Medio de Lecho Fluidizado MBBR, Tratamiento de Aguas Residuales K1-K6 Membrana Biológica Porosa Medios Suspendidos con Especificaciones Completas

Con la promulgación de la "Ley Nacional de Prevención y Control de la Contaminación del Agua" y el "Plan de Acción para la Prevención y Control de la Contaminación del Agua" (en adelante, los "Diez Artículos del Agua"), los estándares de descarga para el tratamiento de aguas residuales se están volviendo cada vez más estrictos. Las instalaciones existentes de tratamiento de aguas residuales urbanas en el país necesitan ser renovadas según las condiciones locales para cumplir con los estándares de descarga correspondientes.

Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas, debido a las limitaciones de terreno durante su construcción inicial, no reservaron suficiente terreno para la expansión. En las regiones frías del norte durante el invierno, el aumento de los estándares de descarga, la sensibilidad de las bacterias nitrificantes a la temperatura y el impacto de las bajas temperaturas en la concentración de lodos en los procesos de lodos activados resultan en que el sistema de tratamiento bioquímico no pueda eliminar el nitrógeno de manera efectiva. Se han propuesto diferentes soluciones tanto a nivel nacional como internacional para abordar esta dificultad en la ingeniería del tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, adoptar un proceso de biopelícula, que es más resistente a las bajas temperaturas, puede resolver eficazmente el problema de la eliminación de nitrógeno en las aguas residuales. Existen varios tipos de procesos de tratamiento de biopelícula, como el proceso de biofiltro aireado de lecho fijo desarrollado por Degrémont en Francia, y el proceso de reactor de biopelícula de lecho móvil, entre otros.

Este artículo introduce principalmente el proceso de Reactor de Biopelícula en Lecho Móvil (MBBR), que combina orgánicamente el método de biopelícula y el método de lodos activados. Actualmente, se han construido miles de instalaciones de tratamiento de aguas residuales que utilizan el proceso MBBR en muchos países del mundo, logrando buenos efectos de tratamiento. El proceso MBBR utiliza los principios básicos del método de biopelícula mientras incorpora las ventajas del método de lodos activados. Utiliza portadores suspendidos como medio para el crecimiento microbiano y, a través de la fluidización completa de estos portadores suspendidos en el tanque de tratamiento biológico secundario, logra un tratamiento eficiente de las aguas residuales.

principio de funcionamiento

El Reactor de Biopelícula de Lecho Móvil (MBBR) requiere portadores suspendidos con características como una gravedad específica cercana al agua, una gran área superficial específica efectiva y aptitud para la adhesión y el crecimiento microbiano. Actualmente, múltiples fabricantes de equipos en China han desarrollado con éxito estos portadores, y también se han promulgado normas industriales relevantes en nuestro país. Los portadores suspendidos pueden mantenerse en suspensión con una ligera agitación en el tanque bioquímico, moverse libremente con el agua y formar fácilmente un estado fluidizado. En condiciones aeróbicas, la flotabilidad generada por la aireación y la oxigenación impulsa el movimiento de los portadores y el agua circundante. Cuando el flujo de aire pasa a través del flujo de agua y los espacios en los portadores, es bloqueado por los portadores y dividido en pequeñas burbujas de aire. En este proceso, los portadores se agitan y mezclan completamente con el flujo de agua, mientras que el flujo de aire se divide completamente en burbujas finas, aumentando el contacto entre la biopelícula y el oxígeno y mejorando la eficiencia de transferencia de oxígeno.

Bajo condiciones anaeróbicas, el flujo de agua y el material de relleno se fluidizan completamente por la acción del mezclador sumergible, logrando el propósito de un contacto suficiente entre la biopelícula y los contaminantes a tratar para su degradación. El núcleo del proceso MBBR es lograr la fluidización completa del relleno portador suspendido para mejorar el propósito del tratamiento de contaminantes. En la aplicación práctica del proceso MBBR, los factores principales a considerar incluyen el tipo de reactor bioquímico, la cantidad de relleno suspendido añadido, el sistema de aireación, la rejilla de retención, el impulsor, etc.

