¿Qué es el tratamiento bioquímico de aguas residuales?

¿Qué es el tratamiento bioquímico de aguas residuales?

El tratamiento bioquímico consiste en el uso de microorganismos para eliminar la materia orgánica soluble y parte de la materia orgánica insoluble de las aguas residuales mediante el proceso de sus actividades vitales, de modo que el agua pueda purificarse.

En los ríos naturales, hay una gran cantidad de microorganismos que viven de la materia orgánica y oxidan o reducen la materia orgánica (como aguas residuales industriales, pesticidas, fertilizantes, heces y otras sustancias orgánicas) que las personas vierten en los ríos día y noche, y finalmente la convierten en materia inorgánica.

El tratamiento bioquímico de las aguas residuales consiste en reforzar este proceso en condiciones artificiales. Se introducen innumerables microorganismos concentrados en una piscina, para crear un entorno muy adecuado para la reproducción y el crecimiento microbiano (como temperatura, pH, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros nutrientes), de modo que la proliferación microbiana mejore la velocidad y la eficiencia de la descomposición de la materia orgánica. A continuación, se bombean las aguas residuales a la piscina, de modo que las sustancias orgánicas de las aguas residuales se oxidan y degradan en el proceso de las actividades de la vida microbiana, de modo que las aguas residuales pueden purificarse y tratarse. En comparación con otros métodos de tratamiento, el método bioquímico se caracteriza por un bajo consumo de energía, la ausencia de dosificación, un buen efecto de tratamiento y un bajo coste de tratamiento.

¿Cómo descomponen los microorganismos y eliminan los contaminantes orgánicos de las aguas residuales?

En las aguas residuales hay carbohidratos, grasas, proteínas y otras materias orgánicas, que son el alimento de los microorganismos, parte del cual se degrada y sintetiza en material celular (metabolitos combinatorios), y la otra parte se degrada y oxida en agua, dióxido de carbono, etc. (metabolitos catabólicos), y los contaminantes orgánicos de las aguas residuales son degradados por los microorganismos y eliminados en este proceso.

¿Cómo garantizar la máxima actividad de los microorganismos?

Además de la nutrición, los microorganismos necesitan los factores ambientales adecuados, como la temperatura, el pH, el oxígeno disuelto, la presión osmótica, etc., para sobrevivir. Si las condiciones ambientales no son normales, afectarán a las actividades vitales de los microorganismos e incluso mutarán o morirán.

¿Qué rango de temperatura es el más adecuado para la reproducción microbiana?

En el tratamiento biológico de aguas residuales, el rango de temperatura más adecuado para los microorganismos es generalmente de 16-30 °C, con la temperatura más alta a 37-43 °C. Cuando la temperatura es inferior a 10 °C, los microorganismos dejan de crecer.

En el rango de temperatura adecuado, la temperatura aumenta cada 10 ℃, la tasa metabólica de los microorganismos aumentará en consecuencia, la tasa de eliminación de DQO también aumentará en aproximadamente un 10 %; por el contrario, la temperatura disminuye cada 10 ℃, la tasa de eliminación de DQO se reducirá en un 10 %, por lo que en invierno, la tasa de eliminación bioquímica de DQO será significativamente menor que en otras estaciones.

¿Cuáles deberían ser las condiciones óptimas de pH para los microorganismos?

Las actividades de la vida microbiana, el metabolismo de los materiales y el pH están estrechamente relacionados. La mayoría de los microorganismos se adaptan al rango de pH de 4,5-9, y el rango óptimo de pH es de 6,5-7,5. Cuando el pH es inferior a 6,5, los hongos empiezan a competir con las bacterias, y cuando el pH alcanza 4,5, los hongos toman la ventaja completa en el tanque bioquímico, y el resultado es afectar seriamente los resultados de sedimentación de lodos; cuando el pH es superior a 9, el metabolismo de los microorganismos se verá obstaculizado.

Los diferentes microorganismos requieren diferentes rangos de adaptación para el pH. En el tratamiento biológico aeróbico, el pH puede variar entre 6,5 y 8,5; en el tratamiento biológico anaeróbico, los microorganismos tienen requisitos más estrictos en cuanto al pH, que debe estar entre 6,7 y 7,4.

