¿Qué es el abultamiento de lodos?
El problema de la acumulación de lodos es un problema espinoso que viene acompañando y ocurriendo con frecuencia desde que se produjeron los lodos activados. Sus principales características son: la estructura del lodo está suelta, el peso se vuelve más liviano y el rendimiento de compresión de la sedimentación es deficiente; el valor del SV aumenta, llegando a veces al 90%, y el SVI alcanza más de 300; se pierde una gran cantidad de lodo; y el efluente es turbio; la sedimentación secundaria dificulta la separación de sólidos y líquidos. La concentración de lodos de retorno es baja y en ocasiones va acompañada de la generación de una gran cantidad de espuma, lo que imposibilita el mantenimiento del funcionamiento normal del tratamiento bioquímico. La expansión de lodos es uno de los fenómenos anormales más graves en los sistemas de tratamiento bioquímico. Afecta directamente la calidad del agua efluente y perjudica el funcionamiento de todo el sistema bioquímico.
La incidencia de acumulación de lodos es bastante alta. Casi el 50% de las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas en Europa tienen distintos grados de acumulación de lodos cada año. La incidencia en mi país también es muy alta. Básicamente, la expansión de lodos se producirá actualmente en todos los tipos de procesos de lodos activados. La acumulación de lodos no sólo tiene una alta tasa de incidencia y es común, sino que también es difícil de controlar una vez que ocurre y, por lo general, lleva mucho tiempo ajustarla. Respecto a la expansión de lodos, existen muchas teorías en diversos aspectos, pero no son del todo consistentes e incluso contradictorias, lo que causa grandes problemas a los trabajadores del tratamiento de agua. Este artículo comenzará con los factores internos de la expansión de los lodos, clasificará varios puntos de vista relativamente maduros y universalmente significativos y resumirá los métodos generales de control de la expansión de los lodos.
1. Causas de la hinchazón de los lodos
La hinchazón de los lodos se divide en hinchazón de bacterias filamentosas y de bacterias no filamentosas. La expansión de las bacterias no filamentosas se produce principalmente cuando la temperatura del agua residual es baja y la carga de lodos es demasiado alta. En este momento, las bacterias absorben una gran cantidad de materia orgánica y no tienen tiempo para metabolizarla. Sustancias polisacáridas altamente viscosas extracelularmente, lo que provoca un gran aumento en las uniones superficiales, es difícil de precipitar y comprimir. Cuando hay una deficiencia grave de nitrógeno, también puede producirse hinchazón. Porque si hay falta de nitrógeno, los microorganismos no pueden utilizar completamente la fuente de carbono para sintetizar materiales celulares. El exceso de fuente de carbono se convertirá en polisacárido de almacenamiento extracelular. Este almacenamiento es un compuesto altamente hidrófilo que forma fácilmente agua unida, lo que afecta la sedimentación. rendimiento de los lodos y produce una expansión de lodos altamente viscosa. Cuando se produce acumulación de lodos de bacterias no filamentosas, la eficiencia del tratamiento bioquímico sigue siendo alta, el efluente sigue siendo relativamente claro y las bacterias filamentosas no se pueden ver en la microscopía de lodos. La expansión de las bacterias no filamentosas ocurre con menos frecuencia y el daño no es muy grave, por lo que no nos centraremos en ello aquí.
La expansión de bacterias filamentosas es habitual en el trabajo práctico diario, y las causas también son muy complejas. Hay muchos factores que afectan la acumulación de bacterias filamentosas en los lodos, pero lo primero que debemos tener en cuenta es que el lodo activado es un sistema de cultivo mixto, en el que existen al menos 30 tipos de bacterias filamentosas que pueden causar la acumulación de lodos. Las bacterias filamentosas son un tipo de microorganismo indispensable e importante en la relación con la producción del sistema micelar activo. Su presencia juega un muy buen papel en la depuración de aguas residuales. Es de gran importancia para mantener la estructura de flóculos del lodo, mantener la eficiencia de purificación del tratamiento bioquímico y desempeñar un papel en el filtrado de sólidos suspendidos durante la sedimentación. Los hechos también han demostrado que la acumulación de lodos no se producirá cuando las bacterias filamentosas y las bacterias coloidales estén en equilibrio. La acumulación de lodos se producirá sólo cuando las bacterias filamentosas superen a las bacterias coloidales.
