En el sistema actual de tecnologia de tractament d'aigües, els filtres biològics airejats (BAF) s'han convertit en una de les opcions principals per al tractament avançat d'aigües residuals municipals i algunes aigües residuals industrials a causa de la seva integració de biodegradació i filtració física. En comparació amb el procés tradicional de fangs activats, el procés BAF té una empremta compacta, una alta eficiència de tractament i una qualitat estable de l'efluent. No obstant això, el control científic de les seves condicions de funcionament determina directament l'efecte del tractament i el cost operatiu. Aquest article, que combina aplicacions d'enginyeria i dades experimentals, analitza en profunditat els punts clau de l'operació i el control del procés BAF, especialment els paràmetres clau en termes de càrrega, proporció d'aigua-aire, rentat a contracor i gestió de l'operació, i proporciona referències basades en dades-per ajudar els professionals del tractament d'aigua a entendre i aplicar millor aquest procés.
I. Paràmetre bàsic del funcionament del procés BAF: càrrega
En el disseny i el funcionament de BAF, la càrrega és el factor de control més crític. Dos índexs de càrrega comuns inclouen la càrrega hidràulica i la càrrega volumètrica. La càrrega volumètrica sovint és DBO₅, NH₃-N o NO₃-N, i diferents objectius operatius requereixen càrregues diferents.
Els BAF carbonitzats permeten la velocitat de càrrega volumètrica més alta i poden suportar concentracions més altes de matèria orgànica; Els BAF nitrificants tenen taxes de càrrega relativament més baixes, i l'eliminació de nitrogen d'amoníac es basa en temps de retenció més llargs i en un subministrament d'oxigen dissolt més estable; Els BAF desnitrificants requereixen taxes de càrrega hidràulica més altes per mantenir l'eficiència d'eliminació de nitrogen. L'optimització del procés s'ha de dur a terme en funció dels objectius reals d'efluents en projectes d'enginyeria. Per exemple, l'operació de carbonització d'alta-càrrega es pot utilitzar per a aigües residuals industrials principalment per a l'eliminació de matèria orgànica, mentre que l'eliminació de nitrogen amoníac de les aigües residuals municipals requereix una taxa de càrrega volumètrica reduïda. A més, els BAF de flux descendent generalment utilitzen taxes de càrrega més baixes, mentre que els BAF de flux ascendent poden utilitzar taxes de càrrega més altes.
II. Relació aire--aigua: un factor clau que afecta l'eficiència en l'eliminació de nitrogen
En comparació amb els processos tradicionals de fangs activats, els BAF tenen millors condicions de transferència de massa i taxes d'utilització d'oxigen més altes, la qual cosa permet una relació aire-- relativament més baixa. Els estudis mostren que l'eliminació d'1 kg de DBO₅ requereix un subministrament d'oxigen de 0,42-0,8 kg d'O₂. El subministrament mitjà d'oxigen de BAF és d'aproximadament 0,51 kg O₂/kg DBO, molt inferior als 1,0-1,2 kg O₂/kg DBO dels processos convencionals de fangs activats.
Per al funcionament del BAF carbonitzat, la proporció convencional d'aire-a-aigua és (3–7):1. Si l'eliminació de nitrogen d'amoníac és l'objectiu principal, el subministrament d'aire necessari per eliminar 1 kg de NH₃-N és d'aproximadament 70 m³. Això significa que el BAF pot reduir eficaçment el consum d'energia d'aireació alhora que garanteix suficient oxigen dissolt, que és un avantatge important. Tanmateix, en enginyeria, és crucial tenir en compte que una proporció d'aire--excessivament baixa pot provocar una deficiència d'oxigen al llit filtrant i una disminució de l'eficiència de la nitrificació; una relació aire-a-aigua excessivament alta augmentarà el consum d'energia i pot afectar l'estabilitat del medi de filtre i del biofilm.
III. Intensitat i freqüència del contrarentat - Assegurant l'activitat del llit de filtre
Després d'un període de funcionament, el llit del filtre es pot obstruir a causa de l'atrapament de sòlids en suspensió i l'espesseix del biofilm. Per tant, el rentat a contracor és un pas operatiu essencial. Actualment, el mètode que s'utilitza habitualment és el rentat combinat d'aire-aigua.
IV. Altres qüestions a tenir en compte durant el funcionament
1. Control SS
Per evitar que els sòlids en suspensió obstrueixin el llit del filtre, l'influent SS s'ha de controlar per sota dels 60-100 mg/L. Les mesures habituals de pretractament inclouen la sedimentació o la flotació. En cas contrari, no només augmentarà la caiguda de pressió al llit del filtre, sinó que també augmentarà la càrrega de rentat.
2. Càrrega de xoc de retorn de l'efluent de rentat
A causa del cicle curt i l'alta intensitat del rentat a contracor, si l'aigua de retorn entra directament a la unitat de tractament-frontal, pot provocar fàcilment càrrega de xoc. Les solucions inclouen: instal·lar un dipòsit d'equalització (dipòsit d'amortiment intermedi) per amortiguar les fluctuacions del volum i la qualitat de l'aigua; i programar raonablement el temps de rentat per evitar la superposició amb el flux màxim d'afluent.
3. Aspectes sinèrgics de l'eliminació i desinfecció del fòsfor
En tractaments avançats o reutilització d'aigua recuperada, el BAF s'utilitza sovint en sèrie amb unitats d'eliminació de fòsfor i desinfecció química. Cal prestar especial atenció a: l'impacte dels agents químics sobre el biofilm, com la possibilitat que l'excés de sals de ferro o d'alumini pugui inhibir l'activitat biològica; i l'acoblament del règim de rentat i residus de desinfecció per evitar la contaminació secundària.
En conclusió, el BAF (Body Fluidization) és un procés que combina una alta eficiència i compacitat, i s'ha utilitzat àmpliament en el tractament avançat d'aigües residuals municipals, el tractament d'aigües residuals industrials i la utilització d'aigua recuperada. Tanmateix, no és una "panacea". La seva màxima eficàcia només es pot aconseguir mitjançant una gestió-específica i refinada del lloc en funcionament i control. El control de càrrega determina si es poden assolir els objectius de tractament; l'ajust de la relació aire-a-aigua es relaciona amb el consum d'energia i l'eficiència d'eliminació de nitrogen; el rentat a contracor és el nucli per mantenir un funcionament estable-a llarg termini; i els SS (sòlids en suspensió) i la gestió de l'aigua de retorn són les "condicions ocultes" per garantir el bon funcionament del sistema. En el futur, amb el desenvolupament de tecnologies de gestió intel·ligent de l'aigua i de control automatitzat, l'operació i el control de BAF es tornaran més refinats i intel·ligents, i el seu paper en els sistemes de tractament d'aigua ecològics i de baix-carboni serà cada cop més important.