La fluidización del empaque biológico en la zona de aireación es clave para que el sistema logre un buen rendimiento de tratamiento. Esto se logra principalmente mediante el sistema de aireación en la zona aeróbica del tanque bioquímico. Un sistema de aireación apropiado en la zona aeróbica puede asegurar el efecto de fluidización del empaque biológico, asegurando que el empaque fluidizado se mueva hacia arriba y hacia abajo, hacia adelante y hacia atrás en el cuerpo de agua, permitiendo una mezcla completa, colisión y contacto entre el empaque y las aguas residuales, completando eficazmente los procesos de contacto, intercambio y adsorción entre los contaminantes, el agua y el gas en tres direcciones. La gravedad específica del empaque generalmente se selecciona entre 0.94 y 0.97. Durante el período de bioaumento, una gran cantidad de biopelícula se adherirá gradualmente a la superficie del empaque. Cuanto mayor sea la cantidad de adhesión, mayor será gradualmente la gravedad específica. Cuando la biopelícula en el empaque alcanza un cierto grosor, su gravedad específica se vuelve mayor que 1, y el empaque se hunde al fondo del tanque desde la zona sin aireación. La fuerza de impacto en el fondo de la zona de aireación es la más fuerte, lo que puede eliminar rápidamente la biopelícula residual en el empaque. Después de la脱膜 (descamación), la gravedad específica del empaque también disminuye por debajo de 1 y asciende en la zona de aireación. Basado en las características del cambio de gravedad específica antes y después de la adhesión biológica, el empaque puede girar en la zona de aireación y la zona sin aireación con el flujo de agua, completando así alternativamente los procesos de crecimiento y desprendimiento de la biopelícula, asegurando la estabilidad de la cantidad y actividad de la biopelícula, y haciendo que la operación del proceso sea relativamente estable. Para evitar que el empaque suspendido fluidizado entre en la siguiente etapa con el licor mixto, se diseña e instala una pantalla simple en una posición apropiada en la zona aeróbica para interceptación y separación. El material de la pantalla es acero inoxidable, y su tipo se adapta al empaque suspendido.

Características del Proceso MBBR

1. La eliminación de nitrógeno y fósforo se puede mejorar utilizando un proceso compuesto de lodos activados con portador suspendido, que permite la separación de las edades de lodo para diferentes microorganismos funcionales dentro del mismo reactor. Las bacterias desnitrificantes (bacterias nitrificantes) son generalmente bacterias de edad de lodo larga y requieren una edad de lodo más larga (15-25 días); las bacterias eliminadoras de fósforo (bacterias acumuladoras de polifosfato) son generalmente bacterias de edad de lodo corta y requieren una edad de lodo más corta (3-7 días). Una edad de lodo excesivamente larga puede provocar una actividad microbiana deficiente, una carga de tratamiento reducida, dificultad de agregación y un rendimiento de sedimentación reducido debido al envejecimiento. En la práctica, los procesos tradicionales de eliminación de nitrógeno y fósforo enfrentan una contradicción irreconciliable en términos de edad de lodo. El proceso compuesto, debido a la adición de portadores biológicos, proporciona un soporte para el crecimiento de las bacterias nitrificantes, extendiendo su edad de lodo y mejorando la eficiencia de eliminación de nitrógeno; al mismo tiempo, controlar el sistema de lodos activados para una edad de lodo corta puede mejorar la eficiencia de eliminación de fósforo; la biopelícula de lodo, completamente fluidizada por la aireación y el flujo de agua, promueve la renovación de la biopelícula y previene una disminución en el rendimiento del tratamiento debido a la edad de lodo excesiva y el envejecimiento del lodo; durante el invierno, cuando las temperaturas del agua son bajas y el sistema de lodos activados es desfavorable para el crecimiento de las bacterias nitrificantes, la biopelícula desprendida actúa como un inóculo continuo para los lodos activados, manteniendo el rendimiento de nitrificación del sistema.

2. Fuerte resistencia a la carga de impacto y buen efecto de tratamiento. La carga de impacto se manifiesta principalmente como el impacto en la calidad del agua de contaminantes convencionales, el impacto en la calidad del agua de contaminantes tóxicos y el impacto en el caudal. La esencia es el impacto de los cambios en la cantidad de contaminantes transportados por los microorganismos por unidad de área superficial por unidad de tiempo en el efecto de tratamiento. La edad del lodo en la zona de empaque del proceso MBBR es larga, lo que aumenta la abundancia de las poblaciones microbianas, lo cual es beneficioso para el tratamiento de materia orgánica refractaria. Bajo condiciones de calidad de agua adversas como baja temperatura, alta salinidad y bajo sustrato, la larga edad del lodo y la presencia de microambientes locales aeróbicos y anaeróbicos en MBBR favorecen la selección y enriquecimiento de microorganismos adaptados a condiciones de calidad de agua adversas, facilitando el enriquecimiento de bacterias psicrófilas, halófilas, etc. La tasa de transferencia de masa de la biopelícula es más lenta que la del lodo activado y, de manera similar, el calor generado por la degradación biológica se intercambia con el cuerpo de agua más lentamente, aumentando la temperatura ambiental local de los microorganismos, lo cual es beneficioso para mantener la actividad bacteriana. Macroscópicamente, MBBR aún muestra un buen efecto de tratamiento bajo condiciones de calidad de agua adversas como baja temperatura, alta salinidad y bajo sustrato.

