Estado actual del control de la contaminación del agua

1. Estado actual del control de las fuentes de contaminación del agua

En la década de 1970, el control de la contaminación industrial de mi país se centró principalmente en fuentes puntuales, centrándose en el tratamiento de los "tres desechos" industriales; En la década de 1980, a través de ajustes, el diseño industrial razonable, la estructura industrial y la estructura de productos, combinados con la transformación tecnológica, el fortalecimiento de la gestión ambiental y otras medidas, han llevado a cabo una prevención y control integrales de la contaminación industrial, y han llevado a cabo una gestión ambiental regional integral a pequeña escala. desde la década de 1990, para fortalecer la contaminación industrial Al mismo tiempo que la prevención y el control, se han llevado a cabo a gran escala mejoras ambientales regionales integrales en ciudades y cuencas fluviales clave y prevención y control de la contaminación de fuentes difusas en las zonas rurales, esforzándose por mejorar; la calidad ambiental de algunas ciudades y regiones. La prevención y el control de la contaminación del agua en los "tres ríos" y "tres lagos" designados por el Estado están en pleno apogeo.

En 1998, la descarga total de aguas residuales de mi país fue de 39,5 mil millones de toneladas, y la descarga de demanda química de oxígeno (DQO) fue de 14,99 millones de toneladas. Disminuyeron un 5,0% y un 14,7% respectivamente en comparación con el año anterior. Entre ellos, la descarga de aguas residuales industriales fue de 20,1 mil millones de toneladas y la descarga de demanda química de oxígeno fue de 8,06 millones de toneladas, que fueron un 11,5% y un 24,9% menos que el año anterior, respectivamente. ; la descarga de aguas residuales domésticas fue de 19,4 mil millones de toneladas, las emisiones de demanda química de oxígeno (DQO) fueron de 6,93 millones de toneladas, un aumento del 2,6% y 1,3% respectivamente con respecto al año anterior (Tabla 7-3).

Tabla 7-3 Comparación de las emisiones de aguas residuales y demanda química de oxígeno en 1998 y 1997

La tasa de tratamiento y la tasa estándar de descarga de aguas residuales industriales de industrias a nivel de condado y superiores y los municipios fueron el 87,4% y el 65,3% respectivamente, un aumento del 8,5% y el 10,9% respectivamente con respecto al año anterior. Hay 266 plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas construidas y en funcionamiento en todo el país, con una capacidad de procesamiento diario de 11,36 millones de toneladas, y se concentra más del 20% de las aguas residuales urbanas.

2. Estado actual de la tecnología de control de la contaminación del agua

1. Tecnología de tratamiento de aguas residuales convencional

La tecnología de tratamiento de aguas residuales se puede dividir a grandes rasgos en métodos físicos y métodos químicos según. a sus principios de funcionamiento. Tres categorías: derecho y derecho biológico. El método físico es un método que utiliza efectos físicos para separar los contaminantes de las aguas residuales sin cambiar sus propiedades químicas, como precipitación, filtración, flotación, adsorción, evaporación, etc., que se utilizan principalmente para el pretratamiento y postratamiento de las aguas residuales; Es un método que utiliza reacciones químicas para separar y reciclar contaminantes en las aguas residuales, o convertirlos en sustancias inofensivas, como coagulación, neutralización, oxidación-reducción, electrólisis, etc., que se utilizan principalmente para el tratamiento de altas concentraciones de contaminantes. de aguas residuales industriales que son altamente tóxicas o difíciles de degradar por microorganismos; la ley biológica es un método que utiliza la función metabólica de los microorganismos para degradar y convertir contaminantes orgánicos en estados disueltos y coloidales en sustancias inofensivas en las aguas residuales. Tratamiento de aguas residuales orgánicas. Los métodos biológicos se pueden dividir en dos categorías: métodos anaeróbicos y métodos aeróbicos según la demanda de oxígeno de los microorganismos. Al mismo tiempo, se pueden dividir en métodos de lodos activados y métodos de biopelículas según la forma en que existen los flóculos biológicos en el reactor. Los métodos anaeróbicos se utilizan principalmente para tratar aguas residuales de alta concentración, mientras que los métodos aeróbicos se utilizan principalmente para tratar aguas residuales de menor concentración.