¿Qué es el oxígeno disuelto?

El oxígeno disuelto en la columna de agua se denomina oxígeno disuelto. El oxígeno del que dependen para sobrevivir los organismos y microorganismos aeróbicos del cuerpo de agua es el oxígeno disuelto. Los diferentes microorganismos tienen diferentes necesidades de oxígeno disuelto. Los microorganismos aeróbicos necesitan un suministro suficiente de oxígeno disuelto; en general, es adecuado mantener el oxígeno disuelto a 3 mg/l, el mínimo no debe ser inferior a 2 mg/l; los microorganismos partenogenéticos requieren oxígeno disuelto en el rango de 0,2-2,0 mg/l; y los microorganismos anaeróbicos requieren oxígeno disuelto en el rango de 0,2 mg/l o menos.

¿Por qué los microorganismos se ven especialmente afectados por las altas concentraciones de aguas residuales salinas?

La estructura unitaria de los microorganismos es la célula, la pared celular es equivalente a una membrana semipermeable, en la concentración de iones cloruro menor o igual a 2000 mg/l, la pared celular puede soportar la presión osmótica de 0,5-1, 0 de presión atmosférica, incluso si se combina con la pared celular y la membrana citoplasmática tiene un cierto grado de dureza y elasticidad, la presión osmótica que la pared celular puede soportar no será superior a 5-6 de presión atmosférica. Pero cuando la concentración de iones cloruro en solución acuosa es de 5000 mg/l o más, la presión osmótica aumentará a aproximadamente 10-30 de presión atmosférica, en una presión osmótica tan grande, las moléculas de agua microbianas serán un gran número de moléculas de agua se infiltrarán en la solución fuera del cuerpo, lo que provocará la pérdida de agua celular y la aparición de separación de la pared plasmática y, en casos graves, la muerte microbiana.

En la vida diaria, la gente utiliza sal (cloruro de sodio) para encurtir verduras y pescado, esterilizar y conservar alimentos, y esta es la razón de su uso. Los datos de la experiencia en ingeniería muestran que: cuando la concentración de iones de cloro en las aguas residuales es superior a 2000 mg/l, se suprime la actividad de los microorganismos y se reduce significativamente la tasa de eliminación de DQO; cuando la concentración de iones de cloro en las aguas residuales es superior a 8000 mg/l, se produce una expansión del volumen de lodos, la superficie del agua se inunda con un gran número de burbujas y los microorganismos mueren uno tras otro.

Sin embargo, tras un largo periodo de domesticación, los microorganismos se adaptarán gradualmente para crecer y reproducirse en la alta concentración de agua salada. En la actualidad, alguien ya ha domesticado microorganismos que pueden adaptarse a más de 10 000 mg/l de concentración de iones cloruro o sulfato. Sin embargo, el principio de la presión osmótica nos dice que los microorganismos que se han adaptado para crecer y reproducirse en altas concentraciones de salmuera, la concentración de sal del citosol es muy alta, y una vez que la concentración de sal en las aguas residuales es baja o muy baja, las moléculas de agua en las aguas residuales penetrarán en los microorganismos en grandes cantidades, de modo que las células de los microorganismos se hinchan y, en casos graves, se rompen y mueren. Por lo tanto, después de un largo período de domesticación y de poder adaptarse gradualmente al crecimiento y reproducción de microorganismos en agua con alta concentración de sal, la concentración de sal del agua de alimentación bioquímica siempre debe mantenerse a un nivel bastante alto, no puede ser alta ni baja, o los microorganismos morirán en gran número.

¿Qué es el tratamiento bioquímico aeróbico y el tratamiento bioquímico parcialmente aeróbico? ¿Cuál es la diferencia entre ambos?

El tratamiento bioquímico, según el crecimiento de microorganismos en los diferentes requisitos del entorno de oxígeno, puede dividirse en tratamiento bioquímico aeróbico y tratamiento bioquímico anóxico de dos categorías, el tratamiento bioquímico anóxico puede dividirse en tratamiento bioquímico partenogenético y tratamiento bioquímico anaeróbico.

