiento de lodos en-sitio:
Acumulación de lodos: los lodos tienen propiedades de sedimentación extremadamente pobres, la interfaz del lodo-agua está cerca de la superficie del agua y el efluente contiene lodo turbio por todas partes.
Desnitrificación y producción de gas en tanques de sedimentación secundaria: los lodos del fondo se desnitrifican y flotan hacia la superficie, grandes trozos de lodo flotan en la superficie del agua y el efluente transporta una gran cantidad de sólidos en suspensión.
Fallo de la etapa fisicoquímica:-la coagulación y sedimentación del extremo frontal no logran bloquear las partículas inorgánicas suspendidas, lo que excede la capacidad de adsorción del lodo activado, lo que resulta en una gran cantidad de partículas finas que permanecen en el efluente.
Aumento repentino del SS afluente: los sólidos suspendidos del afluente exceden el estándar, el sistema biológico no puede manejarlos a tiempo y el SS del efluente aumenta simultáneamente, seguido de la DQO que excede el estándar.
2. Asesino oculto: Impacto en la calidad del agua afluente + envenenamiento por lodos. Los sistemas biológicos son los más vulnerables a "fluctuaciones repentinas y sustancias tóxicas". Si bien aparentemente funciona sin problemas, es posible que la actividad del lodo ya esté dañada. Cuando la DBO y la DQO del afluente aumentan repentinamente, o cuando se introducen contaminantes recalcitrantes (fibras, amilosa, dispersantes, aditivos industriales, etc.), surgen dos problemas principales: 1. Intoxicación por lodos activados, una disminución significativa de la actividad o incluso la muerte localizada de los lodos, lo que lleva a una caída precipitada en la capacidad de degradación de la materia orgánica.. 2. Fallo de la coagulación fisicoquímica aguas arriba, lo que impide el pre-tratamiento de contaminantes y provocando su acumulación en la etapa de tratamiento biológico. Estos excesos a menudo carecen de señales de advertencia obvias, exhibiendo características de "pequeños excesos persistentes y ocasionales grandes excesos", lo que los hace fácilmente pasados por alto.
3. Problemas crónicos-a largo plazo: deterioro de lodos y carga anormal
Los lodos son el núcleo del sistema de tratamiento biológico. Una mala condición del lodo evitará que la DQO disminuya. Cuatro problemas patológicos comunes de lodos son:
Bajo MLVSS: un volumen de lodo insuficiente debilita significativamente la capacidad de adsorber y degradar la materia orgánica, lo que resulta en una DQO del efluente persistentemente alta.
Carga baja-a largo plazo (F/M baja): los microorganismos sufren inanición, envejecimiento y muerte, produciendo grandes cantidades de residuos celulares recalcitrantes y metabolitos solubles de SMP-, formando DQO persistente.
Desintegración de lodos: el envenenamiento o la excesiva-aireación prolongada degradan completamente la floculación de los flóculos bacterianos, provocando turbidez del agua y una fuerte caída en la eficiencia del tratamiento.
Estrés ambiental que conduce a la dispersión de los flóculos: los niveles altos de TDS, los cambios repentinos de temperatura o los afluentes que contienen grandes cantidades de dispersantes impiden que los lodos se asienten y floculen, lo que resulta en excesos simultáneos de SS y DQO del efluente.
4. Restricciones duras: Baja temperatura + Cantidades excesivas de componentes recalcitrantes en el afluente
Impacto de la baja temperatura: a temperaturas del agua de 10 a 15 grados, la actividad microbiana disminuye significativamente, la eficiencia de degradación de la materia orgánica cae drásticamente y el efecto de eliminación de DQO se reduce considerablemente.
La calidad del agua en sí es recalcitrante: alta proporción de aguas residuales industriales, gran proporción de DQO inerte y recalcitrante, fuentes de carbono disponibles insuficientes, incapacidad del sistema biológico para descomponerse por completo y, naturalmente, es difícil que el efluente cumpla con los estándares.
