Fossa di ossidazione di aerazione dei pori pre-micro-anaerobica: tecnologia avanzata di rimozione dei nutrienti

Tecnologia di trattamento delle acque reflue del canale di ossidazione aerazione pre-a micropori-

Introduzione

Analisi delprocesso convenzionale in fossa di ossidazionerivela che regolando e ottimizzando l’intensità dell’aerazione e i modelli di flusso, le acque reflue vengono trattate in sequenza attraverso serbatoi di reazione anaerobica, anossica e aerobica, garantendo un’efficace rimozione della materia organica. Tuttavia, questioni comeinvestimento complessivo elevatoEbassa efficienza di trasferimento dell’ossigenosono comuni, portando arimozione non ottimale di azoto e fosforo. Per affrontare queste limitazioni, è stata condotta una ricerca approfondita sulla tecnologia pre-di trattamento delle acque reflue con fossato di ossidazione ad aerazione microporosa pre-anossica, con l'obiettivo di migliorare l'efficienza operativa degli impianti di trattamento delle acque reflue urbane e migliorare l'utilizzo delle risorse idriche.

1. Panoramica del progetto

L'impianto di trattamento delle acque reflue di X City tratta principalmente liquami domestici e acque reflue industriali, con un volume significativo di effluenti industriali.La capacità di trattamento progettata è di 10×10⁴ m³/d. Gli standard di qualità per gli affluenti e gli effluenti sono riportati inTabella 1. Attualmente il 30% degli effluenti trattati viene riutilizzato come acqua depurata per centrali termoelettriche, mentre il restante 70% viene scaricato nei fiumi. Sulla base delle classificazioni funzionali delle acque superficiali e degli standard di scarico degli inquinanti per gli impianti di trattamento delle acque reflue urbane, l'impianto deve soddisfare lo standard di scarico di grado 1B. Con lo sviluppo economico urbano in corso e l'aumento degli scarichi di acque reflue, l'impianto ha implementato il trattamento intercettivo delle acque reflue domestiche, ampliato la rete fognaria e adottato il processo di ossidazione con aerazione microporosa pre-anossica per ridurre l'inquinamento delle fonti idriche superficiali urbane.

2. Flusso del processo del canale di ossidazione di aerazione microporosa pre-

Il nucleo di questo processo è la combinazione di un serbatoio pre-anossico e un canale di ossidazione aerato microporoso. La sequenza del trattamento è la seguente:acque reflue → griglia grossolana → corpo pompa di ingresso → griglia fine → camera dissabbiatrice a vortice → serbatoio anaerobico → zone anossiche/aerobiche → serbatoio di sedimentazione secondaria → serbatoio di disinfezione → effluente. Una parte dei fanghi provenienti dalla vasca di sedimentazione secondaria viene scaricata all'impianto di disidratazione fanghi prima dello smaltimento finale. Il processo si concentra sul rilascio di fosforo, sulla rimozione dell'azoto biologico e sulla rimozione del fosforo.

2.1 Rilascio di fosforo

Nel serbatoio anaerobico, i batteri fermentativi convertono le macromolecole biodegradabili in intermedi molecolari più piccoli, principalmente acidi grassi volatili (VFA). In condizioni anaerobiche prolungate, gli organismi che accumulano polifosfati-(PAO) crescono lentamente e rilasciano fosfato dalle loro cellule nella soluzione scomponendo i polifosfati. Questo processo fornisce energia per l'assorbimento e la conversione degli acidi grassi a basso-molecolare in granuli di poliidrossibutirrato (PHB).

2.2 Rimozione biologica dell'azoto

L'azoto ammoniacale viene convertito in nitrito e nitrato dai batteri nitrificanti in condizioni aerobiche. Nella zona anossica, i batteri denitrificanti riducono il nitrato in azoto gassoso, che viene rilasciato nell'atmosfera. Questo processo riduce efficacemente i livelli di azoto nelle acque reflue.

2.3 Rimozione del fosforo

In condizioni aerobiche, i PAO utilizzano fonti di carbonio e PHB per assorbire l'ortofosfato, sintetizzando i polifosfati all'interno delle loro cellule. Il fosforo accumulato viene successivamente rimosso dal sistema con i fanghi di scarto, ottenendo un'efficace rimozione del fosforo.

Rispetto ai processi convenzionali,il canale di ossidazione di aerazione microporosa pre-anossica semplifica le operazioni eliminando la sedimentazione primaria o riducendone la durata. Ciò consente alle particelle organiche più grandi provenienti dalla camera di sabbiatura di entrare nel sistema biologico, risolvendo le carenze di fonti di carbonio. L'alternanza di condizioni anaerobiche-anossiche-aerobiche inibisce la crescita dei batteri filamentosi, migliora la sedimentabilità dei fanghi e integra la rimozione dell'azoto, la rimozione del fosforo e la degradazione organica. Le zone anaerobiche e anossiche creano ambienti favorevoli per la rimozione di azoto e fosforo, mentre la zona aerobica supporta il rilascio simultaneo di fosforo e nitrificazione. Il volume della zona aerobica deve essere attentamente calcolato per garantire l'efficienza:

Dove:

• X: Concentrazione dei fanghi microbici (mg/L)
• Y: Coefficiente di resa dei fanghi (kgMLSS/kgBOD)
• S_e​: Concentrazione dell'effluente (mg/L)
• S₀​: Concentrazione influente (mg/L)
• θ_C0: Tempo di ritenzione idraulica (s)
• Q: Portata influente (L/s)
• V₀: Volume effettivo del reattore aerobico (L)

3. Aspetti chiave della tecnologia del canale di ossidazione di aerazione microporosa pre-

3.1 Tecnologia dei serbatoi pre-anossici

Il serbatoio pre-anossico ospita microrganismi anaerobici che decompongono e trasformano preliminarmente la materia organica, riducendo la produzione di fanghi e alleviando il carico nelle successive fasi di trattamento.

