El proceso de lodos activados es el principal proceso de tratamiento de aguas residuales. Entre las casi 60.000 plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas que hay en el mundo, más de 30.000 utilizan el proceso de lodos activados, mientras que el resto son en su mayoría sistemas de estanques de estabilización a pequeña escala.
El proceso de lodos activados apareció en Reino Unido a principios de este siglo y rápidamente se aplicó en Europa y Estados Unidos. Ya a principios de la década de 1920, se construyó en Shanghai, mi país, una planta de tratamiento de aguas residuales mediante el proceso de lodos activados. A principios de la década de 1930, Japón también comenzó a utilizar el proceso de lodos activados para tratar las aguas residuales. Antes de la década de 1960, el proceso de lodos activados utilizado en varios lugares era básicamente el mismo que su forma original y se llamaba proceso de lodos activados tradicional. Desde los años 60, el problema cada vez más grave de la contaminación del agua ha requerido urgentemente la construcción de un gran número de plantas depuradoras de aguas residuales, lo que ha llevado al rápido desarrollo de los lodos activados. Este artículo revisa el desarrollo tecnológico del proceso de lodos activados desde dos aspectos: mejora del proceso y expansión de lodos, y analiza la tendencia de desarrollo futuro del proceso.
1. Mejora del proceso de lodos activados
El proceso de lodos activados tradicional utiliza una carga de lodos media y el tanque de aireación es del tipo de flujo de empuje continuo. Todavía existen un gran número de plantas de tratamiento en funcionamiento mediante el proceso tradicional de lodos activados. Si sólo es necesario eliminar contaminantes orgánicos, el proceso tradicional de lodos activados sigue siendo una opción viable. Varias mejoras al proceso tradicional de lodos activados han dado como resultado muchos procesos de lodos activados diferentes. Algunos procesos tienen funciones de procesamiento mejoradas en comparación con los procesos tradicionales, algunos procesos tienen una operación más estable, mientras que otros procesos son mucho menos costosos o más convenientes de operar. Estas mejoras de proceso satisfacen plenamente diversos requisitos de procesamiento. Estas mejoras se pueden dividir en varios aspectos, como mejoras en la forma de la piscina, mejoras en los métodos de operación, mejoras en los métodos de aireación, mejoras en la biología y adición de rellenos.
1.1. Mejora de la forma de la piscina
El proceso tradicional utiliza un tanque de aireación de flujo por empuje, y posteriormente apareció un tanque de aireación completamente mixto. Los regímenes de flujo pistón y de flujo completamente mezclado tienen cada uno sus propias ventajas y desventajas. En comparación con el flujo de pistón, el estado de flujo completamente mezclado tiene una fuerte resistencia a las cargas de impacto, pero es propenso a un flujo corto. Además, un sistema de lodos activados completamente mezclado es propenso a la expansión de lodos bacterianos filamentosos. La zanja de oxidación es un estado de flujo circulante, que se encuentra entre la mezcla completa y el flujo de empuje, y tiene las ventajas de ambos. Las características más notables del proceso de zanjas de oxidación son su operación y gestión simples y una producción de agua estable.
1.2. Cambios en el modo de operación
El proceso tradicional es un modo de operación de flujo continuo, y el agua se alimenta desde la parte frontal del tanque de aireación. Una de las primeras mejoras en los métodos operativos fue el proceso de entrada de agua multipunto. El propósito original del flujo de agua multipunto era equilibrar la carga de lodos y la demanda de oxígeno a lo largo del tanque, pero luego fue reemplazado por el proceso de aireación gradual. Cuando se utiliza el proceso de desnitrificación en cascada, se utiliza una entrada de agua multipunto para complementar la fuente de carbono de cada sección anóxica. Otro nuevo uso de la operación de entrada de agua multipunto es amortiguar las cargas de choque hidráulico. Cuando el flujo hacia el sistema de lodos activados aumenta durante la temporada de lluvias, cambiar a la operación de entrada de agua multipunto puede prevenir eficazmente la pérdida de lodos.
