Pròleg: els dos documents anteriors van introduir l'origen, l'estructura de la comunitat microbiana i l'entorn de creixement dels fangs activats, però sembla que encara no hem acabat. Encara queda molt per cobrir pel que fa als fangs activats, així que continuem! Al cap i a la fi, el meu curs "Enginyeria de control de la contaminació de l'aigua" va dedicar un capítol als fangs activats. Durant el cultiu de fangs bioquímics a les depuradores d'aigües residuals sorgeixen molts problemes. Aquí, m'agradaria analitzar els aspectes següents per abordar aquests problemes.
01 Principals problemes de posada en servei dels fangs activats
La gran majoria de depuradores d'aigües residuals utilitzen processos de tractament biològic, i el procés més utilitzat dins d'aquestes és el "procés de fangs activats". La posada en servei de fangs activats inevitablement troba alguns problemes. Alguns problemes deriven de defectes de disseny, mentre que d'altres sorgeixen de fluctuacions en la qualitat de l'aigua d'afluència. Tanmateix, la majoria dels problemes sorgeixen d'un cultiu i una aclimatació inadequats de fangs. Aquests es poden classificar a grans trets de la següent manera:
Problemes d'excés de contaminants:
Pel que fa a la qualitat de l'aigua que supera els estàndards, els contaminants més habituals que superen els límits són DQO, nitrogen amoníac i nitrogen total. El fòsfor i el SS tenen una probabilitat molt baixa de superar els estàndards. Si el tractament biològic és insuficient, es pot utilitzar un tractament fisicoquímic. Sempre que s'inclogui un procés de coagulació i sedimentació al final del procés de tractament, els nivells de fòsfor generalment no superaran el límit.
El DQO que supera l'estàndard es deu a la incompatibilitat entre contaminants i microorganismes (cal tenir en compte que com més complexa és l'estructura i com més gran és el pes molecular del contaminant, més difícil és la seva degradació, per la qual cosa es requereixen microorganismes específics per al seu tractament, mentre que les aigües residuals domèstiques no presenten aquest problema). Els microorganismes tenen dietes específiques; alguns tipus de microorganismes tenen els seus aliments preferits. Per exemple, els bacteris cel·lulolítics estimen exclusivament la cel·lulosa i no els agraden altres aliments, i no poden prosperar en altres entorns. Per descomptat, també hi ha microorganismes indiscriminats que accepten aliments com la glucosa, la farina, el sucre moreno, l'alcohol i les aigües residuals domèstiques perquè són rics en energia i són de fàcil digestió. Això és semblant a com la majoria de la gent estima la vedella, el pollastre, l'ànec, l'oca i el marisc, però no podria menjar-se un sol brot de bambú-només el "panda" del tresor nacional podria fer-ho.
El problema de l'excés de nitrogen amoníac i nitrogen total s'acostuma a resoldre mitjançant la nitrificació i la desnitrificació. Si el nitrogen d'amoníac es troba dins del rang acceptable però el nitrogen total és excessiu, indica un problema amb la desnitrificació. Això és força comú i la causa sol ser un desequilibri en l'oxigen dissolt, el pH o els nutrients. Recordo que l'última vegada que vaig trobar un problema amb la desnitrificació, vaig utilitzar un mètode força dràstic: vaig aturar el ventilador i vaig fer una desnitrificació del tanc-complet, que va reduir el nitrogen total de més de 100 a un dígit en 8 hores. Quan tant el nitrogen amoníac com el nitrogen total són excessius, una característica és que "el nitrogen amoníac és gairebé igual al nitrogen total". No he trobat nitrogen d'amoníac que superi l'estàndard abans, ja que els bacteris nitrificants són relativament fàcils de conrear, a diferència dels bacteris desnitrificants que són una mica delicats.
No analitzaré el fòsfor i els sòlids en suspensió (SS), ja que aquests dos indicadors són de fet relativament fàcils d'abordar.
Problemes com ara la flotació de fangs, escuma i escombra
Durant el funcionament d'un sistema de tractament biològic, es poden produir problemes com ara la flotació de fangs, l'expansió de fangs, l'escuma i l'escuma. Aquests problemes poden no provocar necessàriament que la qualitat de l'efluent superi els estàndards, però són visualment poc atractius i poden provocar problemes sistèmics a llarg termini. Per tant, és crucial identificar la causa i abordar el problema tan aviat com sigui possible!