5. Problemas residuales de los procesos posteriores: fallo del filtro
Las unidades de tratamiento profundo, como los filtros de arena y los filtros biológicos, que aparentemente no afectan los procesos biológicos, son en realidad la última línea de defensa para el cumplimiento de las normas sobre efluentes.
Los medios filtrantes que forman bolas de lodo, el cortocircuito-de las grietas de la capa filtrante, la tasa de filtración excesivamente rápida, las fugas de arena y los medios filtrantes excesivamente gruesos o finos pueden provocar fallas en la filtración, lo que permite que las partículas finas que no se eliminan en la etapa anterior fluyan directamente, lo que en última instancia resulta en un exceso de DQO.
II. ¿Exceso continuo de nitrógeno amoniacal en el efluente? El problema central es: el sistema de nitrificación no funciona correctamente.
A diferencia de la DQO, la eliminación del nitrógeno amoniacal depende completamente del funcionamiento estable de las bacterias nitrificantes. Las bacterias nitrificantes tienen ciclos de generación largos, son delicadas y extremadamente sensibles al medio ambiente. Cualquier pérdida de control sobre un solo parámetro conducirá directamente a la incapacidad de reducir los niveles de nitrógeno amoniacal.
Todos los excesos-de nitrógeno amoniacal a largo plazo se reducen a estas siete razones principales:
1. El problema más común: Insuficiente oxígeno disuelto (OD) en la etapa aeróbica.
La nitrificación es una reacción que requiere mucho oxígeno-y requiere mucho más oxígeno que la degradación ordinaria de la materia orgánica.
Condiciones de funcionamiento estándar: la OD aeróbica debe controlarse de forma estable entre 2,0 y 3,0 mg/l.
DO < 2,0 mg/L: La nitrificación se inhibe significativamente.
OD < 1,0 mg/L: la nitrificación prácticamente se detiene y los niveles de nitrógeno amoniacal aumentan.
Muchos sitios parecen tener una aireación total, pero en realidad la aireación es desigual, hay una deficiencia de oxígeno localizada y la eficiencia efectiva de la transferencia de oxígeno es baja. Si bien puede parecer que tiene condiciones aeróbicas, en realidad no cumple con los requisitos de nitrificación.
2. Lo que más fácilmente se pasa por alto: Edad insuficiente de los lodos (SRT).
Las bacterias nitrificantes proliferan extremadamente lentamente y tienen ciclos de generación largos, lo que requiere suficiente edad del lodo para sobrevivir y acumularse.
Si la cantidad de lodo descargada es demasiado grande o la edad del lodo es demasiado corta, las bacterias nitrificantes recién formadas no tendrán tiempo de funcionar antes de ser descargadas del sistema con el lodo restante. Esto da como resultado una concentración persistentemente baja de bacterias nitrificantes dentro del sistema y una falta total de capacidad de desnitrificación.
Estándar de la industria: Lo primero que se debe hacer cuando los niveles de nitrógeno amoniacal son demasiado altos es reducir la descarga de lodos y aumentar su edad.
3. Problema común estacional: baja temperatura del agua
La actividad de las bacterias nitrificantes depende en gran medida de la temperatura; cuanto más baja es la temperatura, peor es la tasa de nitrificación:
Temperatura adecuada: 5 ~ 35 grados
<15℃: Nitrification efficiency drops sharply
<10℃: Only able to barely maintain basic reactions, almost no denitrification capacity
Los niveles de nitrógeno amoniacal son generalmente demasiado altos en otoño e invierno, y la razón principal es la temperatura insuficiente del agua, no simplemente un problema con la aireación o la descarga de lodos.
4. Condiciones hidráulicas inadecuadas: Relación de reflujo y TRH insuficientes.
Relación de reflujo insuficiente: el tiempo de retención de lodos en el tanque de sedimentación secundario es demasiado largo, lo que fácilmente conduce a la desnitrificación y flotación, lo que altera el sistema de nitrificación.
