En el tratamiento anaeróbico de aguas residuales domésticas el tiempo de retención se mantiene por más de 2 horas, el tiempo de retención anóxico por más de 2 horas y el tiempo de retención aeróbico en tanque por 6 horas. Parece que los tiempos de retención anaeróbicos y anóxicos son para una mejor eliminación de la materia orgánica. Si el contenido de materia orgánica es bajo, ¿es necesario acortar el tiempo de retención? Y si el contenido de materia orgánica es alto, ¿es necesario ampliar el tiempo de retención? ¿Cuál sería el impacto si el tiempo de retención fuera demasiado largo o demasiado corto? Parece que un tiempo de retención aeróbico más prolongado facilita el crecimiento de bacterias nitrificantes para una eliminación más eficaz del nitrógeno amoniacal. ¡Gracias, expertos, por la (explicación científica popular)!
El tiempo de retención hidráulica (HRT) a menudo se pasa por alto en la gestión de operaciones diarias, sin embargo, es un punto de datos de referencia importante, ¡especialmente para los sistemas de eliminación de nitrógeno y fósforo!
1. ¿Qué es el tiempo de retención hidráulica (HRT)?
El tiempo de retención hidráulica (abreviado como HRT) es un término utilizado en los procesos de tratamiento de agua. Se refiere al tiempo promedio que el agua residual a tratar permanece en el reactor, es decir, el tiempo promedio de reacción entre el agua residual y los microorganismos en el reactor biológico.
Para el tratamiento biológico, la TRH debe cumplir con los requisitos del proceso específico. De lo contrario, si la TRH es insuficiente, las reacciones bioquímicas serán incompletas, lo que reducirá la eficacia del tratamiento. Por el contrario, un TRH demasiado largo puede provocar el envejecimiento de los lodos en el sistema.
Tabla: TRH para diferentes procesos de tratamiento de aguas residuales
Cuando la eficiencia del tratamiento es deficiente, se puede utilizar el valor HRT de diseño para la verificación. Al verificar la HRT, el caudal debe incluir el flujo de retorno de lodos. Si el HRT es demasiado pequeño, el caudal de aguas residuales debe reducirse lentamente; si es demasiado grande, el caudal de aguas residuales debe aumentarse lentamente. Tenga en cuenta que cualquier cambio en el caudal de aguas residuales debe realizarse gradualmente para evitar imponer una carga de choque al sistema. Dada la naturaleza desafiante del tratamiento de aguas residuales, la reducción del caudal de aguas residuales entrantes no debe hacerse a la ligera; Los ajustes deben realizarse principalmente en el caudal de retorno.
En el proceso de lodos activados convencional, el HRT determina en gran medida el grado de tratamiento de las aguas residuales porque determina el tiempo de retención del lodo. Sin embargo, en el proceso MBR (biorreactor de membrana), el efecto de separación de la membrana retiene completamente los microorganismos dentro del tanque de reacción, logrando así una separación completa del tiempo de retención hidráulica y la edad del lodo.
2. Cálculo del Tiempo de Retención Hidráulica (HRT)
En realidad, existen dos tipos de tiempo de retención hidráulica en el tratamiento de aguas residuales: uno se llama tiempo de retención hidráulica nominal y el otro es tiempo de retención hidráulica real.
1. Tiempo nominal de retención hidráulica
Como sugiere el nombre, este es el cálculo basado en la definición: el tiempo de retención hidráulica es igual al volumen efectivo del sistema de tratamiento de aguas residuales dividido por el caudal del afluente.
Si el volumen efectivo del sistema de tratamiento de aguas residuales es V (m³) y Q es el caudal de entrada por hora (m³/h), entonces la fórmula para el tiempo de retención hidráulica es:
`TRH=V/Q`
2. Tiempo de retención hidráulica real
El tiempo de retención hidráulica real se refiere al tiempo real que las aguas residuales permanecen en el sistema de tratamiento y debe tener en cuenta el flujo de retorno de lodos:
Si el volumen efectivo del sistema de tratamiento de aguas residuales es V (m³), Q es el caudal de entrada por hora (m³/h) y R es la relación de recirculación de lodos, entonces la fórmula para el tiempo de retención hidráulica es:
`TRH=V / [(1 + R) Q]`
Entonces, en un sistema de eliminación de nitrógeno, ¿se incluye el flujo de recirculación interna en el cálculo del tiempo de retención hidráulica real para el tanque anóxico? Esta cuestión ha sido debatida. Generalmente, el flujo de recirculación interna no está incluido en la fórmula para el HRT real del tanque anóxico. Por lo general, las regulaciones solo proporcionan un rango para el tanque anóxico HRT. Para el cálculo del HRT del tanque anóxico, se incluye sin discusión la relación de recirculación externa R; generalmente se acepta que el caudal efectivo del afluente es (1+R)Q.
