Cálculo y detalle del diseño del proceso MBBR

Cuando se considera el proceso de tratamiento secundario convencional, se puede seleccionar un reactor de lecho móvil. En este caso, 2 MBBR secuenciales en la fila pueden cumplir con los requisitos de tratamiento (nivel de tratamiento secundario).

La tabla 1- 4 resume la eliminación de DBO7 en las cuatro EDAR. Las cuatro EDAR utilizaron MBBR cargado convencionalmente con una carga orgánica de MBBR de 7-10 gBOD7 /( m2 -d) (a 10 grados); Antes de MBBR, se aplicaban productos químicos para la floculación y la eliminación de fósforo, y también se implementaba una separación mejorada de la materia suspendida.

Cuando el MBBR se coloca antes del reactor de nitrificación, la opción de diseño más económica es considerar el uso del MBBR para la eliminación orgánica. Esto permite que el reactor de lecho móvil de nitrificación aguas abajo del MBBR alcance una alta tasa de nitrificación. Si la carga de DBO del MBBR de nitrificación no se reduce lo suficiente, la tasa de nitrificación se reducirá significativamente, dejando así el reactor en un estado ineficiente.

La figura {{0}} (a) muestra el efecto del aumento de la carga de DBO en la tasa de nitrificación del portador. Este es un ejemplo de una carga alta de DBO que conduce a una carga excesiva de nitrificación en la sección posterior cuando se elimina la materia orgánica en la sección frontal. En este ejemplo, la tasa de nitrificación fue 0.8 g/(m2 -d). Cuando la carga de DBO era de 2 g/(m2 -d) y el oxígeno disuelto en el líquido principal era de 6 mg/L. Sin embargo, cuando la carga de DBO aumentó a 3 g/(m2 -d), la tasa de nitrificación fue de 0,8 g/(m2 -d). Sin embargo, cuando la carga de DBO se incrementó a 3 g/(m2 -d), la tasa de nitrificación disminuyó aproximadamente un 50 %. Para contrarrestar esto, el operador puede aumentar la concentración de oxígeno disuelto en la fase líquida principal o aumentar la proporción de llenado para reducir la tasa de carga superficial. Sin embargo, es importante señalar que este enfoque no debe utilizarse en el diseño debido a la falta de economía y eficacia. Además, al diseñar un MBBR para la eliminación de DBO, se debe adoptar un enfoque conservador, eligiendo una tasa de carga baja para el dimensionamiento a fin de obtener la máxima eficiencia en el MBBR de nitrificación aguas abajo.

La Figura 1-6(b) muestra las tasas de nitrificación de los tres MBBR aeróbicos de la secuencia. En la Figura 6 (b), el portador dentro de cada MBBR se eliminó para una pequeña prueba de la tasa de nitrificación. Las subpruebas tuvieron una duración de 6 semanas y se realizaron dos veces. En cada subprueba, las condiciones de los tres reactores de la subprueba fueron casi idénticas (por ejemplo, oxígeno disuelto, temperatura, pH y concentración inicial de nitrógeno amoniacal). Los resultados de las pruebas mostraron que el primer reactor tenía la carga de DQO disuelta más alta (5,6 g/(m2 -d)) y casi ningún efecto de nitrificación, pero tuvo mucho éxito en eliminar la carga de DQO. Esto se demuestra con los siguientes dos aspectos.

(1) La tasa de nitrificación del reactor de segunda etapa es alta y cercana a la de la tercera etapa.

(2) Las cargas de DQO disuelta de la segunda y tercera etapa no fueron significativamente diferentes.

Para el diseño de reactores de baja carga, es importante elegir la carga del área de superficie del portador (SALR) de manera conservadora. Es posible La siguiente ecuación se utilizó para corregir la carga del área superficial del transportador (SALR) de acuerdo con la temperatura del efluente:

LT=L101.06(T-10)

LT - la carga a temperatura T.

L10 -10 grados con una carga de 4,5 g/(m2 -d).

Hay algunos factores que tienen un impacto significativo en el rendimiento de un MBBR nitro y deben considerarse al diseñar un MBBR nitro. Los factores más pesados ​​son.