En el proceso de tratamiento bioquímico aeróbico, los microorganismos aeróbicos deben crecer y reproducirse en presencia de una gran cantidad de oxígeno, y reducir la materia orgánica en las aguas residuales; y en el proceso de tratamiento bioquímico partenogenético, los microorganismos partenogenéticos solo necesitan una pequeña cantidad de oxígeno para crecer y reproducirse y degradar la materia orgánica en las aguas residuales; si el agua tiene demasiado oxígeno, los microorganismos partenogenéticos en lugar de crecer mal, afectando así la eficiencia del tratamiento de la materia orgánica.

Los microorganismos partenogenéticos pueden adaptarse a aguas residuales con alta concentración de DQO, la concentración de DQO del influente puede aumentarse a más de 2000 mg/L, y la tasa de eliminación de DQO está generalmente en el rango de 50-80%; mientras que los microorganismos aeróbicos solo pueden adaptarse a aguas residuales con baja concentración de DQO, y la concentración de DQO del influente generalmente se controla para que sea inferior a 1000-1500 mg/L, y la tasa de eliminación de DQO suele estar en el rango del 50-80 %, y el tiempo requerido tanto para el tratamiento biológico partenogenético como para el aeróbico es muy corto. El tiempo del tratamiento bioquímico aeróbico no es demasiado largo, generalmente de 12 a 24 horas.

La gente utiliza la diferencia entre el tratamiento bioquímico aeróbico y el tratamiento bioquímico aeróbico y la misma duración, la combinación de tratamiento bioquímico aeróbico y tratamiento bioquímico aeróbico, de modo que la concentración de DQO de las aguas residuales más altas primero tratamiento bioquímico aeróbico, y luego dejar que el tratamiento del efluente del tanque aeróbico como agua de alimentación del tanque aeróbico, tal combinación de tratamiento puede reducir el volumen de tanques bioquímicos, tanto para ahorrar la inversión en protección del medio ambiente como para reducir los costes operativos diarios.

El tratamiento bioquímico anaeróbico y el tratamiento bioquímico aeróbico tienen el mismo principio y función. La diferencia entre el tratamiento bioquímico anaeróbico y el tratamiento bioquímico partenogenético es que los microorganismos anaeróbicos no necesitan oxígeno en el proceso de reproducción y crecimiento y degradación de sustancias orgánicas, y los microorganismos anaeróbicos pueden adaptarse a aguas residuales con una mayor concentración de DQO (4000-10000 mg/l). La desventaja del tratamiento bioquímico anaeróbico es que el tiempo de tratamiento bioquímico es muy largo, y el tiempo de residencia de las aguas residuales en el tanque bioquímico anaeróbico generalmente requiere más de 40 horas.

¿Cuáles son las aplicaciones del tratamiento biológico en la ingeniería de tratamiento de aguas residuales?

El tratamiento biológico es la tecnología más utilizada y práctica en la ingeniería de tratamiento de aguas residuales, y existen dos categorías principales: una se denomina método de lodos activados y la otra, método de biopelícula.

Los lodos activados son una forma de tratamiento aeróbico de aguas residuales basado en el metabolismo bioquímico de comunidades biológicas suspendidas. Los microorganismos en el proceso de crecimiento y reproducción pueden formar una gran superficie del coloide bacteriano, puede ser una gran cantidad de floculación y adsorción de contaminantes coloidales o disueltos suspendidos en las aguas residuales, y estas sustancias son absorbidas en el cuerpo de la célula, con la participación del oxígeno, estas sustancias se oxidan completamente para emitir energía, CO2 y H2O. La concentración de lodos activados es generalmente de 4 g/L. En el método de la biopelícula, los microorganismos pueden formar una gran superficie del coloide bacteriano y adsorberse en la célula.