Por lo tanto, el HRT del tanque anóxico generalmente se considera como HRT=V / [(1 + R) Q].
Respecto a si se debe contar el flujo de recirculación interna para el tanque anóxico HRT, desde una perspectiva macroscópica, si la relación de recirculación interna r=4 o N, consideramos que el agua se recircula 4 o N veces. Así, aunque el tiempo de retención por pasada es corto, el tiempo total en 4 o N pasadas suma ser equivalente, compensando efectivamente la influencia de la recirculación interna.
Por tanto, el caudal de recirculación interna no está incluido en la fórmula.
3. El papel del tiempo de retención hidráulica (TRH)
Efecto de la TRH sobre la eliminación de nitrógeno
En el proceso A²/O, en condiciones de un HRT suficientemente largo, existe una buena eficiencia de eliminación de NH₃-N. Si el HRT es demasiado corto, las diversas poblaciones microbianas en el tanque de reacción no tienen tiempo suficiente para crecer, el lodo se elimina demasiado rápido y las reacciones de nitrificación y desnitrificación no se desarrollan completamente. Cuando el HRT alcanza un cierto valor, suficiente para que las reacciones en cada reactor se desarrollen completamente, aumentar aún más el HRT sólo añade una carga económica sin proporcionar una mejora más significativa en la eliminación de nitrógeno.
Sin embargo, la investigación sobre procesos híbridos de MBR ha indicado que dentro del rango de HRT probado (4,97 h - 8.70 h), la eficiencia de eliminación de TN del sistema aumentó a medida que disminuyó el HRT. Esto se debe a que, en condiciones de TRH prolongadas, la tasa de carga orgánica del sistema disminuye, lo que puede intensificar la respiración endógena de la biomasa, afectar la actividad de los lodos y, en última instancia, reducir la eficiencia de eliminación de contaminantes del sistema. Reducir el HRT puede aumentar la tasa de carga orgánica del sistema, mejorando así la capacidad de desnitrificación del sistema y finalmente mejorando el rendimiento de eliminación de nitrógeno.
Efecto de la TRH sobre la eliminación de fósforo
En el proceso SBR, la HRT tiene un impacto relativamente pequeño en la eficiencia de eliminación de PO₄³⁻-P; este proceso no muestra una eliminación significativa de PO₄³⁻-P. Esto podría deberse a que las bacterias desnitrificantes y los organismos acumuladores de polifosfato-(PAO) son heterótrofos. Las bacterias desnitrificantes pueden absorber y utilizar AGV antes que los PAO para la desnitrificación, y los PAO tienen requisitos más estrictos para las fuentes de carbono que las bacterias desnitrificantes: las bacterias desnitrificantes utilizan preferentemente la materia orgánica fácilmente biodegradable. Esto conduce a que los PAO absorban menos fuentes de carbono y, en consecuencia, menos VFA, lo que da como resultado menos PHB (poli- -hidroxibutirato) generado en condiciones anaeróbicas. En consecuencia, la energía necesaria para la liberación de fósforo es relativamente reducida.
La investigación sobre el proceso A²/O muestra que a medida que aumenta la HRT, la eficiencia de eliminación de TP no necesariamente aumenta continuamente sino que muestra una tendencia de primero aumentar y luego disminuir. Cuando el HRT es de 8 h, la eficiencia de eliminación de TP es la más alta, lo que indica el mejor rendimiento de eliminación. Cuando el HRT aumenta a 12 h, la eficiencia de eliminación de TP muestra una tendencia a la baja y el rendimiento de eliminación de fósforo se deteriora. Esto indica que una TRH suficientemente prolongada es beneficiosa para la eliminación de TP. Sin embargo, a medida que la HRT aumenta aún más, la tasa de eliminación de TP disminuye gradualmente, lo que puede tener un efecto adverso en la eliminación de fósforo. Esto podría deberse a que si el HRT es demasiado grande, puede generar lodos.