3.1.1 Flusso del processo

3.1.1.1 Pretrattamento degli affluenti

La schermatura rimuove i solidi sospesi come plastica, capelli e rifiuti di cucina utilizzando schermi biologici avanzati. La regolazione del flusso e della qualità garantisce l'omogeneità, mentre la sedimentazione (naturale o assistita da agenti chimici-) rimuove i solidi sospesi e la materia organica/inorganica.

3.1.1.2 Reazione anaerobica

La temperatura, il pH e il tempo di ritenzione controllati facilitano la miscelazione accurata dei fanghi anaerobici e delle acque reflue, migliorando la rimozione della materia organica. I reattori anaerobici utilizzano la miscelazione o la circolazione per favorire la fermentazione, producendo CO₂, CH₄ e tracce di H₂S. Seguono la separazione del gas-liquido-solido e il trattamento del gas di coda.

3.1.1.3 Post-trattamento ed effluenti

Gli inquinanti inorganici e organici resistenti vengono trattati tramite processi aerobici o adsorbimento su carbone attivo. Il monitoraggio online tiene traccia dell'attività microbica e degli indicatori di qualità dell'acqua (ad es. rapporto F/M, ossigeno disciolto). Il rapporto F/M dovrebbe essere in media pari a 0,06; l'ossigeno disciolto nelle zone anaerobiche dovrebbe essere 0,5–1 mg/L.

3.1.2 Controllo del processo

Le misure chiave includono:

Coltivazione di fanghi anaerobici con elevata capacità di degradazione e mantenimento di rapporti nutrizionali ottimali (C:N:P ≈ 100:5:1).

Controllo del carico organico, della temperatura (30–35 gradi) e del pH (6,5–7,5). Il carico organico dovrebbe essere pari a 3–6 kgBOD₅/(m³·d).

Implementazione del riciclaggio dei fanghi per mantenere la concentrazione e l’attività microbica. I fanghi disidratati possono essere riutilizzati come fertilizzanti o mangimi.

3.2 Tecnologia del canale di ossidazione dell'aerazione microporosa

Il rigonfiamento del fango, spesso causato da batteri filamentosi o dall'espansione della zoogloa, compromette la sedimentabilità. Le seguenti equazioni descrivono la crescita microbica:

Dove:

• K_d: Coefficiente di decadimento microbico (d^-1)
• S: concentrazione del substrato (mg/L)
• K_s​: Metà-coefficiente di saturazione (mg/L)
• Y: coefficiente di resa (kgMLSS/kgCOD)
• μ_massimo: Tasso di crescita specifico massimo (d^-1)
• μ: tasso di crescita microbica (d^-1)
•  

Dove:

• S_min: Concentrazione minima di substrato allo stato stazionario (mg/L)
• K_d: Coefficiente di decadimento microbico (d^-1)
• Ks: metà-coefficiente di saturazione, ovvero la concentrazione del substrato quando μ=μmax/2μ=μmax​/2 (mg/L)
• Y: coefficiente di resa (kgMLSS/kgCOD)
• μ_massimo: Tasso di crescita specifico massimo (d^-1)

3.2.1 Parametri di progettazione del processo

Le acque reflue passano attraverso vagli, camere di dissabbiatura e vasche anaerobiche (con miscelatori) prima di entrare nel canale di ossidazione. Aeratori microporosi ed eliche sommerse creano condizioni aerobiche/anossiche alternate. Il sistema comprende due serbatoi anaerobici (2,8 ore HRT) e quattro canali di ossidazione (8,64 ore HRT). L'età del fango è di 11,3 giorni.

3.2.2 Progettazione pilota-di dispositivi su scala

Il sistema pilota comprende una camera di sabbia aerata, pompe, un selettore anaerobico, un canale di ossidazione, una pompa di riflusso dei fanghi, un sedimentatore secondario e una pompa per gli effluenti. Il selettore anaerobico (2,35 m³) ha tre scomparti con miscelatori e monitor (ORP, pH). Il canale di ossidazione (26,3 m³) è dotato di ingressi/uscite multipli e diffusori microporosi. I test hanno mostrato medie influenti: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.

Conclusione

L'integrazione delle tecnologie del canale di ossidazione di aerazione pre-microporosa e microporosa migliora significativamente la rimozione di azoto e fosforo. Gli sforzi futuri dovrebbero concentrarsi sull’ottimizzazione dell’età dei fanghi, dell’ossigeno disciolto e del rapporto di reflusso dei fanghi per migliorare ulteriormente l’efficienza del trattamento.