La tecnología de tratamiento de aguas residuales en el país y en el extranjero se basa principalmente en la tecnología biológica. La razón es que la tecnología biológica tiene las características de amplias fuentes de microorganismos, muchos tipos, gran fecundidad, fácil domesticación y mutación, y relativamente baja. costos de tratamiento. Especialmente en los últimos años, con la profundización del conocimiento del mecanismo de purificación microbiana y la cinética de reacción, la tecnología de los métodos biológicos se ha vuelto más madura y perfecta. No sólo la eficiencia de la purificación y el efecto del efluente de agua han mejorado considerablemente, sino que también han aumentado considerablemente los costos operativos. reducido. Aunque el tratamiento de aguas residuales de mi país comenzó tarde, sobre la base de la digestión y absorción de tecnologías extranjeras y mediante la investigación y el desarrollo activos, se han formado una serie de nuevas tecnologías y nuevos procesos adecuados a las condiciones nacionales de mi país.

Los procesos de tratamiento de aguas residuales comúnmente utilizados en el país y en el extranjero incluyen: método tradicional de lodos activados, método de zanja de oxidación, método A-B y método de oxidación por contacto biológico en el método anaeróbico de lodos en el método anaeróbico. método de digestión anaeróbica de dos fases; método A-O, método A-A-O que combina digestión anaeróbica y aeróbica, etc.

(1) Método tradicional de lodos activados. El proceso tradicional de lodos activados tiene una historia de más de 80 años desde que se construyó la primera planta piloto en Manchester, Inglaterra, en 1914. Después de años de mejora continua en las prácticas de producción, ahora está muy maduro y se utiliza en grandes y medianas empresas. depuradoras de gran tamaño en muchos países. Su mecanismo de purificación se centra en la alta actividad de los microorganismos en el período de crecimiento logarítmico, por lo que tiene las características de alta eficiencia de purificación.

Las ventajas de este proceso son la alta eficiencia de purificación y el buen efecto del efluente de agua; las desventajas son la gran producción de lodos, la escasa capacidad de eliminación de nitrógeno y fósforo y los estrictos requisitos técnicos de operación y gestión. provocará lodos activados. Fenómenos anormales (como envenenamiento biológico, expansión de lodos, etc.) tardarán mucho en recuperarse, por lo que este proceso ha sido reemplazado gradualmente por otros procesos;

La planta de tratamiento de aguas residuales de Anchangla en Turquía tiene una capacidad de tratamiento de agua diaria de 765.000 toneladas. Los parámetros operativos se muestran en la Tabla 7-4. La planta de aguas residuales urbanas de Beijing (Gaobeidian) y la planta de aguas residuales urbanas de Tianjin (Jizhuangzi) de mi país también entran en esta categoría.

Tabla 7-4 Efecto de la planta de tratamiento de aguas residuales en Ankara, Turquía

(2) Método de zanja de oxidación. La zanja de oxidación, también conocida como tanque de aireación circulante o zanja de oxidación, fue desarrollada por el Instituto Holandés de Ingeniería Sanitaria en la década de 1950. Es una variante del método de lodos activados y el mecanismo de purificación es ligeramente diferente. El objetivo del desarrollo es reducir aún más la cantidad de lodos restantes y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de tratamiento de aguas residuales, reduciendo así los costos del tratamiento de lodos. El principio es extender el tiempo de reacción de aireación y usar un tanque de aireación de circulación anular para permitir que las aguas residuales tengan un período de circulación más largo en el tanque. En la sección más cercana al aireador, la concentración de oxígeno disuelto es alta y los microorganismos están en un lugar. período de alta actividad es beneficioso para la degradación de la materia orgánica; lejos de la zona de aireación, la concentración de oxígeno disuelto es baja y los microorganismos se encuentran en un ambiente anóxico, lo que es beneficioso para mejorar la autodigestión y la desnitrificación y el fósforo. capacidades de los lodos en el sistema. Existen muchas variantes del método de zanjas de oxidación en cuanto a su forma estructural, entre las que las más típicas son el tipo Orbal, el tipo Cor-rousel y el tipo alterno.

