Capítol 3 Posada en funcionament de la Unitat Biològica
3.1 Unitat aeròbica
⑴ Passos de posada en marxa
① Afegiu fangs activats de fonts externes al tanc aeròbic a un volum de 0,01-0,05 de la capacitat del dipòsit.
② Afegiu aigües residuals al dipòsit aeròbic a un volum d'1/5-1/3 de la capacitat del dipòsit i, a continuació, ompliu amb aigua de l'aixeta. Controleu el pH de l'aigua del tanc aeròbic a 7 o lleugerament per sobre. Com que la concentració de contaminants al dipòsit és alta en aquest punt, no cal afegir nutrients ni una font de carboni.
③ Engegueu el ventilador i airegeu (aireació contínua sense aigua) durant 8 hores. A continuació, atureu l'aireació i deixeu reposar el dipòsit durant 0,5 hores. A continuació, reinicieu l'aireació. Després de cada 8 hores, atureu l'aireació i deixeu reposar el dipòsit durant 0,5 hores abans de reprendre l'aireació. Després d'un dia de ventilació, afegiu una petita quantitat d'aigua residual del dipòsit regulador.
④ Durant el procés d'aeració, mantingueu el contingut d'oxigen dissolt al dipòsit aeròbic entre 2 i 4 mg/L i comproveu la relació de sedimentació dels fangs. Si el valor disminueix gradualment, indica que el fang s'ha adherit al farciment.
⑤ Cada dia, afegiu oligoelements adequats i substituïu aproximadament un-terç del volum d'aigües residuals del dipòsit. Després de diversos dies d'aireació, decantació i reposició d'aigües residuals, continueu regant entre 1/3 i 1/2 del cabal dissenyat.
⑥ L'aclimatació i el cultiu bacterià es produeixen simultàniament. En general, una pel·lícula fina serà visible a la superfície del material d'embalatge després d'una setmana.
⑦ Si el biofilm prolifera amb normalitat, després d'aproximadament 7 dies, una part de l'efluent del dipòsit aeròbic fluirà al tanc de sedimentació, mentre que una part encara tornarà al tanc d'igualització. Aleshores es pot reprendre l'entrada i sortida contínua d'aigua.
⑧ Després d'aproximadament 20 dies, es formarà una capa de biofilm taronja-negre al material d'embalatge i es pot afegir aigua al cabal dissenyat.
⑨ En aquestes condicions, el funcionament estable es pot mantenir durant aproximadament un mes. En aquest punt, la formació de biofilm està essencialment completa i comença la proliferació microbiana. Superviseu de prop els canvis de qualitat de l'aigua durant aquest període per evitar canvis sobtats de càrrega que puguin afectar el dipòsit bioquímic.
⑩ Amb el temps, el biofilm comença a metabolitzar-se, el biofilm antic es comença a desprendre i els sòlids en suspensió apareixen a l'efluent, marcant el final de la fase de formació del biofilm i la represa del funcionament normal.
⑵Condicions de control de processos
① Oxigen dissolt
Durant el procés de fangs activats, s'ha de mantenir una certa concentració d'oxigen dissolt. Un subministrament insuficient d'oxigen (nivells baixos d'oxigen dissolt) afectarà l'activitat metabòlica normal dels microorganismes de fangs activats, reduint la capacitat de purificació i facilitant el creixement de bacteris filamentosos, donant lloc a l'acumulació dels fangs. El manteniment d'un nivell d'oxigen dissolt adequat al dipòsit d'aireació es controla generalment a 1-4 mg/l. En condicions normals, es recomana un nivell de DO de 2 mg/l a la sortida del dipòsit d'aireació.
② Temperatura
El rang de temperatura òptim per als microorganismes de fangs activats és de 15-30 graus . En general, les temperatures de l'aigua per sota dels 10 graus poden afectar negativament la funció dels fangs activats. No obstant això, si la temperatura de l'aigua es redueix lentament, permetent que els microorganismes s'adaptin gradualment a aquest canvi-procés conegut com aclimatació a la temperatura, es poden aconseguir resultats efectius del tractament implementant certes mesures tècniques, com ara reduir la càrrega de fangs, augmentar les concentracions de fangs activats i d'oxigen dissolt i allargar el temps d'aireació.