1. La influencia de la carga de lodos en la expansión de los lodos
En general, se cree que el crecimiento de microorganismos en los lodos activados es consistente con la ecuación de Monod:
Fórmula Concentración de matriz sexual media, mg/L;
KS-----Constante de saturación, su valor es la concentración de matriz cuando μ=μmax/2, mg/L; μmax- ----La tasa de crecimiento específica máxima de microorganismos en concentración saturada, d-1
La investigación ha demostrado que los valores de KS y μmax de la mayoría de las bacterias filamentosas son más bajos que los de la gelatina bacteriana. Por lo tanto, de acuerdo con la ecuación de Monond anterior, las bacterias filamentosas con valores bajos de KS y μmax tienen una alta tasa de crecimiento en condiciones de baja concentración de sustrato, mientras que los grupos bacterianos con valores más altos de KS y μmax son dominantes en condiciones de alta concentración de sustrato. La misma teoría de que una carga baja es beneficiosa para el crecimiento de bacterias filamentosas es la hipótesis de la relación área de superficie/volumen (A/V). El área de superficie y el volumen aquí se refieren al área de superficie y al volumen de microorganismos en el lodo activado. Esta hipótesis sostiene que la superficie específica (A/V) de las bacterias filamentosas que se extienden fuera de los flóculos supera con creces la superficie específica de las bacterias micelares.
Cuando los microorganismos están restringidos y controlados por la matriz, las bacterias filamentosas con una gran superficie específica son más ventajosas que las bacterias para obtener el sustrato. Como resultado, las bacterias filamentosas se convierten en las bacterias dominantes en el tanque de aireación.
La opinión de que una carga baja puede conducir fácilmente a la expansión de los lodos tiene una explicación relativamente madura tanto en la operación real como en la teoría. Sin embargo, en nuestro país, el diseño de carga de las reacciones bioquímicas suele ser relativamente alto y se produce una gran expansión de lodos en condiciones de carga alta, lo que ha hecho que la gente dude de esta teoría. De hecho, la expansión del lodo en condiciones de alta carga a menudo es causada por un suministro insuficiente de oxígeno y una concentración reducida de OD en el tanque de aireación. A continuación, nos centraremos en el impacto del oxígeno disuelto OD en la expansión de los lodos.
2. Influencia de la concentración de oxígeno disuelto en la expansión de los lodos
El proceso de degradación de la materia orgánica por parte de microorganismos es esencialmente el proceso de utilización del oxígeno. El oxígeno disuelto es un parámetro de control importante en la operación del proceso de lodos activados. La concentración de OD en el tanque de aireación afecta directamente la eficiencia de eliminación de materia orgánica y el crecimiento de lodos activados. La baja concentración de OD siempre se ha considerado como uno de los principales factores que causan la acumulación de lodos de bacterias filamentosas. Debido a su mayor área de superficie específica y su menor constante de saturación de oxígeno, las bacterias filamentosas proliferan más rápido que las bacterias floculantes a bajas concentraciones de OD, lo que resulta en una expansión del lodo de bacterias filamentosas. Según diversas respuestas de investigaciones, no está claro el valor crítico de la influencia del OD en la expansión de los lodos. Los requisitos para la concentración de OD están estrechamente relacionados con la carga de lodos. Cuanto mayor es la carga, mayor es el valor crítico correspondiente. La determinación de este valor está estrechamente relacionada con la selección del proceso, el tipo de piscina y el tipo de entrada de agua, y debe determinarse en base a condiciones y experimentos reales.