Las ventajas de este proceso son un flujo de proceso simple, una buena calidad del efluente, altas tasas de eliminación de nitrógeno y fósforo y una baja producción de lodos. Las desventajas son el largo tiempo de residencia de las aguas residuales y la gran inversión en infraestructura. Al mismo tiempo, debido a que este método utiliza aireación de mariposa giratoria superficial, el canal de agua es poco profundo, no sólo la eficiencia de la aireación es baja, sino que también los requisitos de temperatura ambiental son altos. .

Ejemplo de proyecto: la planta de tratamiento de aguas residuales de Qiaodong en la ciudad de Handan, provincia de Hebei, introdujo tecnología danesa y construyó un sistema de zanjas de oxidación alterna de tres ranuras con una escala de tratamiento de agua de 100.000 m3/d. Todos los indicadores operativos son mejores que. los requisitos de diseño (Tabla 7-5). La planta de aguas residuales petroquímica de Beijing Yanshan Petrochemical Company (60.000 m3/d) y la planta de aguas residuales de Kunming Lanhuagou (55.000 m3/d) utilizan respectivamente zanjas de oxidación tipo Obair y Carrusel, y los resultados operativos también son deficientes.

Tabla 7-5 Efectos de la operación de la planta de tratamiento de aguas residuales de Handan

(3) Método de lodos activados A-B. El método de lodos activados A-B, también conocido como método de oxidación biológica por adsorción, fue diseñado por el profesor Bink de la Universidad de Aquisgrán en Alemania a mediados de la década de 1970 para eliminar eficazmente el nitrógeno, el fósforo y la materia orgánica refractaria de las aguas residuales. Este método divide el proceso de tratamiento de aguas residuales en dos etapas según el principio de reacción microbiana. La primera etapa (A) es una sección de síntesis de adsorción de alta carga y la segunda etapa (B) es una sección de regeneración de oxidación biológica de baja carga. Mediante la segmentación, el ecosistema en cada segmento es relativamente independiente, lo que evita la interferencia mutua entre organismos, aprovecha al máximo los efectos de purificación de diferentes grupos biológicos y mejora la capacidad de purificación general del sistema. En la sección A, debido a la fuerte adsorción y capacidad autosintética de los microorganismos, no solo se pueden eliminar en gran medida los contaminantes biodegradables, sino que también se pueden eliminar los contaminantes refractarios en grandes cantidades en la sección B, debido al funcionamiento a baja temperatura; -Ambiente de carga, es beneficioso para la reproducción de bacterias digestivas y bacterias acumuladoras de fosfato, por lo que también puede mejorar las capacidades de desnitrificación y eliminación de fósforo del sistema.

Las características de este proceso son: alta eficiencia de purificación, baja inversión en infraestructura, fuerte resistencia al impacto y buena calidad del efluente. La desventaja es que el proceso es complejo y la operación y gestión son inconvenientes.

Ejemplo de proyecto: Planta de tratamiento de aguas residuales de Krefeld en Alemania, que trata 24.000 m3/d de aguas residuales por día, y la calidad del agua entrante es DBO 5400 mg/L, DQO 800 mg/L, TKN 45 mg/L y TP 10 mg/L. Los resultados del tratamiento se muestran en la Tabla 7-6.