3. El lodo activado no es propenso al hinchamiento en un sistema MBBR puro porque es un proceso de membrana puro, libre de problemas de hinchamiento del lodo. Al utilizar un proceso compuesto de lodo activado con portador suspendido, el contenido de materia inorgánica de los biopelículas envejecidos y desprendidos es relativamente alto y su densidad es grande, lo que facilita su sedimentación. Además, las sustancias poliméricas extracelulares de los biopelículas son más abundantes que las del lodo activado, exhibiendo un efecto de floculación por contacto, lo que mejora el rendimiento de agregación del lodo y el rendimiento de sedimentación del lodo. El menor rendimiento de lodo excedente ahorra costos de disposición de lodo. El rendimiento de lodo del proceso de biopelícula es solo la mitad del del proceso de lodo activado. El proceso MBBR puede reducir significativamente el rendimiento de lodo excedente. Además, el rendimiento de sedimentación mejorado del lodo facilita la reducción del contenido de agua del lodo, ahorrando así costos de disposición de lodo.

4. El proceso de lecho fijo, que no es propenso a obstruirse y no requiere retrolavado, a menudo sufre de una distribución desigual del agua que conduce a zonas muertas, requiere un retrolavado regular con consumo adicional de energía e instalaciones de soporte, y se ve afectado por problemas como los gusanos rojos que reducen el rendimiento de la nitrificación. Debido a que el relleno y el flujo de agua se mezclan en todo el volumen del tanque biológico, la posibilidad de obstrucción del tanque biológico se elimina fundamentalmente, el volumen del tanque se utiliza completamente y el retrolavado es innecesario.

5. El sistema de portadores suspendidos MBBR tiene una larga vida útil, y los portadores son resistentes al desgaste y duraderos. El mezclador utiliza aspas de mezcla en forma de banana con contornos suaves que no dañan los portadores. Todo el sistema de mezcla y aireación es fácil de mantener y gestionar. Debido al efecto de ruptura de burbujas de los portadores, la eficiencia de transferencia de oxígeno mejora. Se puede utilizar aireación perforada para mejorar la seguridad del sistema de aireación y extender el ciclo de mantenimiento.

6. Aplicable a la mejora, renovación y expansión volumétrica de plantas de tratamiento de aguas residuales, el proceso MBBR tiene alta flexibilidad operativa y puede usar varios tipos de tanques sin afectar el efecto de tratamiento del proceso; al mismo tiempo, es muy flexible seleccionar rellenos con diferentes áreas superficiales específicas y diferentes tasas de llenado de relleno. Cuando la calidad del agua de entrada o el caudal de operación real cambian, el propósito de la expansión volumétrica se puede lograr simplemente aumentando la tasa de llenado de relleno, al tiempo que se garantiza que el volumen original del tanque biológico diseñado permanezca sin cambios, cumpliendo así los requisitos tanto de tratamiento eficiente como de expansión futura de la escala de tratamiento sin aumentar el volumen del tanque.

Características de Aplicación del Proceso MBBR

Debido al sistema único de simbiosis de biopelícula del proceso MBBR, puede integrar eficazmente el proceso de lodos activados y el proceso de biopelícula, poseyendo las ventajas significativas de la tecnología de simbiosis de biopelícula y combinando inteligentemente el proceso de lodos activados y el proceso de biopelícula. El propósito principal de este sistema es aprovechar las buenas características de resistencia a bajas temperaturas del proceso de biopelícula para mejorar la eliminación de materia orgánica y nitrógeno amoniacal en la etapa aeróbica, haciendo que sus tasas de eliminación superen las tasas de eliminación correspondientes al uso exclusivo de la mezcla de licor. Las bacterias nitrificantes existen dentro de la biopelícula producida en los portadores suspendidos del MBBR. El desprendimiento de la biopelícula inocula la mezcla de licor. En comparación con el proceso de lodos activados solo con el mismo tiempo de retención celular promedio de sólidos suspendidos en la mezcla de licor, este desprendimiento e inoculación de biopelícula aumenta significativamente la proporción de bacterias nitrificantes en la mezcla de licor. Por lo tanto, la presencia de portadores de biopelícula ayuda a aumentar la tasa de nitrificación por unidad de volumen de tanque, mejora la capacidad de nitrificación del proceso de tratamiento secundario y, por lo tanto, mejora aún más la eficiencia de eliminación de nitrógeno amoniacal.

