Do laboratório à aplicação em grande-escala de 300.000 m³/d, como essa tecnologia resolve o problema da desnitrificação em águas residuais com uma proporção baixa de carbono-para{4}}nitrogênio?
Para aqueles que trabalham na indústria de tratamento de águas residuais, existe atualmente um duplo desafio: por um lado, os padrões de descarga de águas residuais urbanas estão cada vez mais rigorosos, com requisitos cada vez{0}}aumentantes para a remoção do nitrogênio total e do fósforo total, tornando a desnitrificação extrema uma necessidade para a indústria; por outro lado, a proporção de baixo carbono-para{2}}nitrogênio é predominante nas águas residuais urbanas na China. Os processos tradicionais dependem de fontes externas de carbono para garantir a eficiência da desnitrificação, o que não só aumenta significativamente os custos operacionais, mas também traz pressão adicional nas emissões de carbono, contradizendo o objetivo estratégico de "carbono duplo-.
Nos processos tradicionais de AAO, a maior parte das fontes de carbono orgânico nas águas residuais são desperdiçadas através de arejamento e oxidação na fase aeróbica, deixando fontes de carbono insuficientes para a desnitrificação, tornando difícil satisfazer as necessidades de transformação da indústria de "melhorar a qualidade e eficiência + reduzir a poluição e as emissões de carbono". O rápido processo emergente Anaeróbico-Óxico-Anóxico (AOA), com sua principal força para alcançar a remoção profunda de nitrogênio e fósforo sem fontes externas de carbono, passou gradualmente da pesquisa de laboratório para a prática de engenharia em grande-escala, tornando-se um "azarão" fenomenal na indústria de tratamento de águas residuais.
Descriptografia central: apenas uma mudança na ordem de reação, qual é a mágica do AOA?
Muitas pessoas se perguntam por que o AOA, comparado ao processo AAO tradicional, apenas inverte a ordem de reação de “aeróbico” e “anóxico”, alcançando um avanço qualitativo. A resposta está em seu mecanismo exclusivo de remoção de nitrogênio e fósforo baseado na fonte interna de carbono-do tipo "primeiro armazena e depois utiliza".
Os processos AAO tradicionais (anaerobicamente-anaeróbicos-aeróbicos) empregam um fluxo anaeróbico-anóxico-aeróbico. A maioria das fontes de carbono orgânico facilmente biodegradáveis nas águas residuais são oxidadas e decompostas indiscriminadamente durante a aeração na fase aeróbia. Na verdade, muito pouco carbono está disponível para desnitrificação na fase anóxica, forçando a adição de fontes externas de carbono, como o acetato de sódio, para preencher a lacuna, criando um ciclo vicioso de "quanto mais as fontes de carbono são escassas, mais são adicionadas; quanto maior o custo, maiores as emissões de carbono".
Em contraste, o processo AAO, com seu layout anóxico-anaeróbico-aeróbico-de três estágios, reestrutura completamente o caminho de utilização da fonte de carbono, garantindo que cada fonte de carbono seja usada de forma eficaz:
1. Estágio Anaeróbico: Bloqueio de Carbono-Baseado na Fonte
O DQO facilmente biodegradável no afluente é preferencialmente convertido em fontes internas de carbono, como PHA, e armazenado nos microrganismos. Isto essencialmente prepara antecipadamente a “munição de desnitrificação” para os microrganismos, evitando o desperdício de carbono da fonte.
2. Estágio Aeróbico: Nitrificação de Precisão
Esta etapa completa todo o processo de nitrificação do nitrogênio amoniacal. Simultaneamente, ao controlar com precisão o tempo de aeração e a concentração de oxigênio dissolvido, evita a oxidação excessiva da fonte interna de carbono armazenada nos microrganismos, garantindo reservas suficientes para posterior desnitrificação.
3. Estágio Pós-Anóxico: Desnitrificação Endógena
Os microrganismos utilizam sua fonte interna de carbono pré-{0}}armazenada para completar a desnitrificação do nitrogênio nitrato. Todo o processo não depende de fontes externas de carbono, resolvendo fundamentalmente o problema da indústria de fonte insuficiente de carbono em águas residuais com baixa proporção de-carbono-para{4}}nitrogênio.
Verificação Hardcore: De 100 mil a 300 mil m³/d, esses projetos foram implementados e estão apresentando resultados.
A eficácia da tecnologia é comprovada pela prática da engenharia. Atualmente, o processo AOA tem sido aplicado em larga escala em estações de tratamento de águas residuais em diversas cidades da China, abrangendo vários cenários, como novos projetos, atualizações, impactos da estação chuvosa e operação em baixas-temperaturas, proporcionando resultados operacionais altamente convincentes.