SBR es un proceso de lodos activados intermitentes. La aireación y la sedimentación se completan en el mismo tanque, eliminando la necesidad de un tanque de sedimentación secundario y un sistema de reflujo, simplificando la operación. El sistema SBR original funcionaba con entrada y salida de agua intermitentes. Posteriormente, se añadió una zona previa al reactor para realizar la operación de entrada de agua continua y salida de agua intermitente. El propósito de esta mejora es complementar las fuentes de carbono para el proceso de eliminación de nitrógeno y fósforo, y también inhibir el crecimiento de bacterias filamentosas. Los procesos correspondientes incluyen CASS e ICEAS. CASS es un sistema de lodos activados por ciclo y es un proceso patentado por la empresa Trausenviro. ICEAS es un sistema de aireación retardada de ciclo intermitente, que es un proceso patentado de ABJ Company. Las características esenciales de estos dos procesos son la entrada de agua continua y la salida de agua intermitente, y pertenecen al mismo proceso. También existen una variedad de procesos SBR, como AquaSBR, OmNifloSBR, BPAS, Fluidyne, etc. Todos estos procesos han sido mejorados en los equipos de aireación y decantadores, y sus métodos de operación son consistentes con el SBR original. La zanja de oxidación tipo T es otro modo de operación intermitente. Las dos zanjas laterales se encuentran periódicamente en estados de aireación y sedimentación, eliminando así la necesidad de un tanque de sedimentación secundario y un sistema de reflujo. Al ajustar racionalmente el ciclo operativo y los procedimientos, la zanja de oxidación tipo T también puede realizar nitrificación y desnitrificación.
La desventaja de la zanja de oxidación tipo T es que la tasa de utilización del cepillo giratorio es demasiado baja y la eficiencia de desnitrificación no es alta. Por esta razón, Kruger Company desarrolló la zanja de oxidación tipo De. Este tipo de zanja de oxidación opera de forma semiintermitente y está equipada con un tanque de sedimentación secundario y un sistema de contraflujo. Las dos zanjas forman un grupo y se encuentran alternativamente en estados de nitrificación y desnitrificación.
La zanja de oxidación que solo elimina nitrógeno se llama proceso Biodenitro; cuando se instala un tanque anaeróbico fuera de la zanja de oxidación para lograr la eliminación de fósforo, se llama proceso Biodenpho. Gracias a la adición de un tanque de sedimentación secundario y un sistema de reflujo, la tasa de utilización del cepillo giratorio de la zanja DE se ha mejorado significativamente.
Una mejora reciente en la operación intermitente es el proceso Unitank de Seghers. El proceso funciona de manera similar a una zanja de oxidación tipo T, pero el procedimiento operativo parece estar más optimizado.
1.3. Cambios en los métodos de aireación
El proceso tradicional de lodos activados utiliza tanto aireación por chorro como aireación mecánica superficial. Hay dos formas de aireación por chorro: aireación con tubos perforados y aireación por microporos. La aireación por chorro de tubos perforados rara vez se utiliza en la práctica debido a su baja eficiencia de transferencia de oxígeno y eficiencia energética.
La mejora del método de aireación tiene como objetivo principal mejorar el rendimiento de oxigenación y facilitar la operación y mantenimiento. La aireación por chorro es una de las primeras mejoras del método de aireación. Su rendimiento de oxigenación es superior al de la aireación con tubo perforado y es de fácil mantenimiento. En la actualidad, todavía están surgiendo nuevos dispositivos de aireación por chorro. Los aireadores microporosos de cerámica se han utilizado ya en la década de 1980, pero no se han utilizado ampliamente. A mediados de la década de 1980, un gran número de plantas de tratamiento de aguas residuales se transformaron en aireadores microporosos de cerámica, pero en la década de 1990 fueron rápidamente reemplazados por aireadores de diafragma de caucho. La característica distintiva del aireador de diafragma es que no bloquea ni acumula incrustaciones. Sin embargo, debido al material, su vida útil y su estabilidad física y química aún son cuestiones por resolver.
