A operação do processo de lodos ativados requer o controle adequado de inúmeros parâmetros, incluindo o controle do MLSS, um dos indicadores mais utilizados na operação diária de sistemas de águas residuais.
1. Definição de MLSS
A concentração de lodo ativado refere-se ao teor de sólidos suspensos no licor misturado na saída do tanque de aeração, denotado pelo símbolo MLSS, com unidades de mg/L. É usado para medir a quantidade de lodo ativado no tanque de aeração. O valor total do MLSS inclui os seguintes quatro aspectos:
Microrganismos ativos;
Matéria orgânica não{0}}biodegradável adsorvida no lodo ativado;
Resíduo da auto{0}oxidação microbiana;
Matéria inorgânica.
Durante a operação, é particularmente importante notar que o MLSS se refere apenas à concentração do licor misturado no tanque de aeração, excluindo a concentração do licor misturado no tanque de sedimentação secundário. Além disso, ao monitorar a concentração do licor misturado no tanque de aeração, é crucial usar a concentração do licor misturado na saída do tanque de aeração como padrão para medir a concentração de lodo ativado em todo o tanque de aeração.
2. Relação entre Concentração de Lodo e Outros Indicadores de Controle
1. Relação entre concentração de lodo ativado e idade do lodo
A idade do lodo é um meio operacional de atingir a meta de idade do lodo através da remoção do lodo ativado. Uma faixa razoável para controlar a concentração de lodo ativado pode ser fornecida através da idade razoável do lodo e da proporção de alimento-para{2}}micróbio. De facto, se a concentração de lamas activadas for aumentada excessivamente, a idade das lamas será particularmente longa, ultrapassando o valor de idade das lamas normalmente controladas, mesmo quando a concentração de matéria orgânica afluente não é elevada. Isto indica claramente que a concentração de lodo ativado está sendo controlada muito alta, o que é muito mais preciso do que julgar se a concentração de lodo ativado precisa ser controlada com base no seu valor absoluto.
2. Relação entre concentração de lodo ativado e temperatura da água
O crescimento, a reprodução e o metabolismo do lodo ativado no tanque de tratamento biológico estão intimamente relacionados à temperatura da água. Para cada diminuição de 10 graus na temperatura da água, a atividade do lodo ativado diminuirá pela metade; quando a temperatura da água está abaixo de 10 graus, o efeito do tratamento é claramente ruim. Para resolver isso, a concentração de lodo ativado pode ser ajustada para lidar com as mudanças de temperatura da água:
Quando a temperatura da água é baixa, a concentração de lodo ativado pode ser aumentada para compensar o impacto negativo da redução da atividade do lodo ativado, alcançando assim maior eficiência de remoção em baixas temperaturas da água.
Quando a temperatura da água está elevada, a atividade do lodo ativado é vigorosa. Concentrações excessivamente altas de lodo ativado são prejudiciais à sedimentação do lodo ativado. Neste caso, a redução da concentração de lodo ativado pode evitar a formação de flocos não sedimentados e sobrenadante turvo.
3. A relação entre a concentração de lodo ativado e a taxa de sedimentação de lodo ativado
A concentração de lodo ativado afeta a taxa de sedimentação final. Uma maior concentração de lodo ativado resulta em uma maior taxa de sedimentação final e vice-versa. Isto ocorre porque uma maior concentração de lodo ativado leva a uma maior quantidade biológica, resultando em uma maior taxa de sedimentação após compressão e sedimentação. Uma diferença fundamental em relação a outros fatores que podem aumentar a taxa de sedimentação é observar se o lodo ativado comprimido é denso e se sua cor é marrom escuro. Nos casos em que o aumento da concentração de lodo não ativado leva a uma taxa de sedimentação mais alta, geralmente é devido à má compactação e a uma cor mais opaca.
É claro que uma concentração excessivamente baixa de lodo ativado também afeta significativamente a taxa de sedimentação. No entanto, muitas vezes isto não é causado por operadores que reduzem intencionalmente a concentração de lamas activadas, mas sim por uma concentração de matéria orgânica influente excessivamente baixa. Nesses casos, os operadores, sentindo que a concentração de lodo ativado é muito baixa, tentam aumentá-la, resultando no envelhecimento do lodo ativado. A observação da taxa de sedimentação final revelará sinais típicos de envelhecimento do lodo ativado: alta compressibilidade, cor escura e um sobrenadante límpido contendo flocos finos.
Se ocorrer uma taxa de sedimentação baixa devido à descarga anormal de lodo, a observação também revelará que o lodo ativado sedimentado é de cor pálida, tem baixa compressibilidade e é esparso.