③ Nutrients
Els requeriments de nitrogen i fòsfor dels microorganismes de fangs activats es poden calcular mitjançant la relació DBO:N:P de 100:5:1. Tanmateix, en realitat, els requeriments microbians també estan relacionats amb la quantitat d'excés de fang, és a dir, l'edat del fang i la taxa de creixement microbià.
④ pH
El pH òptim per als microorganismes de fangs activats està entre 6,5 i 8,5. Si el pH baixa per sota de 4,5, els protozous desapareixen i els fongs es tornen dominants, provocant fàcilment l'acumulació dels fangs i afectant greument l'eficiència del tractament dels fangs activats. Quan el pH supera 9,0, la taxa metabòlica microbiana es veu afectada.
⑤ Substàncies tòxiques (inhibidors)
Hi ha moltes substàncies que són tòxiques o inhibidores dels microorganismes. Aquests es poden dividir àmpliament en substàncies inorgàniques com ara metalls pesants, cianur, H₂S, elements halògens i els seus compostos, i compostos orgànics com fenols, alcohols, aldehids i combustibles.
Els efectes tòxics de les substàncies tòxiques també estan relacionats amb factors com el pH, la temperatura de l'aigua, l'oxigen dissolt, la presència d'altres substàncies tòxiques i el nombre de microorganismes.
⑥ Taxa de càrrega orgànica
La càrrega de llots amb esgotament d'oxigen orgànic (DBO) és un factor clau que influeix en la degradació dels contaminants orgànics i el creixement dels fangs activats. Una major càrrega de fangs de DBO accelerarà la degradació dels contaminants orgànics i el creixement dels fangs actius; una càrrega de fang de DBO més baixa reduirà ambdues velocitats.
⑦ Relació de retorn de fangs
Mantenir una quantitat adequada de fangs al sistema i controlar la relació de retorn dels fangs. Depenent del mode de funcionament, la relació de retorn ha d'estar entre el 0 i el 100%, però en general no és inferior al 30-50%.
3.2 Unitat anaeròbica
⑴ Passos de posada en marxa
① Injecteu el fang activat al dipòsit anaeròbic com a fang de llavors. La quantitat de fangs injectats hauria d'arribar al 10% del nivell d'aigua de funcionament normal del dipòsit anaeròbic.
② Injecteu aigües residuals al dipòsit anaeròbic a aproximadament el 40% del nivell d'aigua de funcionament normal, és a dir, les aigües residuals més els fangs actius haurien d'arribar al 50% del nivell d'aigua de funcionament normal del dipòsit anaeròbic.
③ Engegueu el ventilador per mantenir les aigües residuals del dipòsit agitades per evitar que els fangs s'assentin al fons. Deixeu que els bacteris anaeròbics creixin i es multipliquin de manera natural. Afegiu aigües residuals al dipòsit anaeròbic cada dos dies, omplint-lo fins al 5% del nivell del dipòsit cada vegada.
④ Durant la fase d'incubació anaeròbica, analitzeu diàriament el CODcr, el nitrogen amoníac i el fòsfor total de les aigües residuals. Mantenir el CODcr per sobre de 300 mg/l, el nitrogen amoníac per sobre de 2,5 mg/l i el fòsfor total per sobre de 0,5 mg/l.
⑤ Després que les aigües residuals del dipòsit arribin al nivell de funcionament, si els resultats de l'anàlisi mostren que els nivells de CODcr i nitrogen d'amoníac són almenys un 20% més baixos que l'influent, cosa que indica que s'han format bacteris anaeròbics, s'iniciarà la fase d'incubació i aclimatació dels fangs.
⑥ Durant la fase d'aclimatació dels fangs, afegiu i traieu aigua contínuament del dipòsit. Mantingueu la taxa d'afluència a aproximadament el 10% de la taxa d'afluència normal. Augmenteu la taxa d'influència una vegada al dia en un 10% cada vegada.
⑦ Durant la fase d'aclimatació dels fangs, analitzeu diàriament el contingut de CODcr i nitrogen d'amoníac de les aigües residuals. Si el CODcr i el nitrogen amoníac de l'efluent són almenys un 30% inferiors als de l'afluent, s'han establert bacteris anaeròbics i es pot reprendre el funcionament normal.