3. Influencia de otros aspectos en el volumen de lodos
1) Tipo de aguas residuales
El tipo de aguas residuales tiene un impacto significativo en el volumen de lodos. En términos generales, las aguas residuales que contienen componentes orgánicos fácilmente biodegradables y solubles, especialmente hidrocarburos de bajo peso molecular, azúcares y ácidos orgánicos, pueden causar fácilmente la expansión de lodos, como las aguas residuales de la industria cervecera, láctea, petroquímica y de fabricación de papel.
2) Desequilibrio de nutrientes 3) Equilibrio
Cuando hay insuficiente N y P en las aguas residuales, es fácil causar expansión de lodos. Creo que la proporción adecuada de N y P es DBO5:N:P=100:5:1. Muchos estudios han demostrado que muchas bacterias filamentosas tienen una fuerte afinidad por los nutrientes N y P, lo que puede ser la razón por la cual la falta de nutrientes provoca la acumulación de lodos.
4) Valor de pH y temperatura
Generalmente se cree que un pH bajo puede provocar fácilmente la proliferación de bacterias filamentosas. También es muy común la influencia de la temperatura sobre las bacterias filamentosas. Por ejemplo, Microthix parvicella domina la flora filamentosa en invierno, mientras que la forma Nocardia, tipo 0041 o Nostocoida limnicda tienen más probabilidades de multiplicarse en la estación cálida.
Además, los ácidos orgánicos y el sulfuro de hidrógeno producidos por la digestión anaeróbica temprana de las aguas residuales antes de ingresar al sistema de tratamiento de agua también pueden causar expansión de lodos. Las bacterias del azufre como Thiobacillus burnetii y Thiothrix pueden obtener energía de la oxidación del sulfuro de hidrógeno. Estas bacterias proliferan en filamentos muy largos, a veces de hasta 1 cm de largo, lo que provoca la acumulación de lodos.
2. Soluciones generales para la acumulación de lodos
Categoría 1: Medidas de emergencia
Adecuado para emergencias temporales, el método principal es agregar medicamentos para mejorar el rendimiento de sedimentación de los lodos. Puede matar directamente las bacterias filamentosas. La adición de coagulantes como sal de hierro y sal de aluminio puede mejorar directamente la compacidad del lodo y garantizar agua precipitada. Además, agregar algunos productos químicos, como cloro, al lodo de retorno también puede eliminar el fenómeno de expansión del lodo. Agregar peróxido de hidrógeno y ozono también puede destruir las bacterias filamentosas.
El uso de este método generalmente puede reducir el valor del SVI rápidamente, pero estos métodos no controlan fundamentalmente la reproducción de bacterias filamentosas. Una vez que se detiene la dosificación, el fenómeno de expansión del lodo puede reaparecer. Además, la dosificación puede destruir el entorno de crecimiento microbiano del sistema bioquímico, lo que reduce los efectos del tratamiento. Por lo tanto, este método sólo puede utilizarse como emergencia temporal.
Categoría 2: Mejora del entorno bioquímico
Cuando se produce la expansión de lodos en una planta de tratamiento de aguas residuales, generalmente no se puede solucionar cambiando el flujo del proceso, el tipo de tanque y el método de aireación. resolverse según el proceso en ejecución, la reproducción excesiva de bacterias filamentosas se inhibe o elimina cambiando el entorno de crecimiento microbiano en el tanque bioquímico. Con diferentes procesos y calidad del agua, es difícil tener una solución única para todos.
Sin embargo, hay varias cuestiones a las que se debe prestar atención y que a menudo se encuentran en los procesos bioquímicos.
1) Control de las propiedades de las aguas residuales
En primer lugar, se debe comprobar y ajustar el valor del pH. Cuando el valor del pH sea inferior a 5, no sólo será beneficioso para la expansión del lodo. , pero también afecta los procesos bioquímicos normales. La reacción también causará ciertos daños, por lo que cuando el valor del pH es bajo, debe ajustarse a tiempo. Además, en las zonas frías del norte, hay que prestar atención a la temperatura del agua en invierno. Si la temperatura del agua es baja, conviene calentarla, porque la baja temperatura también puede provocar la expansión de los lodos. El uso de aireación rápida puede hacer frente eficazmente a las temperaturas más altas del agua en invierno.
