Trattamento misto delle acque reflue domestiche e delle cartiere: confronto sperimentale di 4 processi

Prendiamo un flusso di acque reflue domestiche - prevedibile, biodegradabile, facile. Aggiungere le acque reflue della fabbricazione della carta - ricche di fibre di legno, composti fenolici, residui di sbianca e colore. Mescolateli nello stesso impianto di trattamento e avrete creato delle acque refluepiù difficile da trattare rispetto a entrambi i flussi da soli. La frazione biodegradabile diminuisce. I solidi sospesi cambiano carattere. I fouling delle membrane si moltiplicano. Questo articolo riporta i risultati sperimentali di quattro approcci di trattamento applicati alle acque reflue domestiche miste-produttive della carta: trattamento biologico, precipitazione chimica, separazione tramite membrana e una combinazione integrata. Solo un approccio ha consentito di ottenere una rimozione elevata e costi gestibili.

1. DUE FLUSSI DI ACQUE REFLUE, DUE PROBLEMI COMPLETAMENTE DIVERSI

1.1 Acque reflue domestiche - volume elevato, bassa complessità

I liquami domestici trasportano materia organica, azoto, fosforo, solidi sospesi e microrganismi patogeni - il tutto a concentrazioni che variano a seconda della densità di popolazione, dello stile di vita e della stagione. La maggior parte della frazione organica è biodegradabile. COD e BOD sono gli obiettivi principali del trattamento. L'azoto appare come ammoniaca e nitrato; Il fosforo guida il rischio di eutrofizzazione. I solidi sospesi provengono da residui di cibo, polvere e detersivi. Niente in questo flusso è chimicamente esotico - la sfida è il volume, non la tossicità.

1.2 Acque reflue della produzione della carta - volume ridotto, elevata complessità

Le acque reflue della produzione della carta sono un animale diverso. Le fibre di pasta di legno - materia prima non completamente decomposta - creano solidi sospesi ad alto contenuto fibroso e intasante. I residui chimici derivanti dalla lavorazione della pasta e dallo sbiancamento - cloruri, agenti sbiancanti, tensioattivi - aumentano il COD e, cosa più critica,inibire i microrganismiche altrimenti li degraderebbe. Il colore, soprattutto quello derivante dallo sbiancamento al cloro, è intenso e resiste ai trattamenti biologici convenzionali. I composti fenolici aggiungono tossicità acuta. Il flusso è più difficile da trattare ma ha un volume inferiore -, il che rende il trattamento misto economicamente interessante, se il processo è in grado di gestirlo.

1.3 Perché mescolare rende tutto più difficile

Mescolare i due flussi crea tre sfide specifiche che nessuno dei due flussi presenta da solo:

Mancata corrispondenza della biodegradabilità.I liquami domestici sono facilmente biodegradabili. Le acque reflue della produzione della carta contengono sostanze organiche refrattarie - fenolici, alcuni residui chimici - che resistono all'attacco biologico. In un reattore biologico misto, la frazione facile si degrada rapidamente mentre la frazione refrattaria si accumula, riducendo l'efficienza complessiva di rimozione.

Conflitto di separazione solido-liquido.Le fibre di pasta di legno creano un fango fibroso che si comporta diversamente dai fanghi flocculanti delle acque reflue domestiche. Le caratteristiche della sedimentazione cambiano. La disidratazione diventa imprevedibile. Il fango misto è più difficile da gestire rispetto a ciascuna delle due fonti prese singolarmente.

Fluttuazione della qualità dell'acqua amplificata.Le acque reflue domestiche variano di giorno e stagionalmente. Le acque reflue della produzione della carta sono relativamente stabili quando la produzione è in corso - ma cambiano bruscamente con i lotti di processo, i lavaggi e i cambiamenti di qualità. Una volta miscelato, il flusso combinato può variare in termini di pH, ammoniaca e COD più velocemente di quanto possa adattarsi qualsiasi singolo processo di trattamento.

2. QUATTRO PROCESSI TESTATI - RISULTATI SPERIMENTALI

Ogni processo è stato valutato in un reattore a flusso continuo-utilizzando campioni reali di liquami domestici e di acque reflue della produzione della carta. COD, BOD, azoto, fosforo e inquinanti specifici sono stati monitorati in diversi tempi di reazione, temperature e condizioni operative.

2.1 Il trattamento biologico - funziona per uno, fallisce per l'altro

Dopo un tempo di ritenzione di 3–5 giorni, il trattamento biologico è stato rimossooltre il 70% di COD e BOD provengono dalle acque reflue domestiche. Solo per le acque reflue della produzione della carta è stata raggiunta la rimozione del COD40–50%. Quando i flussi venivano mescolati, la rimozione del BOD scendeva a40–60%- ben al di sotto dell'80% raggiunto trattando solo le acque reflue domestiche.

Il meccanismo è chiaro: le sostanze fenoliche e i residui chimici nella frazione di fabbricazione della carta hanno inibito la comunità microbica. I microrganismi che consumavano facilmente i prodotti organici domestici venivano parzialmente soppressi dai prodotti chimici della produzione della carta, riducendo la capacità complessiva di biodegradazione. L’esperimento ha confermato ciò che la teoria prevede:il trattamento biologico da solo non è in grado di gestire il flusso misto.

2.2 Precipitazione chimica - forte su fosforo e metalli, debole sui tensioattivi

Utilizzando cloruro di alluminio e idrossido di calcio come precipitanti, rimozione del fosforo nelle acque reflue mistesuperato l'85%. Raggiunta la rimozione di piombo e rameoltre l'80%- i metalli pesanti provenienti dai processi di produzione della carta sono precipitati in modo efficiente. Tuttavia, alcuni tensioattivi presenti nella frazione di fabbricazione della carta hanno resistito alla precipitazione e sono passati attraverso in gran parte inalterati.