TRH insuficiente: el tiempo de retención de las aguas residuales en la zona aeróbica es insuficiente, la reacción de nitrificación no se completa y la eliminación del nitrógeno amoniacal es incompleta.
5. Desequilibrio de nutrientes: proporción desequilibrada de carbono-a-nitrógeno, fuente de carbono eficaz insuficiente.
La proporción óptima de carbono-a-nitrógeno (DBO₅/TKN) para la desnitrificación biológica es 2-3.
Proporción alta: las bacterias heterótrofas proliferan, compiten por el espacio vital, suprimiendo las bacterias nitrificantes, lo que resulta en una proporción extremadamente baja y una fuerte caída en la tasa de nitrificación.
Escenario de aguas residuales industriales: alta proporción de DQO recalcitrante, escasas fuentes efectivas de carbono, nutrición microbiana insuficiente, lo que dificulta el avance de la desnitrificación.
6. Inhibición de la toxicidad: Las bacterias nitrificantes están "envenenadas". Las bacterias nitrificantes son extremadamente frágiles; Pequeñas cantidades de sustancias tóxicas pueden inhibir su actividad: metales pesados, aniones complejados, cianuros, compuestos orgánicos industriales especiales. Amoníaco libre en condiciones de alto contenido de nitrógeno amoniacal: incluso una concentración de sólo 0,1 ~ 1,0 mg/L puede inhibir gravemente la actividad de las bacterias nitrificantes, paralizando directamente el sistema de nitrificación.
7. Falta de condiciones básicas: sobrecarga de nitrógeno amoniacal entrante + alcalinidad insuficiente. Altas concentraciones de nitrógeno amoniacal y aguas residuales aceitosas que ingresan al afluente: aislamiento de oxígeno, operación de sobrecarga del sistema e inhibición del crecimiento microbiano. Alcalinidad insuficiente: la nitrificación es una reacción que consume álcali-; una alcalinidad insuficiente del sistema dificulta directamente la reacción de nitrificación, haciendo que la aireación sea ineficaz.
III. ¡Consejos rápidos para la solución de problemas en-el sitio! Incluso los principiantes pueden localizar problemas rápidamente.
No es necesario realizar comprobaciones ciegas, artículo-por-artículo; para excedencias persistentes, aplique la siguiente lógica de solución de problemas fija:
Para excedencias persistentes de DQO, priorice la verificación de estos 3 elementos:
Tanque de sedimentación secundario: ¿Hay fuga de lodos? ¿El efluente está turbio? ¿SS excede el estándar? ¿Es anormal el SVI?
Influente: ¿Hay un shock en la calidad/cantidad del agua? ¿Se mezclan aditivos especiales? ¿Hay contaminantes persistentes?
Lodos: MLVSS, F/M, estado de floculación del lodo, ¿envejece, se desintegra o se expande?
Para excesos persistentes de nitrógeno amoniacal, priorice la verificación de estos 4 elementos:
DO aeróbico: ¿Cumple constantemente los estándares? ¿Existen condiciones anóxicas localizadas?
Edad de los lodos: ¿Hay descarga excesiva de lodos? ¿Son insuficientes las bacterias nitrificantes?
Temperatura del agua: ¿Está funcionando el sistema a bajas temperaturas?
Relación C/N + alcalinidad: ¿Existe un desequilibrio de nutrientes? ¿Hay falta de alcalinidad?
IV. Un consejo
La operación y el mantenimiento de aguas residuales nunca se trata de "ajustar los parámetros al tacto". Cada superación de un indicador tiene una lógica subyacente correspondiente.
La DQO se determina mediante la separación-de agua y el estado del lodo; El nitrógeno amoniacal está determinado por el entorno y las condiciones de nitrificación. Comprender estos dos sistemas evitará ajustes ciegos y excesos repetidos.