(1) Carga orgánica.

(2) Concentración de oxígeno disuelto.

(3) Concentración de amoníaco.

(4) Concentración de efluentes.

(5) pH o alcalinidad.

La Figura 1- 6 ilustra que para obtener tasas de nitrificación satisfactorias en una MBBR nitrificante que se encuentra aguas abajo, es importante eliminar la materia orgánica del efluente en la MBBR aguas arriba; de lo contrario, la biopelícula heteróxica competirá con ella por espacio y oxígeno, reduciendo así (extinguiendo) la actividad de nitrificación de la biopelícula. La tasa de nitrificación aumenta al disminuir la carga orgánica hasta que el oxígeno disuelto se convierte en el factor limitante. Sólo en concentraciones muy bajas de amoníaco (<2 mgN/l) does the available substrate (ammonia) become the limiting factor. It is thus the concentration of ammonia that is an issue when complete nitrification is required. In this case, 2 sequential reactors can be considered, with the first stage being limited by oxygen and the second by ammonia. As with all biological treatment processes, temperature has a significant effect on nitrification rates, but this can be mitigated by increasing the dissolved oxygen within the MBBR. As alkalinity decreases to very low levels, nitrification rates within the biofilm begin to be limited. Each of the important factors that affect nitrification are discussed below.

Con concentraciones suficientes de alcalinidad y amoníaco (al menos inicialmente), las tasas de nitrificación disminuirán con la carga orgánica.

aumenta hasta que el oxígeno disuelto se convierte en el factor limitante. Dentro de una biopelícula nitrificante bien desarrollada, la concentración de oxígeno disuelto limitará la tasa de nitrificación en el portador solo si la proporción de O2 a NH4+-N es inferior a 2.0. A diferencia de los sistemas de lodos activados, en condiciones de oxígeno limitado, la velocidad de reacción en los reactores de lecho móvil exhibe una relación lineal o aproximadamente lineal con la concentración de oxígeno disuelto en el cuerpo de la fase líquida. Esto puede deberse al hecho de que el paso de oxígeno a través de la membrana líquida estacionaria hacia la biopelícula puede ser un paso crítico para limitar la transferencia de oxígeno. El aumento de la concentración de oxígeno disuelto en la fase líquida principal aumenta el gradiente de concentración de oxígeno disuelto dentro de la biopelícula. A velocidades de aireación más altas, el aumento de la energía de mezcla también contribuye a la transferencia de oxígeno desde la fase líquida principal a la biopelícula. Como se puede ver en la Figura 1- 6(a), si la carga orgánica se mantiene constante (por ejemplo, espesor y composición constantes de la biopelícula), se puede esperar una relación lineal entre la tasa de nitrificación y la concentración de oxígeno disuelto. La Figura 1-7 explica que aumentar el oxígeno disuelto en la fase líquida principal contribuye a la tasa de nitrificación hasta que la concentración de amoníaco en la fase líquida principal se reduce a un nivel muy bajo.

Los reactores de lecho móvil se han utilizado con éxito en procesos de desnitrificación previa, posterior y combinada. A diferencia de otros procesos biológicos similares al proceso de desnitrificación de materiales, los factores que deben considerarse en el diseño son.

1) Una fuente de carbono adecuada y una proporción adecuada de carbono a nitrógeno en el reactor.

2) El grado deseado de desnitrificación.

3) Temperatura del efluente.

4) Oxígeno disuelto en el agua de retorno o aguas arriba.