⑵Condicions de control de processos
① Temperatura
Basat en els tres bacteris anaeròbics mesòfils diferents (termòfils a 5-20 graus, mesòfils a 20-42 graus i mesòfils a 42-75 graus), el procés es classifica en anaeròbics de baixa temperatura (15-20 graus), mesòfils (50-20 graus), mesòfils (50-20 graus), ) processos anaeròbics. La temperatura és especialment important per a les reaccions anaeròbies. Quan la temperatura cau per sota del límit inferior òptim, l'eficiència disminueix un 11% per cada caiguda d'1 grau. Dins del rang anterior, lleugeres fluctuacions de temperatura d'1-3 graus tenen poc impacte en la reacció anaeròbica. Tanmateix, les fluctuacions excessives (ràpides) de temperatura poden reduir l'activitat dels fangs i conduir a l'acumulació d'àcid.
② Valor de pH
El procés d'hidròlisi i acidificació anaeròbica té un rang de pH relativament fluix, el que significa que el pH dels bacteris productors d'àcid-s'ha de controlar entre 4 i 7 graus . Tanmateix, la reacció totalment anaeròbica requereix un control estricte del pH, amb la reacció metanogènica controlada dins d'un rang de 6,5-8,0, amb un rang òptim de 6,8-7,2. Un pH inferior a 6,3 o superior a 7,8 redueix la taxa metanogènica.
③ Potencial de reducció-d'oxidació
El potencial d'oxidació-reducció durant la fase d'hidròlisi oscil·la entre -100 i +100 mV, mentre que el potencial òptim d'oxidació-reducció durant la fase metanogènica oscil·la entre -150 i -400 mV. Per tant, s'ha de controlar el contingut d'oxigen introduït a l'afluent per evitar que afecti negativament al reactor anaeròbic.
④ Nutrients
La proporció de nutrients al reactor anaeròbic és C:N:P=(350-500):5:1.
⑤ Substàncies tòxiques i nocives
Hi ha tres tipus de substàncies nocives que inhibeixen i afecten les reaccions anaeròbies:
1. Substàncies inorgàniques: inclouen amoníac, sulfurs inorgànics, sals i metalls pesants, sent els sulfats i sulfurs els més inhibidors.
2. Compostos orgànics: inclouen compostos orgànics no-polars, incloent cinc categories: àcids grassos volàtils (AGV), compostos fenòlics no-polars, tanins, aminoàcids aromàtics i compostos de caramel.
3. Compostos xenobiòtics: inclouen hidrocarburs clorats, formaldehid, cianur, detergents i antibiòtics.
3.3 Unitat d'Hidròlisi i Acidificació
⑴ Inòcul
① Font d'inòcul: provenen principalment de diversos llots, com ara llots de reactors anaeròbics, anòxics o aeròbics de les plantes de tractament d'aigües residuals existents, fangs acumulats a clavegueres, fosses sèptiques, rius o estanys de clavegueram i fangs de fons dels digestors de biogàs rurals.
② Requisits bàsics per a l'inòcul: Ha de contenir una població microbiana adaptada a les característiques específiques de qualitat de les aigües residuals; els microorganismes (o fangs) inoculats han de tenir una activitat metabòlica suficient; els fangs han de contenir un gran nombre de microorganismes i les proporcions de diversos microorganismes han d'estar equilibrades.
③ Mètode d'inoculació: calculat per volum, la quantitat de fang d'inòcul afegit és generalment del 10% al 30%. Si es calcula a partir del VSS del licor barrejat després de la inoculació, la quantitat de fang d'inòcul hauria de ser de 5 a 10 kg de VSS/m³.