Tabla 7-6 Resultados de operación de la planta de tratamiento de aguas residuales de Krefeld en Alemania

(4) Método de oxidación biológica por contacto. El método de oxidación por contacto biológico es un tipo de método de biopelícula y fue pionero en Japón en la década de 1970. El principio es cargar relleno (o portador) en el biorreactor y utilizar la adhesión de los propios microorganismos para formar una biopelícula en la superficie del relleno, de modo que las aguas residuales puedan purificarse durante el proceso de contacto con la biopelícula. Debido a la presencia de rellenos, este método por un lado aumenta la biomasa en el tanque de reacción y mejora la capacidad de purificación del sistema, por otro lado, la biopelícula está compuesta por bacterias aeróbicas, bacterias anaeróbicas, bacterias facultativas, hongos, y protozoos Forma un ecosistema de alta densidad con animales acuáticos superiores, por lo que tiene un buen efecto de purificación.

El suministro de oxígeno en el método de oxidación por contacto biológico utiliza principalmente aireación por chorro inferior. Durante el proceso de burbujas de aire que flotan hacia arriba y hacia abajo entre los rellenos, por un lado, pueden entrar en contacto total con la biopelícula y mejorar. La tasa de utilización del oxígeno y reduce el consumo de burbujas de aire. Por otro lado, debido al efecto agitador de las burbujas, también puede favorecer la renovación del biofilm y mejorar la actividad biológica.

Las ventajas de este método son una alta eficiencia de purificación, una fuerte resistencia al impacto, un bajo rendimiento de lodos, una operación y gestión convenientes, un bajo consumo de energía y una fuerte capacidad de eliminación de nitrógeno y fósforo. La desventaja es que, en plantas depuradoras más grandes, la cantidad de relleno necesaria es demasiado grande, lo que hace que su transporte y llenado resulten incómodos. En los últimos años, nuestro país ha desarrollado un proceso de oxidación biológica por contacto de dos etapas basado en el principio de biosorción basado en el proceso de oxidación biológica por contacto ordinario, que ha mejorado aún más la eficiencia de purificación y las capacidades de eliminación de nitrógeno y fósforo de esta tecnología, y ha ampliado el ámbito de aplicación.

Ejemplos de proyectos: planta de tratamiento de aguas residuales domésticas de Xingcheng de Beijing Yanshan Petrochemical Company (20.000 m3/d), planta de tratamiento integral de aguas residuales de la ciudad de Dongsheng en Mongolia Interior (30.000 m3/d), bodega Hebei Handan Congtai (2000 m3/d) , Hebei Jinzhou Printing and Dyeing Factory (2000m3/d), etc. adoptan el proceso de oxidación por contacto biológico de dos etapas y los resultados operativos son buenos.

(5) Método de lecho de lodos anaeróbico de flujo ascendente. La digestión anaeróbica, también conocida como digestión anaeróbica, es un método de purificación de aguas residuales en condiciones anaeróbicas mediante la digestión y degradación de materia orgánica por bacterias facultativas y bacterias anaeróbicas obligadas. El proceso de digestión y degradación se puede dividir en dos etapas: hidrólisis ácida y digestión alcalina (fermentación alcalina o digestión con metano). En la primera etapa, mediante la acción de bacterias de descomposición ácida o bacterias acidogénicas, los productos finales son ácidos orgánicos, incluidos ácido butírico, ácido propiónico, ácido acético y ácido fórmico, así como alcohol, amoníaco, CO2, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno y bioenergía. Prepárese para la siguiente etapa de digestión de metano; en la segunda etapa, bajo la acción de los metanógenos, los productos de la primera etapa se descomponen aún más en gas de digestión, siendo los principales productos el metano (CH4) y el dióxido de carbono (CO2).

El método de lecho de lodos anaeróbico de flujo ascendente se produce basándose en el principio de reacción anaeróbica. El llamado lecho de lodos se refiere a una capa de lodos de alta concentración formada mediante el depósito de lodos anaeróbicos en forma de flóculos granulares en el fondo del reactor en condiciones de cultivo artificial o domesticación. Cuando las aguas residuales fluyen hacia arriba y pasan primero a través de la capa de lodo, la mayor parte de la materia orgánica se convierte en gas de digestión. Por lo tanto, la clave del éxito del método de lecho de lodos anaeróbico de flujo ascendente es formar lodos granulares altamente activos con buen rendimiento de sedimentación.