La aireación con oxígeno puro también es una mejora con respecto a un método de aireación anterior. Su característica notable es que su rendimiento de oxigenación mejora enormemente. La razón es que el aumento de la presión parcial del oxígeno aumenta la solubilidad saturada del oxígeno en las aguas residuales, aumentando así la fuerza impulsora para la transferencia y difusión de masa de oxígeno. El rendimiento de oxigenación de la aireación profunda también mejora considerablemente, pero la razón es que el aumento de presión conduce a un aumento de la fuerza impulsora de la transferencia de masa por difusión. La aparición actual de reactores de extracción de gas optimiza el proceso de aireación profunda.
1.4. Mejoras biológicas
El proceso tradicional de lodos activados utiliza carga media de lodos. Los métodos de mejora anteriores son procesos de alta carga y procesos de baja carga. El proceso de alta carga, también conocido como proceso de aireación de alta velocidad, utiliza principalmente el potente rendimiento de adsorción del lodo activado para eliminar la mayor parte de la materia orgánica en un corto período de tiempo. El proceso de regeneración por adsorción y la sección A del proceso AB también son procesos de aireación estrictamente de alta velocidad. El proceso de baja carga, también conocido como proceso de aireación retardada, no sólo puede eliminar la materia orgánica, sino también lograr la estabilización aeróbica del lodo.
La mayor mejora en el proceso tradicional de lodos activados es la aparición de diversos procesos de eliminación de nitrógeno y fósforo. El proceso de desnitrificación inicial utilizaba un proceso de lodos activados de dos o tres etapas. La descomposición de la materia orgánica, la nitrificación y la desnitrificación se completaban en diferentes sistemas de lodos activados, y el proceso de desnitrificación requería una fuente de carbono externa. A principios de la década de 1970, el proceso de Wuhrmann combinaba la descomposición de la materia orgánica, la nitrificación y la desnitrificación en un sistema de lodos activados, formando uno de los primeros procesos de desnitrificación del OA. El proceso de Ludzack Ettinger mueve la sección de desnitrificación al comienzo de la sección de nitrificación y mejora el proceso de OA a un proceso de AO. Después de eso, Baranard propuso el proceso MLE y añadió circulación interna del líquido mezclado al proceso Ludzack Ettinger, formando el proceso de desnitrificación AO, ahora comúnmente utilizado.
El desarrollo de la tecnología de eliminación biológica de fósforo está básicamente sincronizado con la eliminación biológica de nitrógeno. Ya en la década de 1950 se descubrió el fenómeno de la "absorción excesiva de fósforo" (LuxuryupTank) en lodos activados, pero la investigación teórica comenzó a mediados de la década de 1960. No fue hasta la década de 1970 que también se formó el actual proceso de eliminación de fósforo AO. conocida como nave Phoredox. Hay dos tipos de procesos biológicos de eliminación de fósforo AO: eliminación de fósforo principal y eliminación de fósforo de corriente lateral. El proceso de eliminación de fósforo MainStream coloca la sección anaeróbica que libera fósforo en el flujo principal del proceso, mientras que la sección anaeróbica del proceso Sidestream (SIDESTREAM) no está en la vía principal del proceso y se denomina grupo Strip. El proceso de flujo lateral también se denomina proceso Phostrip. El objetivo de la mejora es agregar un puerto de descarga de fósforo y mejorar la tasa de eliminación de fósforo.
El proceso A2O integra la desnitrificación biológica y la eliminación biológica de fósforo en un mismo sistema de lodos activados, y es el punto de combinación inicial de la desnitrificación biológica y la eliminación biológica de fósforo. El proceso A2O está patentado por la American Air Products Company, pero fue rápidamente reemplazado por muchos otros procesos patentados en el campo de la eliminación biológica de nitrógeno y fósforo. La mejora del proceso A2O se basa en una gran cantidad de investigaciones básicas sobre la eliminación biológica de nitrógeno y fósforo. El propósito de la mejora es eliminar la interferencia mutua entre la desnitrificación y la eliminación de fósforo, mejorar la eficiencia de la desnitrificación y la eliminación de fósforo y reducir los costos operativos.