Cuando los nutrientes de las aguas residuales son insuficientes o están desequilibrados, se deben complementar. El contenido de N y P debe controlarse en torno a DBO:N:P=100:5:1.
Si la digestión ocurre antes del sistema bioquímico de tratamiento de aguas residuales, el ácido orgánico de bajo peso molecular producido será beneficioso para el crecimiento de bacterias filamentosas. En este momento, las aguas residuales se pueden airear previamente en el tanque regulador para mejorar. él. Generalmente, se utiliza un difusor de aire para airear el tanque regulador con una profundidad de agua efectiva de 3 a 5 metros, y el volumen de suministro de aire se puede controlar a 0,5-1,0 m3/metro de aguas residuales cada 3 horas. Puede mantener frescas las aguas residuales de la piscina de acondicionamiento y prevenir eficazmente el olor causado por las condiciones anaeróbicas.
2) Mantener suficiente oxígeno disuelto en la piscina es particularmente importante para sistemas bioquímicos de alta carga. 3) Generalmente, al menos se debe controlar el OD >2 mg/L.
4) Los lodos del tanque de sedimentación deben descargarse o devolverse a tiempo, 5) para evitar fenómenos anaeróbicos. Si se producen fenómenos anaeróbicos, 6) los distintos gases producidos serán adsorbidos en el lodo, 7) también harán que el lodo flote y 8) deteriorarán el rendimiento de la sedimentación. 9) Y la aparición de reflujo de lodo anaeróbico también provocará la proliferación de bacterias filamentosas. En este caso, además de descargar lodos y limpiar los rincones muertos en el tanque de sedimentación, 10) y acortar el tiempo de residencia de los lodos en el tanque, 11) también se debe aumentar el valor de OD del tanque de aireación, 12) para mantener el agua que entra y sale del tanque de sedimentación más disuelta. Oxígeno, 13) o aireación y regeneración antes de que el lodo regrese al tanque bioquímico. Como se muestra a la izquierda.
Después de resolver los problemas anteriores, si el fenómeno de expansión de los lodos aún no está bajo control, se debe analizar en función de la situación real. La siguiente es una guía para varios procesos comunes para el tratamiento de aguas residuales.
A. Proceso de lodos activados de alta carga
En la actualidad, el diseño doméstico del proceso de lodos activados suele adoptar carga media (0,3KgBOD5/(kgMLSS·d)), pero en la práctica Desde un punto de vista económico, la gente siempre utiliza cargas más altas, por lo que la expansión de lodos bajo cargas elevadas tiene una importancia más amplia en China. En condiciones de carga alta, la causa más común es una OD insuficiente, por lo tanto, primero aumente la relación aire-agua, fortalezca la aireación y use aireación por chorro en el extremo superior del tanque de aireación de flujo de empuje. Observe durante un período de tiempo para averiguarlo. donde radica el problema.
Si la situación no mejora después de un período de tiempo después de tomar las medidas anteriores, puede considerar agregar relleno suave al cabezal del tanque de aireación. Esta parte tiene una alta tasa de eliminación de ácidos orgánicos, eliminando así los factores promotores del crecimiento de las bacterias filamentosas y ayudando al crecimiento de las bacterias floculantes. Este método es más efectivo, pero el costo es mayor y causará inconvenientes en la gestión de mantenimiento futura. O instale un selector con un tiempo de retención hidráulica de aproximadamente 15 minutos frente al tanque de aireación, que generalmente puede inhibir eficazmente el crecimiento de bacterias filamentosas.
Para el proceso SBR con entrada de agua intermitente, el propio reactor está completamente mezclado, y existe un gradiente de concentración en la matriz de contaminantes a lo largo del tiempo, por lo que no es necesario instalar otro selector. Generalmente, la razón de la expansión del lodo en el proceso SBR intermitente es que la concentración de lodo es demasiado alta, mientras que la concentración de materia orgánica del agua entrante es baja o el volumen de agua es demasiado pequeño, lo que resulta en una carga de lodo baja. En este caso, reducir la relación de descarga, aumentar la concentración inicial del sustrato y forzar al SBR a descargar lodo generalmente puede controlar eficazmente el fenómeno de expansión del lodo. Para procesos SBR como ICEAS y CASS que alimentan agua continuamente, si se produce expansión de lodos, es necesario configurar una zona de prerreacción o biorreactor en el extremo de entrada de agua.
