Capítulo 3 Comissionamento da Unidade Biológica
3.1 Unidade Aeróbica
⑴ Etapas de comissionamento
① Adicione lodo ativado de fontes externas ao tanque aeróbio em um volume de 0,01-0,05 da capacidade do tanque.
② Adicione águas residuais ao tanque aeróbico em um volume de 1/5-1/3 da capacidade do tanque e, em seguida, complete com água da torneira. Controle o pH da água do tanque aeróbico para 7 ou um pouco acima. Como a concentração de poluentes no tanque é elevada neste momento, não é necessário adicionar nutrientes ou fonte de carbono.
③ Ligue o ventilador e areje (aeração contínua sem água) por 8 horas. Em seguida, pare a aeração e deixe o tanque assentar por 0,5 horas. Em seguida, retome a aeração. A cada 8 horas, interrompa a aeração e deixe o tanque assentar por 0,5 horas antes de retomar a aeração. Após um dia de aeração, adicione uma pequena quantidade de água residual do tanque regulador.
④ Durante o processo de aeração, mantenha o teor de oxigênio dissolvido no tanque aeróbico entre 2 e 4 mg/L e teste a taxa de sedimentação do lodo. Se o valor diminuir gradativamente, indica que o lodo aderiu ao filler.
⑤ Diariamente, adicione oligoelementos apropriados e substitua aproximadamente um{0}}terço do volume de águas residuais do tanque. Após vários dias de aeração, sedimentação e reposição de águas residuais, continue regando a 1/3 a 1/2 da vazão projetada.
⑥ A aclimatação e o cultivo bacteriano ocorrem simultaneamente. Geralmente, uma película fina ficará visível na superfície do material de embalagem após uma semana.
⑦ Se o biofilme estiver proliferando normalmente, após aproximadamente 7 dias, parte do efluente do tanque aeróbio irá fluir para o tanque de sedimentação, enquanto parte ainda retornará para o tanque de equalização. A entrada e saída contínua de água podem então ser retomadas.
⑧ Após aproximadamente 20 dias, uma camada de biofilme laranja-preto se formará no material de embalagem e água poderá ser adicionada na vazão projetada.
⑨ Sob estas condições, a operação estável pode ser mantida por aproximadamente um mês. Neste ponto, a formação do biofilme está essencialmente completa e a proliferação microbiana começa. Monitore de perto as mudanças na qualidade da água durante este período para evitar mudanças repentinas na carga que possam impactar o tanque bioquímico.
⑩ Com o tempo, o biofilme começa a metabolizar, o biofilme antigo começa a se desprender e os sólidos em suspensão aparecem no efluente, marcando o fim da fase de formação do biofilme e a retomada do funcionamento normal.
⑵Condições de controle de processo
①Oxigênio dissolvido
Durante o processo de lodo ativado, uma certa concentração de oxigênio dissolvido deve ser mantida. O fornecimento insuficiente de oxigénio (baixos níveis de oxigénio dissolvido) afectará a actividade metabólica normal dos microrganismos das lamas activadas, reduzindo a capacidade de purificação e facilitando o crescimento de bactérias filamentosas, levando ao aumento do volume das lamas. A manutenção de um nível apropriado de oxigênio dissolvido no tanque de aeração é geralmente controlada em 1-4 mg/l. Em condições normais, recomenda-se um nível de OD de 2 mg/l na saída do tanque de arejamento.
②Temperatura
A faixa de temperatura ideal para microrganismos de lodo ativado é de 15-30 graus. Geralmente, temperaturas da água abaixo de 10 graus podem afetar adversamente a função do lodo ativado. No entanto, se a temperatura da água for reduzida lentamente, permitindo que os microrganismos se adaptem gradualmente a esta mudança-um processo conhecido como aclimatação de temperatura - então resultados de tratamento eficazes podem ser alcançados através da implementação de certas medidas técnicas, tais como a redução da carga de lamas, o aumento das concentrações de lamas activadas e de oxigénio dissolvido, e o prolongamento do tempo de arejamento.