⑵ Inici
Un cop el dipòsit d'hidròlisi i acidificació s'ha carregat completament amb fangs d'inòcul, les aigües residuals i residuals s'alimenten en lots controlats i s'inicia el funcionament inicial del reactor anòxic d'hidròlisi mitjançant un mètode de funcionament intermitent. Després de l'entrada de cada lot d'aigües residuals, el reactor experimenta un metabolisme anòxic en estat estàtic (o, si escau, circula i s'agita a través d'un dispositiu de reflux). Això permet que el fang d'inòcul o el fang proliferat s'agregui o s'adhereixi temporalment a la superfície de farciment en lloc de perdre's amb l'aigua. Després de diversos dies de reacció anòxica (el temps requerit varia segons la qualitat de l'aigua i la concentració de fangs d'inòcul), la major part de la matèria orgànica es descompon, i després s'introdueix el segon lot d'aigües residuals. Durant el funcionament intermitent amb entrada d'aigua per lots, la concentració d'afluents o la proporció d'aigües residuals industrials es pot augmentar gradualment i el temps de reacció es pot escurçar gradualment fins que el sistema s'adapti completament a la qualitat de les aigües residuals i residuals i pugui funcionar contínuament.
⑶ Condicions de control del procés
①pH 4-6. ②Oxigen dissolt 0,2-0,5 mg/l. ③ Temperatura 15-40 graus.
Capítol 4 Posada en funcionament de la unitat fisicoquímica
⑴Principi
Durant el procés de tractament d'aigües residuals, s'afegeixen productes químics a les aigües residuals, barrejant les aigües residuals i els productes químics, fent que les substàncies col·loïdals de l'aigua coagulin o floculin. Aquest procés combinat s'anomena coagulació.
El procés de tractament de coagulació i sedimentació inclou addició química, mescla, reacció i separació per sedimentació.
① Dosificació
Els mètodes de preparació i addició de coagulants es poden dividir en addició seca i humida.
1. Addició en sec: Això implica afegir la substància química directament a l'aigua que es tracta. L'addició en sec és una feina intensa-, és difícil controlar la dosi i requereix uns estàndards elevats per a l'equip de mescla. Actualment, aquest mètode s'utilitza rarament a la Xina.
2. Dosificació humida: consisteix a preparar primer el reactiu en una solució de certa concentració abans d'afegir-lo a les aigües residuals tractades. La dosificació humida és fàcil de controlar i proporciona una bona uniformitat de dosificació. Es pot fer utilitzant equips com bombes dosificadores, ejectors d'aigua i dosificació per sifó.
② Mescla
La mescla fa referència al procés en el qual el reactiu s'hidrolitza després d'haver-se afegit a les aigües residuals, generant col·loides de càrrega oposada que entren en contacte amb els col·loides i la matèria en suspensió de l'aigua, formant flocs fins (comunament coneguts com flocs d'alum).
El procés de mescla es completa en uns 10-30 segons. La mescla requereix agitació, que es pot aconseguir mitjançant la mescla hidràulica o mecànica. La mescla hidràulica s'aconsegueix habitualment mitjançant mètodes de barreja de tipus tub-, placa perforada o vòrtex. La mescla mecànica pot utilitzar agitació de velocitat variable-i tancs de mescla de tipus bomba.
③ Reacció
Un cop finalitzada la barreja a l'equip de mescla i reacció, s'han format flóculs fins a l'aigua, però encara no han assolit una mida de partícula adequada per a la sedimentació natural. La tasca de l'equip de reacció és agregar gradualment els flóculs petits en altres més grans per facilitar la sedimentació. L'equip de reacció requereix un cert temps de residència i una intensitat d'agitació adequada per permetre que els petits flóculs xoquin entre ells i evitar que els grans s'assentin. No obstant això, una intensitat excessiva d'agitació trencarà els flocs generats, i com més grans siguin, més fàcil serà trencar-los. Per tant, la intensitat de l'agitació disminueix al llarg de la direcció del flux d'aigua a l'equip de reacció.
④ Sedimentació
Després de l'addició química, la barreja i la reacció, l'aigua residual completa el procés de floculació i entra al dipòsit de sedimentació per a la separació d'aigua-de fang. Els dipòsits de sedimentació poden adoptar diversos tipus de flux, inclosos el flux horitzontal, el flux radial, el flux vertical i el flux de plaques inclinades.