3. O Impacto da Concentração de Lodo na Nitrificação e Desnitrificação
1. O Impacto da Concentração de Lodo na Nitrificação
Muitos fatores ambientais influenciam a nitrificação, incluindo pH, temperatura, SRT, OD, DBO/TKN, concentração de lodo e substâncias tóxicas. Nas estações de tratamento de águas residuais reais, apenas parâmetros como SRT, OD, DBO/TKN e concentração de lodo podem ser controlados durante a operação do processo.
um. Na nitrificação aeróbica, concentrações mais elevadas de lamas resultam numa concentração relativamente mais elevada de bactérias nitrificantes, conduzindo assim a uma taxa mais elevada de nitrificação aeróbica sob condições de elevada concentração de lamas.
b. Uma certa idade do lodo é necessária para garantir a presença de bactérias nitrificantes no lodo biológico. A criação de condições de vida favoráveis para as bactérias nitrificantes aumenta ainda mais a sua proporção na comunidade microbiana, aumentando assim a sua concentração. Em concentrações elevadas de lama, mais DBO é consumida na fase anaeróbica, resultando numa relação DBO/TKN relativamente mais baixa na fase aeróbia.
Some studies have shown an inverse relationship between the proportion of nitrifying bacteria in activated sludge and BOD/TKN. Since nitrifying bacteria are autotrophic, the concentration of organic substrate is not a limiting factor for their growth. However, if the organic substrate concentration is too high, it will cause high-growth-rate heterotrophic bacteria to proliferate rapidly, competing for dissolved oxygen. This slows down the growth of autotrophic bacteria and prevents aerobic nitrifying bacteria from gaining an advantage, resulting in a reduced nitrification rate.
c. O oxigénio dissolvido (OD) é geralmente um indicador importante na fase de nitrificação das estações de tratamento de águas residuais, normalmente acima de 2 mg/L. Na maioria dos processos de vala de oxidação, o valor médio de OD dentro da vala é difícil de atingir 2 mg/L, geralmente permanecendo em 1 mg/L ou menos. No entanto, o efeito de nitrificação ainda é bom. A razão para isto é que a concentração relativamente elevada de lamas exclusiva das valas de oxidação, embora resulte num valor de OD mais baixo, aumenta outros factores que conduzem à nitrificação.
O aumento da concentração de lodo aumenta o volume efetivo do tanque de tratamento biológico e reduz a carga. De outra perspectiva, o aumento da concentração de lodo também aumenta a capacidade aeróbica dos microrganismos. Sob as mesmas condições de aeração, a leitura do medidor de oxigênio dissolvido também deverá ser menor. Os pontos acima explicam que o aumento da concentração de lodo pode reduzir adequadamente o valor de oxigênio dissolvido (OD) no tanque de tratamento biológico, mantendo um bom nível de nitrificação.
d. Para garantir o crescimento e a reprodução normais das bactérias nitrificantes nas lamas ativadas, a idade das lamas deve geralmente ser controlada em mais de 8 dias. No entanto, para garantir uma vantagem competitiva relativamente equilibrada para as bactérias nitrificantes contra outras bactérias heterotróficas, a idade das lamas deve ser aumentada sem causar um envelhecimento severo das lamas, o que aumenta correspondentemente a concentração de lamas no sistema biológico.
2. O Impacto da Concentração de Lodo na Desnitrificação
A desnitrificação biológica é o processo pelo qual as bactérias desnitrificantes utilizam o oxigênio iônico dos nitratos para decompor a matéria orgânica sob condições anóxicas. O nitrato é reduzido a N2, completando o processo de desnitrificação. Bactérias desnitrificantes são bactérias heterotróficas facultativas abundantes em sistemas de tratamento de águas residuais. Em condições aeróbicas, utilizam oxigênio para respiração e decomposição oxidativa da matéria orgânica.
Sob condições sem oxigênio molecular, quando os íons nitrato e nitrito estão presentes simultaneamente, eles podem utilizar o oxigênio desses íons para a respiração, oxidação e decomposição da matéria orgânica. As bactérias desnitrificantes podem utilizar uma ampla variedade de substratos orgânicos como doadores de elétrons no processo de desnitrificação, incluindo carboidratos, ácidos orgânicos, álcoois e até compostos como alcanos, benzoatos e outros derivados de benzeno, que são frequentemente os principais componentes das águas residuais. Muitos fatores influenciam a taxa de desnitrificação, incluindo pH, temperatura, oxigênio dissolvido (OD), proporção de carbono-para{3}}nitrogênio (relação C/N) e concentração de lodo. Nas estações de tratamento de águas residuais reais, apenas parâmetros como OD e concentração de lodo podem ser controlados durante a operação do processo. Embora a relação C/N seja o fator de influência mais importante na reação de desnitrificação, ela é altamente dependente da qualidade da água afluente e geralmente é difícil de controlar na prática.
um. A desnitrificação requer a ausência de oxigênio molecular para permitir que as bactérias desnitrificantes utilizem o oxigênio iônico em nitratos e nitritos para decompor a matéria orgânica. Conforme mencionado anteriormente, os sistemas biológicos com altas concentrações de lodo podem reduzir adequadamente o oxigênio dissolvido (OD) durante a nitrificação, mantendo a eficiência da nitrificação. Portanto, a redução do OD no final da nitrificação reduz efetivamente o conteúdo de OD transportado no líquido de retorno de nitrato, diminuindo o impacto do oxigênio molecular no processo de desnitrificação na zona anóxica e melhorando a capacidade das bactérias desnitrificantes de utilizar fontes de carbono.