La precipitazione chimica è uno strumento mirato: rimuove ciò che è destinato a rimuovere (fosforo, metalli) e lascia ciò che non è (sostanze organiche disciolte, tensioattivi, colore). Essendo un processo autonomo per le acque reflue miste, affronta solo una parte del carico inquinante. Ma come fase di un percorso terapeutico, gestisce la frazione con cui la biologia e le membrane lottano, - una nicchia preziosa.

2.3 Separazione della membrana - ottima rimozione, rapida incrostazione

Ultrafiltrazione rimossaoltre il 90% dei solidi sospesi e della materia organica macromolecolaredalle acque reflue miste, con flusso di membrana ragionevolmente elevato. Ma le piccole-molecole organiche - la frazione disciolta che l'ultrafiltrazione non può respingere - sono passate e hanno richiesto la nanofiltrazione a valle o l'osmosi inversa.

Il risultato critico è stato il comportamento incrostato. Le fibre di pasta di legno e i pigmenti provenienti dalle acque reflue della produzione della carta hanno formato un denso strato di deposito sulla superficie della membrana, ostruendo i pori e riducendo la permeabilità più velocemente di quanto causerebbero i soli liquami domestici. Lo strato incrostato era fisicamente diverso - fibroso anziché gelatinoso - e richiedeva protocolli di pulizia diversi.Il fattore limitante per questa applicazione è l'incrostazione della membrana, non il rigetto della stessa.

2.4 Terapia integrata - la combinazione che funziona

Il processo integrato ha sequenziato tre fasi: prima il trattamento biologico (per rimuovere la maggior parte delle sostanze organiche biodegradabili), poi la precipitazione chimica (per colpire il fosforo e i metalli pesanti) e infine la separazione tramite membrana (per la lucidatura avanzata delle sostanze disciolte e degli inquinanti in tracce).

I risultati giustificano la complessità:

Dopo le fasi di precipitazione biologica + chimica,La rimozione del COD ha superato l'80% e la rimozione del fosforo ha superato il 90%. Lo stadio a membrana ha poi rimosso le sostanze residue disciolte e gli inquinanti in tracce. Fondamentalmente, rimuovendo il carico organico e particolato sfuso prima della membrana,le incrostazioni sono state significativamente ridotte- le fasi di pre-trattamento hanno fruttato il loro costo prolungando la durata della membrana e riducendo la frequenza di pulizia.

3. OTTIMIZZARE OGNI FASE

3.1 Trattamento biologico - aggiungi i microbi giusti

I fanghi attivi standard lottano con i composti fenolici. L'ottimizzazione:bioaumento con ceppi degradanti specializzati- batteri selezionati o progettati specificatamente per la degradazione fenolica. Insieme a tempi di ritenzione adeguati (più brevi per la frazione domestica, estesi per la frazione produttiva della carta), la fase biologica può essere adattata all'effettivo profilo di biodegradabilità del flusso misto piuttosto che a un presupposto di progettazione generico.

3.2 Precipitazione chimica - passa al cloruro ferrico

Sostituzione della calce tradizionale concloruro ferricoraggiunge una rimozione equivalente del fosforo a un costo chimico inferiore e produce fanghi più densi e disidratabili. Combinando la precipitazione con la fase biologica - consentendo alla biologia di rimuovere parte del carico organico prima che la precipitazione prenda di mira fosforo e metalli - si riduce la domanda chimica che richiederebbe una fase di precipitazione autonoma.

3.3 Separazione della membrana - pre-trattamento è la vera protezione della membrana

Il costo principale della membrana non è la membrana in sé - ma la sostituzione e la pulizia incentrate sulle incrostazioni-. L'ottimizzazione è a monte: migliorare il pre-trattamento per eliminare le particelle più grandi (fibre di legno, solidi sospesi) prima che raggiungano la superficie della membrana. I detergenti chimici e i metodi di pulizia fisica più delicati - controlavaggio, lavaggio con aria - riducono il deterioramento della membrana rispetto ai cicli aggressivi di pulizia chimica-in-place.

3.4 Controllo integrato - consente al sistema di adattarsi da solo

UNsistema di controllo intelligenteche monitora la qualità dell'acqua in tempo reale e regola i parametri operativi - intensità di aerazione, tassi di dosaggio dei prodotti chimici, frequenza del controlavaggio della membrana - in base alle effettive condizioni dell'affluente, non a setpoint fissi. Quando la frazione di fabbricazione della carta è elevata, il sistema aumenta la precipitazione chimica e prolunga la ritenzione biologica. Quando prevalgono le acque reflue domestiche, si riducono le sostanze chimiche e si accorcia la ritenzione. Il risultato: un trattamento che tiene traccia dei rifiuti effettivi, non dei presupposti di progettazione.

CONCLUSIONE: QUALE PROCESSO PER QUALE INQUINANTE?

Le prove sperimentali sono inequivocabili: nessun singolo processo tratta adeguatamente le acque reflue miste domestiche-produttive della carta. Il trattamento biologico gestisce la frazione domestica ma è parzialmente inibito dai prodotti chimici legati alla produzione della carta. La precipitazione chimica rimuove fosforo e metalli ma non contiene sostanze organiche disciolte. Le membrane raggiungono un'elevata rimozione ma sporcano rapidamente la fibra del legno.La sequenza integrata - biologia prima, chimica poi, membrana infine - raggiunge oltre l'80% di rimozione del COD e oltre il 90% di rimozione del fosforo, con incrostazioni della membrana gestibili perché gli stadi a monte eliminano i fouling.Per le piante che ricevono entrambi i flussi, la questione non è se integrare, ma come sequenziare le fasi e come controllarle in modo intelligente.