Las ventajas de este método son una alta carga orgánica, una gran capacidad de purificación, la capacidad de tratar directamente aguas residuales orgánicas de mayor concentración y la capacidad de generar nueva energía. La desventaja es que la temperatura de reacción es estricta y cuando la concentración de compuestos de azufre en las aguas residuales es alta, inhibirá la reacción.

En la actualidad, este método se ha utilizado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales orgánicas de alta concentración, como la industria cervecera, farmacéutica, alimentaria, procesadora de carne, alcohol y otras industrias.

(6) Método de digestión anaeróbica en dos fases. Como se mencionó anteriormente, el proceso de digestión anaeróbica incluye dos etapas: hidrólisis ácida y digestión alcalina. Cada etapa tiene su propio grupo microbiano independiente que participa en su reacción. Dado que los dos tipos principales de grupos microbianos tienen requisitos muy diferentes de condiciones ambientales y tienen diferentes velocidades de reacción con los sustratos, todo el proceso de reacción está controlado por la velocidad de digestión alcalina. Por lo tanto, cuando estos dos tipos principales de grupos microbianos viven y habitan en el mismo digestor, inevitablemente no podrán estar en el mejor estado de crecimiento y reproducción y desempeñar sus respectivos roles. El método de digestión anaeróbica de dos fases se basa en este principio. Las dos etapas de reacción se completan en dos digestores respectivamente, de modo que las células biológicas en cada etapa crecen en sus propias condiciones ambientales óptimas, mejorando así en gran medida la eficiencia de la digestión y la materia orgánica. El grado de descomposición y carga orgánica del sistema también mejora la pureza del metano en el gas del digestor. Además, dado que la comunidad microbiana en la sección de hidrólisis por acidificación tiene una gama mucho más amplia de requisitos para el entorno de reacción (calidad del agua, temperatura, valor de pH, etc.) que la segunda sección, también mejora el alcance de aplicación del proceso. , especialmente para la contaminación orgánica que es difícil de degradar mediante la primera etapa de pretratamiento, el rendimiento bioquímico de las aguas residuales se puede mejorar enormemente, sentando una buena base para el tratamiento posterior.

En la actualidad, debido al efecto especial de purificación de la primera etapa del proceso anaeróbico de dos fases, la gente también ha aprovechado esto para conectarlo directamente con el proceso aeróbico, y ha desarrollado nuevos procesos como los procesos A-O y A-A-O para superar el El método aeróbico no se atreve a involucrarse en aguas residuales de alta concentración o aguas residuales bioquímicas deficientes.

2. Tecnologías no convencionales para el tratamiento de aguas residuales

El tratamiento secundario de aguas residuales no puede resolver completamente la contaminación del medio ambiente, y las aguas residuales tratadas no pueden reutilizarse directamente en la producción industrial y agrícola.

Con la aguda escasez de recursos hídricos en varios países del mundo, el simple tratamiento secundario de las aguas residuales está lejos de satisfacer las necesidades del desarrollo económico. Sin embargo, en los países desarrollados occidentales, el tratamiento terciario y el tratamiento avanzado de las aguas residuales han comenzado gradualmente. Operación, es costosa y costosa. La inversión en infraestructura y los costos operativos han puesto en problemas a muchas plantas de agua. Para buscar una tecnología de tratamiento económica y que ahorre energía, la gente rompió las reglas y volvió a la antigua forma de purificación natural. Por ejemplo, las tecnologías de tratamiento de tierras, humedales artificiales y estanques de oxidación que se han promovido y aplicado vigorosamente en los últimos años se denominan tecnologías innovadoras y alternativas (tecnologías IA). En la actualidad, la tecnología IA se ha utilizado ampliamente en el tratamiento avanzado de aguas residuales en países desarrollados, como Estados Unidos, Reino Unido, Canadá, Israel y otros países. En términos de tratamiento secundario de aguas residuales, los países en desarrollo también han hecho intentos audaces y han logrado buenos resultados de tratamiento. Ha sido promovido y aplicado en muchos países, como China, India, Brasil y otros países.