③ Nutrientes
As necessidades de nitrogênio e fósforo dos microrganismos de lodo ativado podem ser calculadas usando a relação DBO:N:P de 100:5:1. Contudo, na realidade, as necessidades microbianas também estão relacionadas com a quantidade de lodo em excesso, ou seja, a idade do lodo e a taxa de crescimento microbiano.
④ pH
O pH ideal para microrganismos de lodo ativado está entre 6,5 e 8,5. Se o pH cair abaixo de 4,5, os protozoários desaparecem e os fungos tornam-se dominantes, levando facilmente ao amontoamento do lodo e afetando seriamente a eficiência do tratamento do lodo ativado. Quando o pH excede 9,0, a taxa metabólica microbiana é afetada.
⑤ Substâncias Tóxicas (Inibidores)
Existem muitas substâncias que são tóxicas ou inibitórias para os microrganismos. Estes podem ser amplamente divididos em substâncias inorgânicas, como metais pesados, cianeto, H₂S, elementos halogênios e seus compostos, e compostos orgânicos, como fenóis, álcoois, aldeídos e combustíveis.
Os efeitos tóxicos das substâncias tóxicas também estão relacionados a fatores como pH, temperatura da água, oxigênio dissolvido, presença de outras substâncias tóxicas e número de microrganismos.
⑥ Taxa de carregamento orgânico
A carga de lodo de esgotamento de oxigênio orgânico (DBO) é um fator chave que influencia a degradação de poluentes orgânicos e o crescimento de lodo ativado. Uma maior carga de lamas de DBO acelerará a degradação de poluentes orgânicos e o crescimento de lamas activadas; uma carga de lodo com DBO mais baixa diminuirá ambas as taxas.
⑦ Taxa de retorno de lodo
Mantenha uma quantidade adequada de lodo no sistema e controle a taxa de retorno de lodo. Dependendo do modo de operação, a taxa de retorno deve estar entre 0-100%, mas geralmente não inferior a 30-50%.
3.2 Unidade Anaeróbica
⑴ Etapas de comissionamento
① Injete lodo ativado no tanque anaeróbico como lodo de sementes. A quantidade de lodo injetada deve atingir 10% do nível normal de água de operação do tanque anaeróbio.
② Injetar esgoto no tanque anaeróbio até aproximadamente 40% do nível normal de água operacional, ou seja, o esgoto mais lodo ativado deve atingir 50% do nível normal de água operacional do tanque anaeróbio.
③ Ligue o ventilador para manter as águas residuais no tanque agitadas e evitar que o lodo se acumule no fundo. Permita que as bactérias anaeróbicas cresçam e se multipliquem naturalmente. Adicione águas residuais ao tanque anaeróbico a cada dois dias, enchendo-o sempre até 5% do nível do tanque.
④ Durante a fase de incubação anaeróbica, analise diariamente o CODcr, o nitrogênio amoniacal e o fósforo total das águas residuais. Manter o CODcr acima de 300 mg/l, o nitrogênio amoniacal acima de 2,5 mg/l e o fósforo total acima de 0,5 mg/l.
⑤ Depois que as águas residuais no tanque atingirem o nível operacional, se os resultados da análise mostrarem que os níveis de CODcr e nitrogênio amoniacal são pelo menos 20% inferiores aos do afluente, indicando que se formaram bactérias anaeróbicas, a fase de incubação e aclimatação do lodo será iniciada.
⑥ Durante a fase de aclimatação do lodo, adicione e retire continuamente água do tanque. Mantenha a taxa de afluência em aproximadamente 10% da taxa de afluência normal. Aumente a taxa de influência uma vez por dia em 10% de cada vez.
⑦ Durante a fase de aclimatação do lodo, analise diariamente o DQOcr e o conteúdo de nitrogênio amoniacal das águas residuais. Se o CODcr e o nitrogênio amoniacal no efluente forem pelo menos 30% inferiores aos do afluente, as bactérias anaeróbicas se estabeleceram e a operação normal pode ser retomada.