Aquests problemes generalment provenen de tres fonts principals:
1. Qualitat anormal de l'aigua d'afluència que provoca canvis sobtats en l'entorn del sistema de tractament biològic, com ara canvis de pH. L'acidesa o l'alcalinitat excessives poden causar escuma, escuma o altres problemes. Les substàncies tòxiques, els tensioactius i les càrregues d'afluents excessivament altes també poden causar problemes relacionats.
2. Durant la posada en marxa del sistema de tractament biològic, els errors operatius poden provocar canvis sobtats en l'entorn del sistema (com el pH o l'oxigen dissolt), donant lloc a fangs, escuma i escombra.
3. Un disseny inadequat del tanc (o altres estructures del tanc) pot provocar un curt-circuit o la creació de zones anaeròbiques. Per exemple, un angle massa petit a la tremuja de fangs del tanc de sedimentació pot provocar l'acumulació de fangs, etc.
Les causes d'aquests problemes són bàsicament les mateixes, així que aquí oferirem una anàlisi i solucions unificades. L'escuma i l'escuma es produeixen principalment en dos ambients: entorns aeròbics (o tancs d'aireació) i entorns anaeròbics (com els dipòsits de sedimentació primaris, els dipòsits de sedimentació secundaris, els dipòsits anòxics, els dipòsits d'hidròlisi, etc.). Per descomptat, els motius de la generació d'escuma i escuma en entorns aeròbics i anaeròbics són completament diferents.
Anàlisi de les causes i característiques dels problemes en ambients aeròbics:
1. Canvis anormals de pH. Com s'ha esmentat anteriorment, tant els nivells de pH excessivament baixos com els alts poden causar escuma sota l'aireació. Es pot realitzar una anàlisi de la qualitat de l'aigua afluent i dels productes químics afegits, i el pH del dipòsit de tractament biològic s'ha d'ajustar al rang normal de manera oportuna. A més, el procés de nitrificació en tancs aeròbics redueix el pH i es poden produir forts canvis de pH en aigua amb altes concentracions de nitrogen amoníac, que requereixen l'addició oportuna d'àlcali per mantenir l'equilibri d'alcalinitat.
2. Substàncies tòxiques i alta càrrega orgànica. Tots dos poden provocar que els fangs activats surin, produint escuma i escombra. Això és causat bàsicament per la qualitat de l'aigua de l'afluent (és poc probable que algú estigui tan ocioso com per enverinar el dipòsit d'aireació).
3. L'influent conté substàncies olioses i tensioactius. Els olis i els tensioactius, combinats amb l'aireació, poden provocar escuma de colors. Si veieu escuma de colors, podeu culpar a aquestes substàncies, ja que aquesta escuma afecta negativament l'oxigen dissolt i el sistema d'aireació.
4. Apareixen zones anaeròbiques al dipòsit de tractament biològic. Això és un defecte de disseny. Les condicions anaeròbiques localitzades i l'acumulació de fangs poden conduir a la fermentació anaeròbica dels fangs, produint gas que transporta els fangs acumulats a la superfície. En aquest cas, el dipòsit necessita modificacions. Afegiu dispositius d'aireació o guies de flux a les zones anaeròbiques per permetre que les aigües residuals flueixin.
5. L'oxigen dissolt és massa baix. Les altes concentracions d'afluents poden provocar una disminució de l'oxigen dissolt al dipòsit d'aireació, o això pot ser causat pel ventilador i els dispositius d'aireació. Els ambients amb poc oxigen dissolt afavoreixen la supervivència dels bacteris filamentosos. Els nivells baixos d'oxigen prolongats poden provocar una proliferació excessiva de bacteris filamentosos, provocant l'acumulació dels fangs. En general, l'oxigen dissolt al dipòsit d'aireació no ha de ser inferior a 2 mg/L.
6. Eliminació de fangs insuficient o nul·la durant períodes prolongats. Una descàrrega insuficient de fangs provoca un augment continu de la concentració de fangs al dipòsit d'aireació. Quan la concentració de fangs arriba a 5.000 o més, la insuficiència de nutrients fa que molts microorganismes "morrin de fam", provocant una escassetat de nutrients. Aquest "fang mort" sura a la superfície, formant una gruixuda capa d'escuma. Per tant, el control de la concentració de fangs és crucial. Per a un responsable o tècnic d'una planta de tractament d'aigües residuals, la gestió dels fangs és molt important!
Anàlisi de problemes i característiques en ambients anaeròbics:
Els principals problemes en ambients anaeròbics són la flotació de fangs de desnitrificació i la flotació de fangs anaeròbics, que es produeixen principalment en dipòsits de sedimentació.