En el método de la biopelícula, los microorganismos se adhieren a la superficie del material de relleno y forman una biopelícula gelatinosa conectada. La biopelícula es generalmente una estructura floculante esponjosa con más microporos y una gran superficie, que tiene un fuerte efecto de adsorción y favorece que los microorganismos se descompongan aún más y utilicen esta materia orgánica adsorbida. En el proceso de tratamiento, el flujo de agua y la agitación del aire hacen que la superficie de la biopelícula y el agua entren en contacto, los contaminantes orgánicos en las aguas residuales y el oxígeno disuelto para la adsorción de la biopelícula, los microorganismos de la biopelícula continúan descomponiendo estas sustancias orgánicas en la oxidación y descomposición de sustancias orgánicas al mismo tiempo, la biopelícula en sí también está en constante metabolismo, la senescencia de la biopelícula se desprende por el tratamiento del agua efluente de las instalaciones de tratamiento biológico fuera del agua y en el tanque de sedimentación y separación de agua. La concentración de lodos del método de biopelícula es generalmente de 6-8 g/L. Para aumentar la concentración de lodos, es necesario aumentar la concentración de lodos del método de biopelícula.

Para aumentar la concentración de lodos y mejorar así la eficacia del tratamiento, el método de lodos activados puede combinarse con el método de biopelícula, es decir, añadiendo rellenos al tanque de lodos activados, este tipo de biorreactor con microorganismos adheridos a la película y microorganismos suspendidos se denomina biorreactor compuesto, que tiene una alta concentración de lodos de unos 14 g/l. El método de biopelícula y el método de lodos activados pueden utilizarse para aumentar la concentración de lodos del tanque de lodos activados y el método de biopelícula.

¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre la biopelícula y el lodo activado?

El método de biopelícula y el método de lodo activado son diferentes formas de reactor para el tratamiento bioquímico, la principal diferencia desde el aspecto es que los microorganismos del primero no necesitan soportes de relleno y el lodo biológico está suspendido, mientras que los microorganismos del segundo están fijados en el relleno, sin embargo, tratan las aguas residuales y purifican la calidad del agua del mecanismo es el mismo. Además, el lodo biológico de ambos es lodo activado aeróbico, y la composición del lodo tiene cierta similitud. Además, los microorganismos en el método de biopelícula pueden formar un ecosistema más estable porque están fijados en el material de empaque, y su energía vital y energía de consumo no son tan grandes como las del método de lodo activado, por lo que el lodo residual del método de biopelícula es menor que el del método de lodo activado.

¿Qué se entiende por lodo activado?

Desde el punto de vista microbiano, el lodo en el tanque bioquímico es un grupo biológico compuesto por una variedad de microorganismos biológicamente activos. Si se colocan las partículas de lodo bajo un microscopio, se puede ver que hay muchos tipos de microorganismos en él: bacterias, mohos, protozoos y post-zoos (por ejemplo, rotíferos, larvas de insectos y gusanos, etc.), que forman una cadena alimentaria. Las bacterias y los mohos pueden descomponer compuestos orgánicos complejos, obtener la energía necesaria para sus propias actividades y construirse a sí mismos. Los protozoos se alimentan de bacterias y mohos, que a su vez son consumidos por los animales posteriores, que también pueden vivir directamente de las bacterias. Este tipo de partículas de lodo floculante llenas de microorganismos con capacidad para degradar la materia orgánica se denomina lodo activado.

El lodo activado está compuesto por microorganismos, pero también contiene algunas sustancias inorgánicas y materia orgánica ya no biodegradable adsorbida en el lodo activado (es decir, residuos metabólicos microbianos). El contenido de agua del lodo activado es generalmente del 98-99 %. El lodo activado, al igual que la alúmina, tiene una gran superficie, por lo que tiene una fuerte adsorción y descomposición oxidativa de la materia orgánica.

¿Cómo evaluar el lodo activado en el proceso de lodo activado y biofilm?

El crecimiento del lodo activado en el método de lodo activado y el método de biofilm no son iguales.

En el método de biofilm, el crecimiento del lodo activado se evalúa mediante la observación directa de la fase biológica con un microscopio. En el método de lodos activados, la evaluación del crecimiento de lodos activados, además de la observación directa de la fase biológica con un microscopio, los índices de evaluación comúnmente utilizados son: sólidos en suspensión en licor mixto (MLSS), sólidos en suspensión volátiles en licor mixto (MLVSS), índice de sedimentación de lodos (SV), índice de sedimentación de lodos (SVI), etc.