B. Proceso de lodos activados de baja carga
La concentración de matriz en el tanque de aireación del proceso de lodos activados de baja carga es baja y las bacterias filamentosas pueden obtener fácilmente una mayor eficiencia de crecimiento. por lo que es el más adecuado. Es fácil provocar expansión de lodos. Además de encontrar formas de mejorar la calidad del agua y la aireación, lo más fundamental y efectivo es dividir el tanque de aireación en múltiples compartimentos y hacerlos funcionar en forma de flujo tipo pistón, o agregar un pequeño tanque de pre-aireación configurado en compartimentos. Como selector biológico se utiliza una alta carga de lodos en el selector para adsorber parte de la materia orgánica y eliminar los ácidos orgánicos.
Este método no sólo ayuda a inhibir la expansión de los lodos, sino que también mejora eficazmente el efecto del tratamiento bioquímico. El método de agregar relleno en el tanque de aireación también es aplicable al proceso de mezcla completa de baja carga.
Para los procesos A/O y A2/O, la sección anóxica, la sección anaeróbica y el sistema de retorno de lodos se pueden configurar antes de la sección aeróbica para producir las bacterias mezcladas alternativamente en estados anóxico y aeróbico. , y provoca cambios periódicos en la concentración de materia orgánica, lo que no solo controla la expansión del lodo sino que también mejora el rendimiento de sedimentación del lodo. Los sistemas con entrada continua de agua, como la zanja de oxidación de trabajo alterno y el proceso UNITANK, cuentan con "selectores" efectivos en el tiempo y el espacio, por lo que tienen un control efectivo sobre la expansión de los lodos. Si se produce expansión de lodos en estos dos procesos, la carga de lodos y el OD en el tanque se pueden ajustar ajustando la aireación para controlar la cantidad de oxígeno disuelto y la cantidad de lodos de retorno. Después de un período de mejora, el fenómeno de expansión de lodos generalmente puede desaparecer. ser controlado.
3. Resumen
En general, la expansión de los lodos se debe a la gran variedad de bacterias filamentosas y los ambientes adecuados para su crecimiento también son diferentes. En el caso de diferentes procesos y diferentes calidades de agua, el entorno de crecimiento de los microorganismos es muy delicado. Esto requiere que cuando se produce la expansión del lodo, los trabajadores del tratamiento de agua deben realizar una gran cantidad de experimentos y análisis prácticos basados en la situación real y practicar con valentía. para solucionar el problema de la expansión de lodos. A continuación se muestra un resumen de las opiniones de este artículo.
Las bacterias filamentosas son una parte indispensable en el crecimiento y procesamiento de los microorganismos. El fenómeno de la acumulación de lodos radica en el crecimiento excesivo de bacterias filamentosas. La forma fundamental de eliminar la acumulación de lodos es equilibrar el crecimiento de las bacterias filamentosas y las bacterias de lodos activados. El tipo mixto completo produce más acumulación de lodos y reduce la carga de lodos que el flujo de empuje. las cargas de lodo más altas son propensas a hincharse; la calidad del agua entrante en términos de temperatura del agua, pH, nutrientes y si hay reacción de digestión antes del tratamiento son los primeros problemas que deben investigarse para tratar el hinchamiento de lodo; cargas Generalmente se debe a insuficiencia de oxígeno disuelto; el uso de selectores biológicos para la expansión de lodos bajo cargas bajas es un método eficaz. Debido a la diversidad de bacterias filamentosas, todavía existen muchas inconsistencias entre las explicaciones teóricas y los informes reales sobre la acumulación de lodos. Sólo mediante una práctica audaz, un resumen continuo y una amplia comunicación con los pares podemos encontrar soluciones efectivas más rápidamente.