La característica principal del proceso UCT y del proceso MUCT es eliminar la influencia del nitrógeno nitrato o OD en el lodo de retorno sobre el proceso de liberación de fósforo de las bacterias acumuladoras de fósforo. MUCT configura dos zonas anóxicas independientes para minimizar este impacto, aumentar la relación de reflujo interno y mejorar la tasa de eliminación de nitrógeno. Lo que puede desempeñar el mismo papel es el proceso VIP. El proceso Bardenpho de Eimco añade una zona anóxica y una zona aeróbica al AO y al A2O, que desempeñan un papel en la eliminación fina del nitrógeno. El proceso Bardenpho incluye un proceso de cuatro zonas y un proceso de cinco zonas. El proceso de cuatro zonas se utiliza para la eliminación de nitrógeno y el proceso de cinco zonas se utiliza para la eliminación de nitrógeno y fósforo. Otro tipo de proceso de mejora del A2O es utilizar la materia orgánica fácilmente degradable (AGV) producida por la fermentación de lodos para complementar la sección anaeróbica o anóxica del proceso A2O para mejorar la eficiencia de eliminación de nitrógeno y fósforo. Existen principalmente tipos de procesos como NTH, HyproConcept, Owasa, UBC y EASC.
Owasa es un proceso americano, que se caracteriza por la concentración por gravedad del lodo primario después de la fermentación, y el sobrenadante ingresa a la sección anaeróbica o anóxica del tanque de aireación. NTH es un proceso noruego, que se caracteriza por concentrar primero el lodo primario, hidrolizar térmicamente el lodo concentrado (100-180°C), luego centrifugarlo y devolver el líquido separado a la sección anóxica del tanque de aireación. La DBO5/TN de las aguas residuales noruegas es extremadamente baja y los AGV necesarios para la desnitrificación son muy insuficientes. Sin embargo, la hidrólisis térmica puede proporcionar una mayor cantidad de AGV para satisfacer la necesidad de desnitrificación.
HyproConcept es un proceso danés. Cuando se utiliza la eliminación prequímica de fósforo, la DBO5 en el efluente del tanque de sedimentación primario se reducirá considerablemente, lo que ciertamente no cubrirá las necesidades de la desnitrificación posterior. Por lo tanto, el lodo de sedimentación primaria debe fermentarse y centrifugarse para concentrarse y. el líquido de centrífuga rico en AGV debe fermentarse. Regresar a la zona de desnitrificación.
UBC es un proceso canadiense. Su característica es que después de fermentar el lodo de sedimentación primaria, parte del lodo se devuelve al extremo frontal del tanque de sedimentación primaria y la otra parte se retira del lodo. Zona de tratamiento. No existe unidad de concentración de lodos fermentados. De hecho, durante el proceso de sedimentación, el lodo fermentado que regresa al tanque de sedimentación primario se mezcla completamente con VFA con aguas residuales y ingresa al sistema posterior de eliminación de nitrógeno y fósforo. En el proceso UBC, el tanque de sedimentación primario reemplaza a la unidad de concentración. EASC apareció en Alemania y se denomina proceso anaeróbico retardado de contacto con lodos. Su característica es que el lodo de retorno se descarga al tanque de sedimentación primario y el lodo de sedimentación primario se descarga al tanque de aireación. En el proceso EASC, el nitrógeno nitrato y el OD del lodo de retorno, y el nitrógeno nitrato y el NXO de las aguas residuales de entrada se consumirán en el tanque de sedimentación primario, por lo que no afectarán la eliminación posterior de nitrógeno y fósforo. Al mismo tiempo, después de que los AGV del lodo primario ingresan al tanque de aireación, también pueden complementar la fuente de fósforo necesaria para la eliminación de nitrógeno y fósforo.
También existen algunos procesos de eliminación de nitrógeno y fósforo, aunque el mecanismo no es nuevo, pueden reducir el tiempo total de retención hidráulica del sistema y ahorrar inversión. Como el proceso de desnitrificación en serie de múltiples etapas y el proceso RDN. Hay dos procesos de desnitrificación biológica en serie de múltiples etapas: procesos CascadeNdN y CascadedNN. El primero es un proceso de posdesnitrificación en serie de múltiples etapas que no requiere reflujo interno, pero requiere una operación de entrada de agua en múltiples puntos. Este último es un proceso de predesnitrificación en serie de múltiples etapas, y cada etapa debe estar equipada con reflujo interno. RDN es un proceso desarrollado en la República Checa. Su característica es que se añade un tanque de reaireación de lodos al sistema de desnitrificación de AO para aumentar la edad aeróbica de los lodos del sistema. Con la misma eficiencia de desnitrificación, RDN puede acortar el tiempo de retención hidráulica en comparación con AO, ahorrando así inversión.