⑵ Coagulants inorgànics d'ús habitual
① Sulfat d'alumini [Al2(SO4)3·18H2O]
El sulfat d'alumini sòlid es presenta en forma de flocs, granulats o en pols. Normalment s'expressa pel seu contingut d'òxid d'alumini, Al2O3, que és d'aproximadament un 17%. La densitat aparent del sulfat d'alumini en pols és d'aproximadament 1000 kg/m3. El sulfat d'alumini líquid també s'expressa en termes del seu contingut d'òxid d'alumini (Al₂O₃). La seva concentració és típicament del 8% al 8,5%, que és del 48% al 49% de la seva forma en pols, el que significa que cada litre de solució aquosa conté 630-650 g d'Al₂(SO₄)₃·18H₂O.
El rang de pH òptim per a la coagulació és: per a l'eliminació del color, el rang de pH és de 5-6; per a l'eliminació de la terbolesa, el rang de pH està entre 6 i 8. El rang de pH òptim per a la producció és generalment de 6,5-7,5. A causa de la baixa densitat relativa de l'alumini, els flocs formats per les sals d'alumini són lleugers i solts, cosa que fa que siguin menys propensos a formar partícules grans, pesades i que s'enfonsen fàcilment, sobretot a l'hivern quan la temperatura de l'aigua és baixa.
② Clorur de polialumini [Aln(OH)m·Cl₃n-m]
També conegut com a clorur d'alumini bàsic, aquest és un coagulant de polímer inorgànic amb un rendiment superior al sulfat d'alumini. Amb la mateixa qualitat de l'aigua, la dosi és inferior a la del sulfat d'alumini i la seva adaptabilitat a un rang de pH més ampli també és acceptable, que oscil·la entre 5-9. És eficaç per tractar aigua amb alta-terbolesa i baixa temperatura, presenta una baixa corrosivitat, és fàcil d'administrar i té un cost baix.
③ Clorur fèrric [FeCl3·6H2O]
El clorur fèrric sòlid apareix com una substància cristal·lina-groguenc i fàcilment deliquescent. Té un ampli rang de pH (entre 6 i 8,4) i forma flocs més grans, més pesats i més densos que les sals d'alumini. La seva eficàcia en el tractament d'aigua de baixa-temperatura o de baixa-terbolesa és superior als sulfats. No obstant això, els seus desavantatges són la seva forta corrosivitat i delicència higroscòpica.
④ Sulfat fèrric [FeSO4·7H2O]
Cristalls verds translúcids, coneguts comunament com a vitriol verd. El seu ús es veu menys afectat per la temperatura de l'aigua, i els flocs que forma són grans, pesats i s'enfonsen fàcilment. És més adequat per a aigua crua amb alta terbolesa, alta alcalinitat i un pH de 8,5-9,5. El sulfat fèrric utilitzat per a la coagulació pot donar color a l'aigua tractada, especialment quan el Fe2+ reacciona amb col·loides de colors de l'aigua, produint productes dissolts més foscos que poden afectar la utilització de l'aigua. Per tant, quan s'utilitza sulfat fèrric com a coagulant a pH baix, el clor s'utilitza sovint per oxidar el ferro divalent (Fe2+) a ferro trivalent (Fe{3+).
⑶ Coagulants de polímers orgànics d'ús habitual
① Addició de coagulants de polímers
Els coagulants comuns inclouen àcid silícic activat, poliacrilamida, gelatina, alginat de sodi, etc.
Ordre d'addició: primer afegiu el coagulant, després el coagulant auxiliar, amb un interval de 30-60 segons entre ells.
② Afegir àcids i àlcalis
Ajusta principalment el pH de l'aigua per aconseguir el pH òptim per a la coagulació.
③ Addició d'oxidants
L'objectiu és oxidar les impureses orgàniques hidròfiles i millorar l'eficiència de la coagulació. Els oxidants utilitzats inclouen el clor, la pols blanquejant i l'ozó.
④ Mètode de floculació de contacte
Això es realitza al clarificador. Els fangs d'alta-concentració, els fangs activats o l'antracita s'utilitzen com a mitjà de floculació de contacte al clarificador per a la floculació de contacte. Això millora la funció de floculació del nucli, accelera la velocitat de floculació de sòlids en suspensió i col·loides a l'aigua i millora l'adsorció d'impureses.
⑤ Devolució parcial de fangs decantats
Els fangs sedimentats encara contenen una petita quantitat de floculant. El retorn de part del fang decantat utilitza completament el coagulant i també actua com a coagulant ajudant, millorant l'efecte de floculació.