⑵Condições de controle de processo
①Temperatura
Com base nas três diferentes bactérias anaeróbicas mesofílicas (termofílicas a 5-20 graus, mesofílicas a 20-42 graus e mesofílicas a 42-75 graus), o processo é categorizado em anaeróbico de baixa temperatura (15-20 graus), mesófilo (30-35 graus) e termofílico (50-55 graus) anaeróbico processos. A temperatura é particularmente importante para reações anaeróbicas. Quando a temperatura cai abaixo do limite inferior ideal, a eficiência diminui em 11% para cada queda de 1 grau. Dentro da faixa acima, pequenas flutuações de temperatura de 1-3 graus têm pouco impacto na reação anaeróbica. No entanto, flutuações excessivas (rápidas) de temperatura podem reduzir a atividade do lodo e levar ao acúmulo de ácido.
② Valor de pH
O processo de hidrólise anaeróbica e acidificação tem uma faixa de pH relativamente ampla, o que significa que o pH das bactérias{0}produtoras de ácido deve ser controlado entre 4 e 7 graus. No entanto, a reacção totalmente anaeróbica requer um controlo rigoroso do pH, com a reacção metanogénica controlada dentro de um intervalo de 6,5-8,0, com um intervalo óptimo de 6,8-7,2. Um pH abaixo de 6,3 ou acima de 7,8 reduz a taxa metanogênica.
③ Potencial de{0}redução de oxidação
O potencial de-oxidação-redução durante a fase de hidrólise varia de -100 a +100 mV, enquanto o potencial de oxidação-redução ideal durante a fase metanogênica varia de -150 a -400 mV. Portanto, o teor de oxigênio introduzido no afluente deve ser controlado para evitar que afete adversamente o reator anaeróbico.
④ Nutrientes
A proporção de nutrientes no reator anaeróbico é C:N:P=(350-500):5:1.
⑤ Substâncias Tóxicas e Nocivas
Existem três tipos de substâncias nocivas que inibem e afetam as reações anaeróbicas:
1. Substâncias inorgânicas: incluem amônia, sulfetos inorgânicos, sais e metais pesados, sendo os sulfatos e sulfetos os mais inibitórios.
2. Compostos orgânicos: incluem compostos orgânicos não-polares, incluindo cinco categorias: ácidos graxos voláteis (AGVs), compostos fenólicos não-polares, taninos, aminoácidos aromáticos e compostos de caramelo.
3. Compostos xenobióticos: incluem hidrocarbonetos clorados, formaldeído, cianeto, detergentes e antibióticos.
3.3 Unidade de Hidrólise e Acidificação
⑴ Inóculo
① Fonte de inóculo: Provêm principalmente de vários lodos, como lodo de reatores anaeróbicos, anóxicos ou aeróbicos em estações de tratamento de esgoto existentes, lodo acumulado em esgotos, fossas sépticas, rios ou lagoas de esgoto e lodo de fundo de digestores de biogás rurais.
② Requisitos básicos para o inóculo: Deve conter uma população microbiana adaptada às características específicas de qualidade das águas residuais; os microrganismos (ou lamas) inoculados devem ter atividade metabólica suficiente; o lodo deve conter um grande número de microrganismos e as proporções de vários microrganismos devem ser equilibradas.
③ Método de inoculação: Calculado por volume, a quantidade de lodo de inóculo adicionado é geralmente de 10% a 30%. Se calculado com base no VSS do licor misturado após a inoculação, a quantidade de lodo de inóculo deverá ser de 5 a 10 kg VSS/m³.