La mayoría de los procesos biológicos de eliminación de nitrógeno y fósforo mencionados anteriormente se desarrollaron a finales de los años 1980 y principios de los 1990 y se han utilizado ampliamente en plantas de tratamiento de aguas residuales. Desde 1994 se han producido nuevos avances en la investigación sobre el mecanismo de eliminación biológica de nitrógeno y fósforo, y sobre esta base han surgido algunos nuevos procesos.
La anoxia y la desnitrificación son dos conceptos estrechamente relacionados. La hipoxia se refiere a un estado en el que solo existe oxígeno combinado (NO-X) y ningún oxígeno molecular en la solución mezclada. Cuando no hay NO-X ni DO, se trata de un estado anaeróbico. En condiciones hipóxicas, el NO-X es el único aceptor final de electrones. Si hay una fuente de carbono disponible, los microorganismos deben realizar la desnitrificación. Pero si existe oxígeno disuelto en este momento, los microorganismos utilizarán preferentemente O2 como electrón final, inhibiendo así la desnitrificación. Por lo tanto, en el tratamiento de aguas residuales real, el proceso de N2O generalmente requiere que el OD de la sección anóxica sea de 0,5 mg/l, y la sección anóxica pueda continuar manteniendo la desnitrificación. Al mismo tiempo, debido al aumento de OD, también existe nitrificación. A partir de esto, la gente se dio cuenta de que la nitrificación y la desnitrificación se pueden llevar a cabo simultáneamente dentro de un rango de OD más alto (como de 10 a 15 mg/l).
La posible explicación para el fenómeno de nitrificación y desnitrificación simultáneas es que las bacterias nitrificantes en el lodo activado tienden a separarse del flóculo de lodo y existen libres o viven principalmente en la capa exterior del flóculo, mientras que las bacterias heterótrofas que realizan la desnitrificación se concentran principalmente dentro del flóculo. Cuando el OD se controla dentro de un rango adecuado, el cuerpo principal del líquido mezclado y la capa exterior del flóculo de lodo están en estado aeróbico, y las bacterias nitrificantes realizan la nitrificación, mientras que el interior del flóculo de lodo está en estado anóxico. y las bacterias heterófilas realizan la desnitrificación. Los procesos basados en nitrificación y desnitrificación simultáneas incluyen: proceso NdeN, proceso OrbalsimPre y proceso OAO.
Cuando el proceso NdeN consigue la misma eficiencia de desnitrificación, el tiempo de retención hidráulica requerido es más corto que el del proceso de desnitrificación AO, ahorrando así inversión. El proceso OrbalsimPre es la aplicación por parte de Enviro del principio de nitrificación y desnitrificación simultáneas a la zanja de oxidación ORBAL. Es una zanja de oxidación OrbalRBAL con nitrificación y desnitrificación presincrónica. OrbalsimPre generalmente se divide en tres zanjas en serie, la primera zanja realiza la nitrificación y desnitrificación simultáneas, y la segunda y tercera zanjas realizan la nitrificación.
El valor de OD en O1 está controlado por el ORP de la solución mezclada, es decir, el ORP se controla dentro del rango requerido para garantizar que la nitrificación y la desnitrificación se realicen simultáneamente. La AN es una sección anaeróbica que se utiliza para que las bacterias que acumulan fosfato liberen fósforo.