Las ventajas de la tecnología IA son bajos costos de infraestructura y operación, operación y administración simples, fácil mantenimiento y buena calidad del agua. Las desventajas son la baja eficiencia de purificación, el gran espacio y la inadecuación para su uso en áreas frías.

(1) Sistema de tratamiento de suelos. El sistema de tratamiento terrestre es una tecnología de tratamiento de aguas residuales que distribuye las aguas residuales en la tierra bajo condiciones de control artificial y utiliza la adsorción del suelo, la descomposición microbiana y la absorción de las raíces de las plantas para purificar las aguas residuales de forma natural. Los procesos básicos incluyen: infiltración difusa, infiltración rápida, desbordamiento superficial y humedal. Para mejorar la eficiencia de la purificación y los beneficios económicos, se introducen especialmente algunas plantas o árboles con alto valor económico, gran capacidad de purificación y adaptabilidad, lo que se denomina sistema de tratamiento de tierra artificial. El país más representativo que utiliza esta tecnología es Israel. En este país, casi el 80% de las aguas residuales que han pasado por un tratamiento secundario deben purificarse aún más mediante el tratamiento de la tierra y luego reutilizarse en la producción industrial y agrícola.

Nuestro país también ha llevado a cabo investigaciones en esta área en los últimos años y se ha utilizado ampliamente en el tratamiento secundario de aguas residuales, como el humedal artificial de Beijing Yanshan Petrochemical Company y la rápida filtración de tierra de la bodega Ningcheng Laojiao en Sistema de filtrado de Mongolia Interior, etc.

(2) Estanque estable (comúnmente conocido como estanque de oxidación). El estanque estable es una tecnología de tratamiento que utiliza estanques construidos y modificados de forma natural o artificial para completar la purificación de las aguas residuales a través de capacidades de purificación natural como la descomposición biológica facultativa, anaeróbica y aeróbica y la absorción de plantas acuáticas. Los estanques estables se pueden dividir en estanques anaeróbicos, estanques aeróbicos y estanques facultativos según los diferentes contenidos de oxígeno disuelto en el estanque. En aplicaciones prácticas, se pueden utilizar solos o en combinación según las funciones y eficiencia de varios estanques. La carga de procesamiento está limitada por la capacidad de autopurificación del sistema. Para mejorar aún más la capacidad de purificación del sistema, también se pueden agregar muchas medidas artificiales, lo que ha llevado a la creación de estanques de aireación mejorados, estanques de plantas acuáticas y estanques de ecosistemas.

Aplicaciones de ingeniería: como el estanque de aireación Biolak en la ciudad de Ohlstadt, Alemania federal, el estanque de jacintos de agua en la provincia de Bahía, Brasil, y el estanque ecológico en el embalse Niukouyu de la empresa Beijing Yanhua en mi país.

(3) Derecho de ecosistemas. El método ecosistémico es un método técnico para lograr la purificación de aguas residuales mediante una combinación optimizada de múltiples tecnologías de tratamiento económicas basadas en perspectivas ecológicas y teoría de sistemas. Este método se aplicó por primera vez en 1990 en el tratamiento petroquímico de aguas residuales del embalse Niukouyu de la Compañía Petroquímica Yanshan de Beijing en mi país (55.000 m3/d). No sólo logró buenos resultados de tratamiento, sino que también restableció rápidamente la ecología del área del embalse. Recibió premios de protección ambiental nacionales y extranjeros. Los expertos lo elogian mucho como un "método MTC" que trata tanto los síntomas como la causa raíz.

El ecosistema utilizado incluye:

·Materia orgánica → Bacterias, algas → Protozoos (meta)zoos → Animales acuáticos avanzados (sistema de purificación biológica)

· Orgánico materia → microorganismos → agua, plantas terrestres (sistema de depuración de plantas)

·Materia orgánica → lecho biológico → capa de suelo (sistema de depuración de suelos)