⑵ Inicialização
Uma vez que o tanque de hidrólise e acidificação esteja totalmente carregado com lodo de inóculo, o esgoto e as águas residuais são alimentados em lotes controlados, e a operação inicial do reator anóxico de hidrólise é iniciada usando um método de operação intermitente. Após a entrada de cada lote de águas residuais, o reator sofre metabolismo anóxico em estado estático (ou, se apropriado, circulado e agitado através de um dispositivo de refluxo). Isto permite que a lama de inóculo ou a lama proliferada se agreguem temporariamente ou adiram à superfície de enchimento em vez de se perderem com a água. Após vários dias de reação anóxica (o tempo necessário varia com a qualidade da água e a concentração do lodo do inóculo), a maior parte da matéria orgânica é decomposta e então o segundo lote de águas residuais é introduzido. Durante a operação intermitente com entrada de água em lote, a concentração afluente ou a proporção de águas residuais industriais pode ser aumentada gradualmente, e o tempo de reação pode ser gradualmente reduzido até que o sistema esteja totalmente adaptado à qualidade do esgoto e das águas residuais e possa operar continuamente.
⑶ Condições de controle de processo
①pH 4-6. ②Oxigênio dissolvido 0,2-0,5 mg/l. ③Temperatura 15-40 graus.
Capítulo 4 Comissionamento da Unidade Físico-Química
⑴Princípio
Durante o processo de tratamento de esgoto, produtos químicos são adicionados ao esgoto, misturando o esgoto e os produtos químicos, fazendo com que as substâncias coloidais na água coagulem ou floculem. Este processo combinado é chamado de coagulação.
O processo de tratamento de coagulação e sedimentação inclui adição química, mistura, reação e separação por sedimentação.
①Dosagem
Os métodos de preparação e adição de coagulantes podem ser divididos em adição seca e úmida.
1. Adição a seco: envolve adicionar o produto químico diretamente à água a ser tratada. A adição a seco exige muita mão-de-obra, é difícil de controlar a dosagem e requer altos padrões para equipamentos de mistura. Atualmente, este método raramente é usado na China.
2. Dosagem úmida: envolve primeiro preparar o reagente em uma solução de uma determinada concentração antes de adicioná-lo às águas residuais tratadas. A dosagem úmida é fácil de controlar e proporciona boa uniformidade de dosagem. Isso pode ser feito utilizando equipamentos como bombas dosadoras, ejetores de água e dosadores de sifão.
② Mistura
Mistura refere-se ao processo no qual o reagente hidrolisa após ser adicionado ao efluente, gerando colóides de carga oposta que entram em contato com os colóides e matéria suspensa na água, formando flocos finos (comumente conhecidos como flocos de alúmen).
O processo de mixagem é concluído em aproximadamente 10{3}}30 segundos. A mistura requer agitação, que pode ser conseguida através de mistura hidráulica ou mecânica. A mistura hidráulica é comumente obtida através de métodos de mistura do tipo tubo, placa perfurada ou vórtice. A mistura mecânica pode utilizar agitação de velocidade variável e tanques de mistura do tipo bomba.
③ Reação
Após a conclusão da mistura no equipamento de mistura e reação, flocos finos se formaram na água, mas ainda não atingiram um tamanho de partícula adequado para sedimentação natural. A tarefa do equipamento de reação é agregar gradualmente os pequenos flocos em flocos maiores para facilitar a sedimentação. O equipamento de reação requer um certo tempo de residência e intensidade de agitação apropriada para permitir que pequenos flocos colidam uns com os outros e evitar que grandes flocos se assentem. No entanto, a intensidade excessiva da agitação irá quebrar os flocos gerados, e quanto maiores os flocos, mais fácil será quebrá-los. Portanto, a intensidade da agitação diminui ao longo da direção do fluxo de água no equipamento de reação.
④ Sedimentação
Após a adição química, mistura e reação, as águas residuais completam o processo de floculação e entram no tanque de sedimentação para separação da lama-água. Os tanques de sedimentação podem adotar vários tipos de fluxo, incluindo fluxo horizontal, fluxo radial, fluxo vertical e fluxo de placa inclinada.