La base de la eliminación biológica de fósforo por AO es que las bacterias que acumulan fósforo liberan fósforo en condiciones anaeróbicas y absorben grandes cantidades de fósforo en condiciones aeróbicas. En el sistema A2O real, se encontró que la concentración de fósforo en la solución mixta disminuyó en más del 50% después de pasar por la zona anóxica. Esto muestra que las bacterias que acumulan fósforo pueden absorber grandes cantidades de fósforo en condiciones anóxicas. Una serie de experimentos posteriores también demostró que las bacterias que acumulan fósforo tienen más probabilidades de utilizar NO3- como aceptor final de electrones en el proceso de descomposición de la materia orgánica y obtención de energía para absorber grandes cantidades de fósforo. Es decir, la tasa de absorción de fósforo de las bacterias que acumulan fósforo en condiciones anóxicas es mayor que en condiciones aeróbicas, es decir, las bacterias que acumulan fósforo también pueden realizar la desnitrificación. Aunque el motivo de este fenómeno aún no está claro, han surgido dos últimos procesos de eliminación de nitrógeno y fósforo basados en este fenómeno: el proceso Dephanox y el proceso BCFS.
En este proceso, las aguas residuales nitrificadas se mezclan con las bacterias acumuladoras de fósforo que han liberado completamente el fósforo en la piscina Dephanox, y las bacterias acumuladoras de fósforo realizan la desnitrificación y absorben el fósforo. Dado que los procesos de desnitrificación y eliminación de fósforo ya no compiten por los AGV, cuando se utiliza el proceso Dephanox, incluso si el SBOD5/TP es muy bajo, es posible que ya no se necesiten fuentes de carbono externas.
El proceso anterior es particularmente adecuado para la propagación de bacterias desnitrificantes que acumulan fósforo y logra la combinación orgánica de eliminación de nitrógeno y eliminación de fósforo. El proceso de nitrificación tradicional oxida el nitrógeno amoniacal a nitrito y luego lo oxida a nitrato. El sistema de desnitrificación reduce gradualmente el nitrógeno de nitrato a N2.
En el sistema de desnitrificación AO con carga ultraalta de nitrógeno de amina, se descubrió que al controlar la temperatura y el pH, la nitrificación solo puede proceder a nitrito de nitrógeno, y luego El nitrógeno nitrito se desnitrifica, logrando así la desnitrificación. Este proceso de desnitrificación de "cortocircuito" puede reducir el tiempo de retención hidráulica y el consumo de oxígeno del sistema. La correspondiente es Sharon Craft. Este proceso es adecuado para la desnitrificación del reflujo de digestión o lixiviados de vertederos con alta concentración de nitrógeno amínico. Los costos de inversión y operación son menores que los del proceso de desnitrificación AO. La temperatura se puede controlar a 35 °C y el pH se puede controlar a 7. ~8.
1.5. Mejoras en la alimentación y los transportadores
Agregar algunos materiales activos con propiedades de adsorción al tanque de aireación del proceso de lodos activados puede aumentar la concentración de lodos y mejorar significativamente la calidad de los mismos. concentración. Las propiedades de sedimentación del lodo. El proceso anterior es el proceso PACT, que es el proceso de lodos activados con carbón activado en polvo. Debido al alto costo del carbón activado en polvo y la dificultad de regeneración, PACT no se usa ampliamente. En los últimos años ha surgido el llamado proceso LUZENAC. El material de alimentación utilizado en este proceso es talco y el componente principal es silicato de magnesio hidratado [Mg3Si4O10(OH)2], lo que reduce en gran medida el costo operativo del proceso de alimentación de lodos activados.
Añadir portadores en el tanque de aireación puede aumentar la concentración de lodos activados y acortar en gran medida el tiempo de retención hidráulica del sistema. Muchos países han llevado a cabo muchas investigaciones y prácticas en esta área y han desarrollado varios tipos de portadores adecuados. Los procesos más representativos en el mundo incluyen el proceso KMT, el proceso CcptorR, el proceso Biofor, el proceso Linpor y el proceso IFAS.
Entre ellos, el proceso IFAS es un proceso integrado de lodos activados con película fija, y el resto son procesos de lodos activados con biopelícula suspendida. KMT es un proceso noruego y sueco, y el material portador es plástico de polietileno, que es un cilindro hueco con un diámetro de 7mm y una altura de 12mm es tecnología americana, utiliza material de poliuretano y es un cuboide de 12mm×25mm×25mm; LINPOR es de tecnología alemana, es un cubo de 12mm×12mm×12mm; El portador son partículas de arena irregulares de aproximadamente 3 mm.