Cuando se requiere eliminación de DBO, nitrificación y eliminación moderada de nitrógeno, el MBBR con desnitrificación frontal es muy adecuado. Para utilizar completamente el volumen del reactor anóxico, el agua de alimentación debe tener una proporción adecuada de DQO fácilmente biodegradable y nitrógeno amoniacal (C /NORTE). Dado que la etapa de nitrificación de MBBR requiere oxígeno disuelto elevado, el oxígeno disuelto en el reflujo tiene un impacto significativo en el rendimiento de MBBR. Esto da como resultado un límite superior de la relación de reflujo más económica (Q reflujo/Q afluente) en la producción. Por encima de este valor, la eficiencia general de la desnitrificación disminuye cuando el flujo de retorno aumenta aún más. Si la naturaleza del efluente es adecuada para la desnitrificación inicial, la tasa de eliminación de nitrógeno generalmente está entre 50 % y 70 % con una relación de retorno de (1:1) a (3:1). En la práctica de producción, las tasas de desnitrificación pueden verse afectadas por factores tales como: ubicación, diferencias estacionales en las propiedades del efluente (por ejemplo, C/N), concentración de oxígeno disuelto introducido en el reactor y temperatura del efluente.

When the degradable carbon in the wastewater is naturally insufficient, or has been consumed by upstream processes, or when the wastewater treatment plant occupies an area subject to when the need for concise and high-speed denitrification is limited, MBBR with posterior denitrification can be considered. because the denitrification performance is not affected by internal circulation or carbon source, the posterior denitrification process can achieve high denitrification rates (>80%) con una TRH corta.

Si los requisitos de DBO y nitratos del efluente son más estrictos, podría ser necesaria una posdesnitrificación después de la pequeña aireación MBBR. La experiencia operativa muestra que si hay un proceso de sedimentación aguas arriba, puede haber concentraciones de fósforo en la posdesnitrificación que no sean suficientes para la síntesis celular, y el rendimiento de la desnitrificación puede verse inhibido en ese punto.

Cuando el carbono se llena en exceso, la tasa máxima de eliminación del área de superficie del portador de nitrato (SARR) de la fuente de carbono aplicada puede ser superior a 2 g/(m2 -d). Las tasas de eliminación de la superficie de nitrato para diferentes fuentes de carbono y diferentes temperaturas se dan en las Figuras 2-9.

Se pueden combinar reactores de lecho móvil con desnitrificación frontal y posterior, aprovechando así la economía de la desnitrificación frontal. El diseño del reactor de desnitrificación frontal se puede considerar como un tanque de aireación en invierno. El diseño puede considerar el uso del reactor de desnitrificación frontal como tanque de aireación en invierno. Esto es porque.

1) Aumentar el volumen del tanque de reacción de aireación ayuda a mejorar la nitrificación.

2) Las temperaturas más bajas del agua pueden provocar un aumento de las concentraciones de oxígeno disuelto y una reducción de la DQO disuelta, lo que puede afectar la eficacia de la desnitrificación inicial.

3) En invierno, el reactor de posdesnitrificación puede realizar todas las tareas de desnitrificación.

En la desnitrificación MBBR se ha utilizado un mezclador mecánico sumergible montado en carril para hacer circular y mezclar el líquido en el reactor.

cuerpo y portador. Los siguientes aspectos deben considerarse específicamente al diseñar el agitador: (1) la ubicación y dirección del agitador; (3)Tipo de agitador; (3) energía de agitación.

La densidad relativa del portador de biopelícula es de aproximadamente 0.96, por lo que flotará en agua sin aplicar energía, lo cual es diferente del proceso de lodos activados. Cuando no se aplica energía en el proceso de lodos activados, los sólidos (lodos) se sedimentan.