Sus características de aplicación principales

1. Es adecuado para regiones extremadamente frías con temperaturas de afluente muy bajas, como Mongolia Interior y el noreste de China en mi país, donde la temporada de invierno frío generalmente dura medio año. Cuando la temperatura del afluente de aguas residuales es continuamente baja, el crecimiento y las capacidades de degradación de contaminantes del lodo activado pueden verse significativamente afectados. Sin embargo, el sistema de proceso MBBR tiene un sistema de biopelícula que los métodos de lodo activado ordinarios carecen, y su resistencia a las bajas temperaturas es más excelente. Por ejemplo, en el condado de Chifeng, Mongolia Interior, mi país, la temperatura más baja del afluente alcanza los 4°C. Después de un monitoreo continuo de los indicadores de calidad del agua de efluente durante 1 mes, se encontró que los indicadores de contaminantes aún podían cumplir con los estándares nacionales de descarga.

2. Aplicable a proyectos de renovación y ampliación: Después de añadir portadores suspendidos al tanque bioquímico utilizando el proceso MBBR, la comunidad microbiana de lodos activados en los portadores suspendidos puede crecer sin afectar la comunidad microbiana original en el tanque bioquímico. Esto permite un aumento en la capacidad de tratamiento sin necesidad de obras de ingeniería civil, reduciendo en gran medida la carga de trabajo del proyecto de ampliación y también reduciendo el terreno de construcción necesario. Sin embargo, si bien el proceso MBBR aporta una gran comodidad, también se debe prestar atención a los problemas de diseño. La proporción de portadores suspendidos añadidos al tanque bioquímico original debe ser moderada. El exceso de portadores suspendidos provocará dificultades en la fluidización de los portadores. Según la experiencia real en ingeniería, la relación máxima de adición de portadores suspendidos es del 60% del volumen de la zona aeróbica. Normalmente, se deja un margen en el diseño y la relación de adición no superará el 50%, de lo contrario, la dificultad en la fluidización de los portadores provocará problemas graves como la acumulación de portadores, el bloqueo de las rejillas y el desbordamiento del tanque bioquímico.

3. El área de desbordamiento de la pantalla y el sistema de aireación deben diseñarse razonablemente. Dado que los soportes suspendidos en el proceso MBBR general son típicamente soportes esféricos porosos de 25 mm de diámetro, y estos soportes están en un estado de flujo circulante en la zona aeróbica, se requiere una pantalla de retención en la zona de soportes suspendidos del proceso MBBR para evitar que los soportes sean arrastrados a la siguiente unidad con el flujo de agua, evitando así la pérdida de soportes. En el diseño, es necesario considerar asegurar la capacidad de flujo de la malla de la pantalla mientras se retienen los soportes. Si la capacidad de flujo es insuficiente o el sistema de aireación inferior está mal diseñado, los soportes suspendidos se acumularán en la pantalla, afectando negativamente la tasa de flujo. En casos severos, todos los soportes suspendidos pueden bloquearse completamente en la pantalla, impidiendo que el agua entre a la siguiente unidad, lo que finalmente conduce al desbordamiento. Durante el diseño, se deben aplicar plenamente los principios hidráulicos, y se debe diseñar una tubería de aireación perforada separada en la pantalla para mantener los soportes suspendidos en la pantalla en un estado fluidizado, permitiendo así que los soportes suspendidos realicen sus funciones normales de tratamiento.

Conclusión

El proceso de Reactor de Biopelícula de Lecho Móvil (MBBR), como una tecnología de tratamiento de aguas residuales recientemente desarrollada en los últimos años, demuestra excelentes efectos de tratamiento para eliminar contaminantes orgánicos de las aguas residuales bajo condiciones externas adversas. Por lo tanto, las perspectivas de aplicación para el proceso MBBR son muy amplias. En el proceso real de diseño y aplicación, se requiere una comprensión profunda de las características operativas de este proceso para evitar problemas potenciales, aprovechar al máximo las ventajas del proceso MBBR y abordar y mejorar continuamente los problemas que surgen durante la práctica de ingeniería, para que pueda brillar intensamente en el campo del tratamiento de aguas residuales.

Fuente de la información anterior: Círculo de Aguas Residuales Industriales

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