⑵ Coagulantes inorgânicos comumente usados
① Sulfato de Alumínio [Al2(SO4)3·18H2O]
O sulfato de alumínio sólido ocorre em flocos, granulados ou em pó. É normalmente expresso pelo seu teor de óxido de alumínio, Al2O3, que é de aproximadamente 17%. A densidade aparente do sulfato de alumínio em pó é de aproximadamente 1000 kg/m3. O sulfato de alumínio líquido também é expresso em termos de seu teor de óxido de alumínio (Al₂O₃). Sua concentração é normalmente de 8% a 8,5%, que é 48% a 49% de sua forma em pó, o que significa que cada litro de solução aquosa contém 630-650g de Al₂(SO₄)₃·18H₂O.
A faixa ideal de pH para coagulação é: para remoção de cor, a faixa de pH é 5-6; para remoção de turbidez, a faixa de pH está entre 6-8. A faixa ideal de pH para produção é geralmente 6,5-7,5. Devido à baixa densidade relativa do alumínio, os flocos formados pelos sais de alumínio são leves e soltos, tornando-os menos propensos a formar partículas grandes, pesadas e que afundam facilmente, especialmente no inverno, quando as temperaturas da água são baixas.
② Cloreto de polialumínio [Aln(OH)m·Cl₃n-m]
Também conhecido como cloreto de alumínio básico, é um coagulante polimérico inorgânico com desempenho superior ao sulfato de alumínio. Sob a mesma qualidade de água, a dosagem é inferior à do sulfato de alumínio e sua adaptabilidade a uma faixa mais ampla de pH também é aceitável, variando de 5-9. É eficaz no tratamento de água com alta-turbidez e baixa temperatura, apresenta baixa corrosividade, é fácil de administrar e tem baixo custo.
③ Cloreto férrico [FeCl3·6H2O]
O cloreto férrico sólido aparece como uma substância cristalina-marrom amarelada e facilmente deliquescente. Possui uma ampla faixa de pH (entre 6 e 8,4) e forma flocos maiores, mais pesados e mais densos que os sais de alumínio. Sua eficácia no tratamento de água com baixa-temperatura ou baixa{6}}turbidez é superior à dos sulfatos. No entanto, suas desvantagens são a forte corrosividade e a deliquescência higroscópica.
④ Sulfato ferroso [FeSO4·7H2O]
Cristais verdes translúcidos, comumente conhecidos como vitríolo verde. Seu uso é menos afetado pela temperatura da água e os flocos que forma são grandes, pesados e afundam facilmente. É mais adequado para água bruta com alta turbidez, alta alcalinidade e pH de 8,5-9,5. O sulfato ferroso usado para coagulação pode colorir a água tratada, especialmente quando o Fe2+ reage com colóides coloridos na água, produzindo produtos dissolvidos mais escuros que podem afetar a usabilidade da água. Portanto, ao usar sulfato ferroso como coagulante em pH baixo, o cloro é frequentemente usado para oxidar o ferro divalente (Fe2+) em ferro trivalente (Fe3+).
⑶ Coagulantes de polímero orgânico comumente usados
① Adicionando Auxílios Coagulantes de Polímero
Auxiliares coagulantes comuns incluem ácido silícico ativado, poliacrilamida, gelatina, alginato de sódio, etc.
Ordem de adição: Adicione primeiro o coagulante e depois o auxiliar coagulante, com intervalo de 30-60 segundos entre eles.
② Adicionando ácidos e álcalis
Ajusta principalmente o pH da água para atingir o pH ideal para coagulação.
③ Adicionando oxidantes
O objetivo é oxidar impurezas orgânicas hidrofílicas e melhorar a eficiência da coagulação. Os oxidantes usados incluem cloro, pó descolorante e ozônio.
④ Método de Floculação de Contato
Isso é feito no clarificador. Lodo de alta-concentração, lodo ativado ou antracito é usado como meio de floculação de contato no clarificador para floculação de contato. Isto melhora a função de floculação central, acelera a taxa de floculação de sólidos suspensos e colóides na água e melhora a adsorção de impurezas.