2. Expansión de lodos y problemas de espuma biológica
En 1932, el francés Donaldso descubrió por primera vez el problema de la expansión de bacterias filamentosas en los lodos activados. En 1969, Anon descubrió por primera vez el problema de la bioespuma en la planta de tratamiento de aguas residuales de Milwaukee, Estados Unidos. Desde la aparición de la acumulación de lodos y de las espumas biológicas, se ha comenzado a estudiar las causas y encontrar estrategias de control, pero hasta ahora no se han solucionado.
Cabe decir que se han realizado muchos avances importantes en el control de la expansión de lodos, pero estos avances van por detrás de los nuevos problemas de expansión que trae consigo el nuevo proceso. En 1975, Eikelboom resumió sistemáticamente un conjunto de métodos de clasificación e identificación de microorganismos filamentosos, que proporcionaron una base para controlar la acumulación de lodos. En 1973, Chudoba propuso la teoría KST (selección cinética) y el concepto de selectores biológicos, encontrando una dirección correcta para controlar la acumulación de lodos.
En 1977, Cooper propuso el concepto de selector anóxico y Spector propuso el concepto de selector anaeróbico. A finales de la década de 1980, JenkIns propuso la teoría MST (selección metabólica) y, combinada con los resultados prácticos de la década de 1980, propuso sistemáticamente la teoría y los métodos de diseño de selectores aeróbicos, selectores anóxicos y selectores anaeróbicos. Un gran número de prácticas en todo el mundo han demostrado que los selectores biológicos pueden controlar permanentemente la acumulación de lodos causada por las siguientes bacterias filamentosas: 021N; Thiothrix; S. Natans 1701; H. Hydrossis; bacterias que causan abultamiento de lodos activados con cargas moderadas de lodos. En sistemas de baja carga, las bacterias filamentosas mencionadas anteriormente generalmente no se convierten en especies dominantes. Especialmente en los sistemas de eliminación de nitrógeno y fósforo, la zona anaeróbica y la zona anóxica tienen funciones de selección metabólica, lo que hace que las especies anteriores pierdan la posibilidad de reproducción.
Los estudios realizados en miles de plantas de tratamiento en países como Dinamarca, Suecia, Países Bajos, Alemania, Francia, Italia, Reino Unido, Sudáfrica y Australia muestran que los sistemas de lodos activados con eliminación biológica de nitrógeno y fósforo son Es más probable que se produzca seda. El lodo parecido a las bacterias se expande. Las bacterias filamentosas comunes son: M. Parvicella; Nocadiaspp.; 0675; 0041. Entre ellas, M. Parvicella es la especie más importante que causa acumulación de lodos. Nocadiaspp. es la principal especie causante de bioespuma. M. Parvicella también suele producir espuma, que es más viscosa que la espuma producida por Nocadia y a menudo se denomina espuma biológica. La acumulación de lodos y la espuma producida por M. Parvicella aparecen en las estaciones más frías y, en ocasiones, pueden durar desde finales de otoño hasta principios de primavera. La espuma producida por Nocadiaspp suele aparecer en verano. La acumulación de lodos y los problemas de espumas y espumas biológicas pueden interferir seriamente con el control de operación y la gestión de mantenimiento de las plantas de tratamiento. La expansión de lodos hará que todo el estado del proceso se desvíe de los requisitos de control. En casos severos, provocará la pérdida de lodos y provocará fallas en la operación.
El impacto de la bioespuma en las operaciones a veces puede alcanzar un alcance inimaginable. El espesor máximo de espuma biológica causada por M. Parvicella en una planta de tratamiento en Australia alcanza los 1,5 m. La planta de tratamiento de HilmMerfjarden en Estocolmo, Suecia, ha estado experimentando espuma biológica severa desde 1994. La espuma de la planta ingresó al digestor junto con los lodos residuales y luego a través de la tubería de biogás ingresó a la caldera de biogás. En una planta de tratamiento en Estados Unidos, una gran cantidad de espuma bloqueó el espacio entre el nivel de líquido del digestor y la tapa del tanque, impidiendo que el efluente primario fluyera hacia el tanque de aireación. Cuando la espuma biológica era grave en otra planta de tratamiento en los Estados Unidos, la contabilidad encontró que el 45% del MLSS (contenido de sólidos en suspensión en lodos activados) en el tanque de aireación se transfirió a la espuma. No se puede demostrar teóricamente que los selectores biológicos puedan controlar el hinchamiento y la espuma producidos por M. Parvicella y la espuma producida por Nocadiaspp. Básicamente, no existe una experiencia exitosa en la práctica.
Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales han intentado agregar cloro para matar M. parvicella, pero con poco éxito. Porque una parte considerable del micelio se esconde en lo profundo del flóculo. A pesar de una extensa investigación y práctica en todo el mundo, no se han encontrado contramedidas para controlar M. Parvicella.
Algunos estudios preliminares de cultivo puro sobre este hongo filamentoso han encontrado que un ambiente de ciclos anaeróbicos, anóxicos y aeróbicos alternos es particularmente adecuado para la reproducción a gran escala de este hongo filamentoso. Por lo tanto, el estado del proceso establecido para la eliminación de nitrógeno y fósforo crea las condiciones para la reproducción masiva de M. Parvicella. Quizás, M. Parvicella, sea un problema que quedará por resolver en el próximo siglo.
3. Tendencia de desarrollo del proceso de lodos activados
A través de décadas de investigación y práctica, el proceso de lodos activados se ha convertido en un proceso relativamente completo. Ha sido difícil conseguir un mayor desarrollo en cuanto a forma de la piscina, modo de funcionamiento, modo de aireación, portador, etc. Ya es difícil lograr avances en biología utilizando medios convencionales. El autor cree que las dos direcciones principales para este proceso en el futuro son la aplicación de la tecnología de separación por membranas y la tecnología de biología molecular.
3.1.Aplicación de la tecnología de separación por membranas
El uso de separación por membranas en lugar de sedimentación para separar lodo y agua puede provocar los siguientes cambios en el proceso de lodos activados:
①No Luego está el problema de la acumulación de lodos. Al regular el sistema de lodos activados, no es necesario considerar el rendimiento de sedimentación de los lodos, lo que simplifica enormemente el control del proceso.
② La concentración de lodos en el tanque de aireación aumentará considerablemente (MLSS puede ser superior a 20.000 mg/l), para que el sistema pueda funcionar en condiciones de carga ultrabaja y de gran antigüedad, satisfaciendo plenamente las necesidades de eliminación de diversos contaminantes.
③ Bajo los mismos requisitos de tratamiento, el volumen del tanque de aireación se puede reducir considerablemente Pequeño, ahorrando espacio en la planta de tratamiento;
④El aumento en la concentración de lodos requerirá una tasa de aireación más alta, por lo que la aireación con oxígeno puro se usará ampliamente junto con la separación por membrana .
Aunque la separación de membranas todavía presenta problemas como la fácil obstrucción, estos problemas se están solucionando poco a poco. De hecho, actualmente se encuentran en funcionamiento varios sistemas de separación por membranas de lodos activados. Por ejemplo, el sistema de separación por membranas de la planta de tratamiento de aguas residuales de Higashi en la ciudad de Hiroshiwa, Japón, ha estado funcionando de forma continua durante 3 años.
3.2.Aplicación de la biotecnología molecular
En la actualidad, la biotecnología molecular ha comenzado a aplicarse en el campo del tratamiento de aguas residuales. Para aclarar el mecanismo bioquímico de eliminación de fósforo por parte de las bacterias acumuladoras de fósforo, se ha utilizado tecnología de diagnóstico molecular para obtener información genética de las bacterias acumuladoras de fósforo. De los más de 30 tipos de bacterias filamentosas que se han descubierto en lodos activados, sólo 4 han sido nombradas y ubicadas taxonómicamente con precisión, porque la mayoría de estas bacterias filamentosas no pueden aislarse ni cultivarse. Actualmente se están utilizando técnicas de diagnóstico molecular para mapear la biología de estas bacterias filamentosas y comprender mejor sus características.
La aplicación extensiva de la tecnología de diagnóstico molecular, el establecimiento de una biblioteca de genes microbianos de lodos activados y el uso de tecnología genética para cultivar cepas de lodos altamente activas para mejorar aún más los efectos del tratamiento son la dirección del desarrollo futuro.
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