Os resultados dos testes de produção mostram que mesmo sob condições extremas com uma carga de água superior a 202%, a qualidade do efluente do processo AOA não se deteriorou significativamente: as taxas de remoção de nitrogênio amoniacal, nitrogênio total e fósforo total sofreram apenas pequenas flutuações controláveis, e as concentrações de efluentes permaneceram consistentemente dentro dos padrões. Simplesmente ajustando a taxa de retorno do lodo primário, a proporção ar-para{3}}água e a concentração do lodo, o sistema pode retornar rapidamente à operação estável, adaptando-se perfeitamente às condições complexas de flutuações significativas no volume de água durante a estação chuvosa.
Adaptabilidade-total ao cenário: compatível com retrofits, lida com operações em baixas-temperaturas
Além de novos projetos, o processo AOA também demonstra forte compatibilidade na modernização das estações de tratamento de águas residuais existentes. Depois de concluir uma modernização do processo AOA de vala de oxidação ORBAL de 1.500 m³/d em uma estação de tratamento de águas residuais em Chongqing, a taxa total de remoção de nitrogênio aumentou de 71,52% do processo AAO original para 83,01% sem a necessidade de uma fonte externa de carbono, e os efeitos de remoção de DQO, nitrogênio amoniacal e fósforo total foram amplamente superiores aos processos tradicionais.
Abordando o problema da indústria de diminuição da atividade de desnitrificação devido às baixas temperaturas do inverno nas regiões norte/planalto, uma estação de tratamento de águas residuais de processo AOA de 40.000 m³/d em Guiyang, operando por 430 dias sob condições de temperaturas da água tão baixas quanto 11 graus, ainda alcançou uma contribuição de remoção de nitrogênio de 40% em sua zona pós-anóxica, com o nitrogênio total do efluente permanecendo estável em 4,13 mg/L. Em comparação com as estações de tratamento de águas residuais de processo AAO com a mesma fonte afluente, o nitrogênio total do efluente foi reduzido em 54,62%, o consumo de energia do tanque biológico foi reduzido em 24%, o consumo de produtos químicos em 39% e a produção de lodo em 7%.
Além do cumprimento dos padrões: potencial de atualização futura do processo AOA
Atualmente, o processo AOA formou um sistema técnico relativamente completo, mas o seu potencial vai muito além disso. Para atender às necessidades de desenvolvimento da indústria de tratamento de águas residuais para menor consumo de energia e menores emissões de carbono, a indústria começou a explorar a integração do processo AOA com novas tecnologias de remoção de nitrogênio para explorar ainda mais o potencial de atualização tecnológica.
Vários estudos mostraram que o sistema acoplado da tecnologia AOA (Aeração Automática) com tecnologias de-nitrificação de atalho e oxidação anaeróbica de amônio (ANAO) exibe excepcional eficiência de remoção de nitrogênio no tratamento de águas residuais urbanas com baixas proporções COD/TN: Um sistema integrado de-nitificação de atalho-ANAO baseado no processo AOA, após operação estável, atinge uma concentração total de nitrogênio no efluente tão baixa quanto 2,3 mg/L, com uma taxa total de remoção de nitrogênio de até 95,8%; um sistema de fluxo contínuo AOA modificado, sob condições em que a relação DQO/TN influente é tão baixa quanto 3,2, alcança efeitos de tratamento avançados com TN efluente (4,6±1,5) mg/L e fósforo total (0,2±0,2) mg/L, com remoção de nitrogênio acoplado-de ANAO sendo responsável por mais de 86%.
Essas explorações oferecem possibilidades ilimitadas para a realização futura de tratamento de águas residuais com fonte de carbono quase{0}}zero e consumo de energia quase zero usando o processo AOA, e também fornecem suporte tecnológico essencial para a transformação de baixo-carbono da indústria de tratamento de águas residuais do meu país.
Conclusão
Desde a solução do problema do gargalo da remoção de nitrogênio de águas residuais com baixas proporções de carbono-para-nitrogênio até a adaptação às necessidades de transformação da indústria de "melhoria da eficiência sinérgica por meio da redução da poluição e da redução de carbono", o processo AOA demonstrou seu valor fundamental no campo de tratamento de águas residuais por meio de resultados de engenharia tangíveis. Com iteração tecnológica contínua e promoção em-grande escala, o processo AOA está se tornando a solução preferida para a construção e modernização de estações de tratamento de águas residuais urbanas em meu país, levando a indústria a fazer uma transição constante do "cumprimento dos padrões de emissão" para um estágio de desenvolvimento de alta-qualidade de "verde, baixo-carbono e maior eficiência".