⑤ Retorno parcial de lodo sedimentado
O lodo sedimentado ainda contém uma pequena quantidade de floculante. O retorno de parte do lodo sedimentado utiliza totalmente o coagulante e também atua como auxiliar do coagulante, potencializando o efeito de floculação.
⑥ Alteração do método de dosagem do coagulante
1. Adicione o coagulante de uma só vez;
2. Adicione em lotes;
3. Adicione todo o coagulante a uma porção de água, misture bem e depois misture com outra porção de água sem coagulante.
⑷ Etapas de comissionamento
① Teste Piloto
1. Analise a qualidade da água com base nas características do esgoto.
2. Realize testes de béquer regularmente com base na qualidade da água para selecionar parâmetros apropriados, como tipo de coagulante, dosagem, valor de pH, temperatura da água e velocidade do misturador.
②Depuração de processos
1. Ajuste o pH das águas residuais afluentes para atender às condições de coagulação.
2. Observar a presença de flocos de alúmen e ajustar a dosagem do coagulante e do auxiliar coagulante.
3. Observe o desempenho do afluente e do efluente e ajuste a dosagem do coagulante.
⑸Parâmetros de controle principais
①pH
O grau em que o pH da água afeta a coagulação varia dependendo do tipo de coagulante.
1. Ao usar sulfato de alumínio para remover a turbidez da água, a faixa ideal de pH está entre 6,5 e 7,5; quando usado para remoção de cor, a faixa de pH está entre 4,5 e 5.
2. Ao usar sais férricos, a faixa ideal de pH está entre 6,0 e 8,4, que é mais ampla que a do sulfato de alumínio.
3. Ao usar sulfato ferroso, o Fe₃⁺ só pode formar Fe₃⁺ rapidamente quando o pH é> 8,5 e há oxigênio dissolvido suficiente na água, o que complica o equipamento e a operação. Por esta razão, a oxidação por cloração é frequentemente utilizada.
4. O efeito de coagulação dos coagulantes poliméricos, especialmente coagulantes poliméricos orgânicos, é menos afetado pelo pH.
② Temperatura da água
A temperatura da água tem um impacto significativo na eficácia da coagulação. A hidrólise de coagulantes salinos inorgânicos é uma reação endotérmica, dificultando a hidrólise em baixas temperaturas da água. O sulfato de alumínio, em particular, hidrolisa muito lentamente em temperaturas da água abaixo de 5 graus. Além disso, o baixo volume de água e a alta viscosidade dificultam a floculação de partículas coloidais desestabilizadas, dificultando a formação floculenta e, por sua vez, comprometendo a eficácia do tratamento de sedimentação subsequente. As melhorias incluem a adição de coagulantes poliméricos ou o uso de flotação em vez de sedimentação como tratamento subsequente.
③ Coagulante e Dosagem
Para qualquer tratamento de coagulação de águas residuais, o coagulante e a dosagem ideais devem ser determinados experimentalmente. As faixas de dosagem típicas são: 10-30 mg/L para sais comuns de ferro e alumínio; 1/3-1/2 para polissais; e 1-5 mg/L para coagulantes de polímeros orgânicos. Dosagem excessiva pode facilmente levar à reestabilização coloidal.
④ Intensidade de agitação e tempo de agitação
A intensidade da agitação é frequentemente expressa em termos do gradiente de velocidade G. Durante a fase de mistura, o coagulante e as águas residuais devem ser misturados rápida e uniformemente. Isto requer um G de 500-1000 s⁻¹ e um tempo de agitação de 10-30 s⁻¹. Durante a fase de reação, é necessário criar oportunidades de colisão suficientes e condições de adsorção favoráveis para o crescimento dos flocos, evitando ao mesmo tempo a quebra de pequenos flocos. Portanto, a intensidade da agitação deve ser gradualmente reduzida e o tempo de reação deve ser prolongado. Os valores G e t correspondentes devem estar entre 20-70 s⁻¹ e 15-30 minutos, respectivamente. Para determinar as condições ideais do processo, geralmente é recomendado um teste de simulação de coagulação usando o método de agitação em béquer.