Simultaneamente, altas concentrações de lodo também resultam em capacidade aeróbica metabólica endógena relativamente forte, consumindo ainda mais oxigênio dissolvido nas zonas de retorno e anóxica. Além disso, concentrações muito elevadas de lama alteram a viscosidade do licor misturado, aumentando a resistência à difusão e reduzindo assim o OD transportado no líquido de retorno. Em alguns processos de tratamento que utilizam canais abertos como canais de retorno, isto pode reduzir a oxigenação necessária para o fluxo de retorno. Em resumo, altas concentrações de lodo desempenham um papel significativo na redução de OD durante a fase de desnitrificação na operação real do processo.
b. Como as bactérias desnitrificantes são bactérias heterotróficas facultativas e são abundantes em sistemas de tratamento de águas residuais, aumentar a concentração de lodo no sistema pode efetivamente aumentar a concentração de bactérias desnitrificantes. A taxa de desnitrificação é amplamente independente das concentrações de nitrato e nitrito, mas exibe uma reação de primeira-ordem com a concentração de bactérias desnitrificantes.
Portanto, na operação real do processo, altas concentrações de lodo podem encurtar o tempo de desnitrificação e reduzir o volume efetivo da zona anóxica. Dado um volume efetivo fixo na zona anóxica, altas concentrações de lodo permitem uma melhor utilização de matéria orgânica relativamente difícil de-degradar-na matriz orgânica como fonte de carbono. Isto é particularmente importante para os processos de remoção de nitrogênio e fósforo, especialmente quando as fontes de carbono são insuficientes.
c. Altas concentrações de lodo resultam em diâmetros de flocos microbianos relativamente maiores. Durante a nitrificação, o baixo nível de oxigênio dissolvido leva a um menor gradiente de pressão de oxigênio, facilitando a formação de ambientes anóxicos dentro dos flocos, promovendo assim a desnitrificação. Portanto, altas concentrações de lodo podem promover a desnitrificação simultânea.
4. O impacto da concentração de lodo na remoção biológica de fósforo
A chave para a remoção biológica de fósforo é aumentar a proporção de bactérias-acumuladoras de polifosfato no sistema de lodo ativado e, ao mesmo tempo, promover seu rápido crescimento e reprodução durante a operação do sistema, mantendo um alto teor de fósforo nas bactérias-acumuladoras de polifosfato após a descarga.
Para aumentar a proporção de bactérias-acumuladoras de polifosfato (PAC) no lodo ativado do sistema, é necessário criar um ambiente e condições hidráulicas mais favoráveis para seu crescimento e reprodução. Isto significa ter um bom ambiente anaeróbico e aeróbio no fluxo do processo. O controle dos fatores ambientais na zona anaeróbica é particularmente importante para o crescimento e reprodução das bactérias PAC e para a obtenção da remoção do fósforo. Uma alta concentração de lodo na zona anaeróbica é mais benéfica para as bactérias PAC.
A eficiência da remoção biológica do fósforo está intimamente relacionada com a idade do lodo. Somente com uma certa idade do lodo (em torno de 3 dias) o excesso de fósforo pode ser efetivamente removido, alcançando a função de remoção de fósforo. Dado um afluente fixo de sólidos suspensos (SS), uma vez que a concentração de lodo é diretamente proporcional à idade do lodo, quanto maior a concentração de lodo além de uma certa faixa, pior será o efeito de remoção de fósforo.
um. Embora mantendo uma idade de lama suficiente para a eficiência da remoção de fósforo, o aumento da concentração de lama na zona anaeróbica resulta numa concentração correspondentemente mais elevada de bactérias PAC. Isso aumenta a quantidade de microrganismos-liberadores de fósforo, o que, por sua vez, aumenta a quantidade de microrganismos aeróbicos subsequentes-absorvedores de fósforo, aumentando assim o efeito geral de remoção de fósforo do sistema.
b. Na zona anaeróbica, as bactérias-acumuladoras de polifosfato absorvem AGV e liberam fósforo. Simultaneamente, sob condições de alta concentração de lodo, a zona anaeróbica pode servir como seção de acidificação anaeróbica do sistema, hidrolisando anaerobicamente matéria orgânica recalcitrante e de alto-peso-molecular na água. A energia liberada durante a liberação de fósforo pelas bactérias acumuladoras de polifosfato pode ser usada para absorver ativamente ácido acético, H+, etc., formando PHB e armazenando-o dentro das bactérias. Isto promove o processo de acidificação da matéria orgânica, melhora a biodegradabilidade das águas residuais e aumenta a fonte de carbono utilizada para reações de desnitrificação em processos de tratamento subsequentes.