⑥ Canvi del mètode de dosificació del coagulant
1. Afegiu el coagulant tot alhora;
2. Afegiu en lots;
3. Afegiu tot el coagulant a una part de l'aigua, barregeu-ho bé i després barregeu-ho amb una altra porció d'aigua sense coagulant.
⑷ Passos de posada en marxa
① Prova pilot
1. Analitzar la qualitat de l'aigua en funció de les característiques de les aigües residuals.
2. Realitzeu proves del vas de precipitats amb regularitat en funció de la qualitat de l'aigua per seleccionar els paràmetres adequats, com ara el tipus de coagulant, la dosi, el valor del pH, la temperatura de l'aigua i la velocitat del mesclador.
②Depuració de processos
1. Ajusteu el pH de les aigües residuals afluents per complir les condicions de coagulació.
2. Observar la presència de flocs d'alum i ajustar la dosi de coagulant i coagulant.
3. Observeu el rendiment de l'afluent i l'efluent i ajusteu la dosi del coagulant.
⑸Paràmetres de control principals
① pH
El grau en què el pH de l'aigua afecta la coagulació varia segons el tipus de coagulant.
1. Quan s'utilitza sulfat d'alumini per eliminar la terbolesa de l'aigua, el rang de pH òptim està entre 6,5 i 7,5; quan s'utilitza per eliminar el color, el rang de pH està entre 4,5 i 5.
2. Quan s'utilitzen sals fèrriques, el rang de pH òptim està entre 6,0 i 8,4, que és més ampli que el del sulfat d'alumini.
3. Quan s'utilitza sulfat fèrric, Fe₃⁺ només pot formar ràpidament Fe₃⁺ quan el pH és > 8,5 i hi ha suficient oxigen dissolt a l'aigua, cosa que complica l'equip i el funcionament. Per aquest motiu, sovint s'utilitza l'oxidació per cloració.
4. L'efecte de coagulació dels coagulants de polímers, especialment els coagulants de polímers orgànics, es veu menys afectat pel pH.
② Temperatura de l'aigua
La temperatura de l'aigua té un impacte significatiu en l'eficàcia de la coagulació. La hidròlisi dels coagulants de sal inorgànica és una reacció endotèrmica, que dificulta la hidròlisi a baixes temperatures de l'aigua. El sulfat d'alumini, en particular, s'hidrolitza molt lentament a temperatures de l'aigua inferiors als 5 graus. A més, el baix volum d'aigua i l'alta viscositat dificulten la floculació de partícules col·loides desestabilitzades, dificultant la formació de floculents i, al seu torn, comprometent l'eficàcia del tractament de sedimentació posterior. Les millores inclouen l'addició de coagulants polimèrics o l'ús de la flotació en lloc de la sedimentació com a tractament posterior.
③ Coagulant i dosificació
Per a qualsevol tractament de coagulació d'aigües residuals, s'ha de determinar experimentalment el coagulant i la dosi òptims. Els intervals de dosificació típics són: 10-30 mg/L per a sals comunes de ferro i alumini; 1/3-1/2 que per a les polisals; i 1-5 mg/L per a coagulants de polímers orgànics. Una dosi excessiva pot conduir fàcilment a la reestabilització col·loide.
④ Intensitat d'agitació i temps d'agitació
La intensitat d'agitació sovint s'expressa en termes de gradient de velocitat G. Durant l'etapa de mescla, el coagulant i les aigües residuals s'han de barrejar de manera ràpida i uniforme. Això requereix un G de 500-1000 s⁻¹ i un temps d'agitació de 10-30 s⁻¹. Durant l'etapa de reacció, és necessari crear suficients oportunitats de col·lisió i condicions d'adsorció favorables per al creixement de flocs alhora que s'evita la ruptura de flocs petits. Per tant, s'ha de reduir gradualment la intensitat de l'agitació i allargar el temps de reacció. Els valors G i t corresponents haurien d'estar entre 20-70 s⁻¹ i 15-30 minuts, respectivament. Per determinar les condicions òptimes del procés, generalment es recomana una prova de simulació de coagulació mitjançant el mètode d'agitació del vas.