1. Flotant de llots de desnitrificació: la desnitrificació incompleta al dipòsit anòxic permet que el nitrogen nitrat entri de manera natural al tanc de sedimentació. L'ambient anòxic del dipòsit de sedimentació provoca la desnitrificació, fent que els fangs surin a la superfície. Això és relativament fàcil de resoldre (excloent el problema que un tanc anòxic sigui massa petit, cosa que no es pot resoldre). La reposició oportuna de les fonts de carboni al tanc anòxic és crucial per mantenir el DQO a aproximadament 4-5 vegades el nivell total de nitrogen, garantint que els bacteris desnitrificants estiguin ben alimentats i puguin funcionar amb eficàcia. Per descomptat, també s'ha de mantenir la relació de recirculació del licor mixt, idealment per sobre del 200%.
2. Llots anaeròbics flotants. He presenciat aquest problema de primera mà. A causa de l'angle de disseny (generalment superior a 55 graus), els fangs són difícils de drenar completament de la tremuja de fangs del dipòsit de sedimentació, creant moltes zones mortes. Amb el temps, aquests fangs s'acumulen i suren fàcilment a la superfície. Qualsevol persona que trobi aquest problema hauria de culpar directament l'equip de disseny.
02 El paper indicatiu dels microorganismes
Els microorganismes tenen un paper indicatiu vital durant la posada en marxa de sistemes biològics. Observant els tipus de microorganismes, es pot determinar la forma del fang i es pot predir la qualitat de l'efluent.
Quan els fangs activats es troben en bon estat:
Quan els fangs activats es troben en bon estat, els flocs són relativament grans i s'assenten bé. L'examen microscòpic revela organismes com ara *Vorticella*, *Platycodon*, *Platycodon*, *Platycodon*, diversos *Schizothora*, rotífers, *Cyclophora* i oligoquets-espècies tant sèssils com rastrejades.
Quan el fang activat es deteriora:
Quan el fang activat es deteriora, els flocs són més petits i apareixen organismes-nedadors ràpids com ara *Trichomonas*, *Trichomonas* i *Trichomonas*. Quan els fangs es deterioran greument, els microorganismes moren a gran escala o gairebé desapareixen, la sedimentació de fangs disminueix i la capacitat de tractament de l'aigua és deficient.
Del deteriorament a la normalitat:
Durant el període de transició del deteriorament a la normalitat, els fangs activats mostren organismes lents-nedant o rastreig com ara *Platycodon* i *Platycodon*.
Aglomeració de fangs activats:
La formació de fangs activats sovint es produeix a la tardor i a l'hivern. En aquest moment, la decantació dels fangs és deficient, amb una relació de sedimentació elevada de 30-minuts, mentre que la concentració de fangs és relativament baixa, la qual cosa condueix a un índex de fangs (SVI) relativament alt. Els bacteris filamentosos són els principals organismes que causen l'acumulació dels fangs. A causa de la proliferació a gran-escala de bacteris filamentosos, el fang activat sembla un cotó, amb partícules fines i un color relativament clar.
Oxigen dissolt insuficient:
Quan l'oxigen dissolt al dipòsit d'aireació és constantment insuficient, el fang activat es torna més fosc del normal i emet una olor.
Excés d'oxigen dissolt:
En circumstàncies normals, es poden observar aproximadament 300 rotífers per mil·lilitre de fang activat sota un microscopi, mentre que els sarcòpters rarament s'observen en condicions normals. Quan la velocitat d'aireació al tanc d'aireació és massa alta contínuament, apareixerà un gran nombre de sarcòpteros i rotífers.
Baixa concentració d'influent i càrrega de DBO:
Quan la concentració d'aigües residuals i la càrrega de DBO són massa baixes, apareixeran insectes escala, que indicaran l'aparició de nitrificació.
Altres canvis ambientals:
Quan la biomassa indicadora en fangs actius disminueix bruscament, pot ser degut a la influència de substàncies tòxiques o canvis sobtats en determinades condicions ambientals. En aquests casos, s'han de prendre les mesures adequades per minimitzar l'impacte sobre els microorganismes.
03 Conclusió
En els processos de tractament d'aigües residuals de fangs activats, l'examen microscòpic dels microorganismes al dipòsit d'aireació és un mètode crucial per avaluar l'estat operatiu dels fangs activats i és una de les eines de seguiment importants per al tractament d'aigües residuals. En funció dels canvis en la població microbiana dins del dipòsit d'aireació, s'han de fer els corresponents ajustos de procés per garantir que el fang activat es mantingui en bon estat i que el tractament de les aigües residuals compleixi els estàndards.