Al observar la fase biológica con un microscopio, ¿qué grupo de microorganismos indica directamente un buen tratamiento bioquímico?

La presencia de microfauna (por ejemplo, rotíferos, nematodos, etc.) indica que la comunidad microbiana está creciendo bien y que el ecosistema de lodos activados es estable, que es el mejor momento para el tratamiento bioquímico.

¿Qué se entiende por sólidos suspendidos en líquido mezclado (MLSS)?

Los sólidos suspendidos en líquido mezclado (MLSS) también se conocen como concentración de lodos, que se refiere al peso de lodos secos contenidos en una unidad de volumen de mezcla de tanque bioquímico en miligramos/litro, y se utiliza para caracterizar la concentración de lodos activados. Incluye componentes orgánicos e inorgánicos. En términos generales, es apropiado controlar el valor de MLSS en el tanque bioquímico SBR en alrededor de 2000-4000 mg/L.

¿Qué se entiende por sólidos suspendidos volátiles líquidos mixtos (MLVSS)?

Los sólidos suspendidos volátiles líquidos mixtos (MLVSS) se refieren al peso de las sustancias volátiles en el lodo seco contenido en el licor mixto del tanque bioquímico por unidad de volumen, y la unidad también es miligramos/litro, que no incluye la materia inorgánica en el lodo activado y, por lo tanto, puede representar con mayor precisión el número de microorganismos en el lodo activado.

Relación de sedimentación de lodos (SV) ?

La relación de sedimentación de lodos (SV) es la relación de volumen (%) de lodos sedimentados con respecto a la mezcla en un tanque de aireación después de 30 minutos de sedimentación estacionaria en un cilindro de 100 ml, por lo que a veces se expresa como SV30. En términos generales, la SV en un tanque bioquímico está entre el 20 y el 40 %. La determinación del índice de sedimentación de lodos es relativamente sencilla y es uno de los índices importantes para evaluar los lodos activados, que se utiliza a menudo para controlar la descarga de lodos residuales y los fenómenos anormales como la hinchazón de los lodos en el momento oportuno. Obviamente, el IS también está relacionado con la concentración de lodos.

Índice de lodos (SVI)

Índice de lodos (SVI) nombre completo índice de volumen de lodos, 1 gramo de lodo seco en estado húmedo del volumen ocupado por el número de mililitros, la fórmula es la siguiente:

SVI = SV*10/MLSS

El SVI elimina la influencia de los factores de concentración de lodos, reflejando mejor la cohesión y sedimentación de los lodos activos, generalmente se considera:

Cuando 60<SVI<100, el rendimiento de sedimentación de lodos es bueno.

Cuando 100 <SVI <200, el rendimiento de sedimentación de lodos es general

Cuando 200<SVI<300, el lodo tiene tendencia a expandirse.

Cuando SVI>300, el lodo se ha hinchado.

¿Qué significa oxígeno disuelto (OD)?

El oxígeno disuelto (OD) representa la cantidad de oxígeno disuelto en el agua, y la unidad se expresa en mg/L. Los diferentes métodos de tratamiento bioquímico tienen diferentes efectos sobre la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Los diferentes métodos de tratamiento bioquímico tienen diferentes requisitos de oxígeno disuelto. En el proceso bioquímico partenogenético, el oxígeno disuelto en el agua suele estar entre 0,2 y 2,0 mg/l, mientras que en el proceso bioquímico aeróbico SBR, el oxígeno disuelto en el agua suele estar entre 2,0 y 8,0 mg/l.

Por lo tanto, el funcionamiento de la piscina parcialmente oxigenada debe tener un volumen de aireación pequeño y un tiempo de aireación corto; mientras que en el funcionamiento de la piscina aeróbica SBR, el volumen de aireación y el tiempo de aireación deben ser mucho mayores y mucho más largos, y utilizamos oxidación por contacto, control de oxígeno disuelto en 2,0-4,0 mg/L.