Como resultado, en MBBR, el agitador debe colocarse cerca de la superficie del agua pero no demasiado cerca de la superficie del agua, de lo contrario creará un vórtice en la superficie de rehidratación y, por lo tanto, introducirá aire en el reactor. Como se muestra en la Figura 1-10, el agitador debe inclinarse ligeramente hacia abajo para que el transportador pueda introducirse más profundamente en el reactor. Generalmente, un MBBR no aireado requiere de 25 a 35 w/m3 de energía para agitar todo el portador. Se debe considerar especialmente la agitación del MBBR desnitrificante. No todos los agitadores son adecuados para su uso en MBBR durante mucho tiempo. El fabricante de agitadores (ABS), utilizando varias unidades MBBR, ha desarrollado el agitador ABS123K específicamente adecuado para reactores de lecho móvil. Este agitador está hecho de acero inoxidable con un agitador curvado hacia atrás, que es capaz de resistir la abrasión del agitador por parte del soporte. Para evitar daños al soporte y desgaste del agitador, el agitador ABS123K tiene barras redondas de 12 mm soldadas a lo largo de las alas de la hélice. Cuando se utiliza en un reactor de lecho móvil, la velocidad del agitador ABS123K es bastante baja (90 rpm a 50 Hz y 105 rpm a 60 Hz). La energía de mezcla requerida para agitar el MBBR desnitrificante está relacionada con la proporción de llenado del portador y el crecimiento esperado de la biopelícula. La experiencia práctica muestra que la agitación es más eficiente con proporciones de llenado de portador bajas (p. ej.<55%). At higher fill ratios, it is difficult for the agitator to circulate the carriers and therefore high carrier fill ratios should be avoided. Low filling ratios and correspondingly high carrier surface loadings increase the biofilm concentration and thus sink the carrier, making it easier for the stirrer to stir the carrier and circulate it in the reactor. From this point of view, it is important to choose the appropriate denitrification reactor size, as a proper reactor size allows for a filling ratio and mechanical stirring to be compatible.

Al igual que con otras tecnologías de biopelículas sumergidas, el agua de alimentación de MBBR requiere un tratamiento previo adecuado. Para lograr una buena rejilla y sedimentación es necesario evitar la acumulación a largo plazo de materiales inertes desagradables como escombros, plásticos y arena en el MBBR. Dado que el MBBR está parcialmente lleno de vehículos, estos materiales inertes son difíciles de eliminar una vez que ingresan al MBBR. Cuando hay disponible un tratamiento primario, los fabricantes de MBBR generalmente recomiendan que el espacio de la rejilla no sea mayor de 6 mm y, si no hay un tratamiento primario disponible, se debe instalar una rejilla fina de 3 mm o menos. Además, si se agrega MBBR al proceso existente, no hay necesidad de agregar más rejillas si el nivel de tratamiento existente ya es alto.

En comparación con el proceso de lodos activados, el proceso de lecho móvil es muy flexible desde el punto de vista de la posterior separación sólido-líquido. El efecto del tratamiento biológico del proceso de lecho móvil es independiente del paso de separación sólido-líquido, por lo que sus unidades de separación sólido-líquido pueden variarse. Además, la concentración de sólidos del efluente de MBBR es al menos un orden de magnitud menor que la del proceso de lodos activados. Por lo tanto, se han aplicado con éxito a MBBR una variedad de tecnologías de separación sólido-líquido, que pueden combinarse con tecnologías de separación sólido-líquido simples y eficientes, como la flotación por aire o tanques de sedimentación de alta densidad donde la tierra es un bien escaso. Al modernizar las plantas de tratamiento de aguas residuales existentes, los tanques de sedimentación existentes se pueden utilizar para la separación de sólidos en MBBR.

Lo siguiente es muy importante para el diseño de MBBR.

The peak flow rate (flow divided by reactor cross-sectional area) at peak flow through the MBBR must be considered in the design with a small flow rate (e.g. 20m/h), the carriers can be evenly distributed in the reactor. Too high travel flow rate (e.g. >35 m/h), los transportadores se acumularán en la red interceptora y generarán grandes pérdidas de carga. A veces, las condiciones hidráulicas en el caudal máximo determinarán la geometría y el número de series de MBBR. Consultar con el fabricante y determinar el caudal de desplazamiento adecuado es importante para el diseño de MBBR. La relación de aspecto del reactor también es un factor. En general, una relación de aspecto pequeña (por ejemplo, 1:1 o menos) ayuda a reducir la deriva de los portadores hacia la rejilla interceptora en caudales máximos y permite una distribución más uniforme de los portadores dentro del reactor.

Los problemas de espuma no son comunes en MBBR, pero es probable que ocurran durante un arranque u operación deficiente. Debido a que dos paredes divisorias en el medio de la piscina continua son más altas que la superficie del agua, la espuma se limitará al MBBR. Si es necesario controlar la espuma, se recomienda el uso de agentes antiespumantes. El uso de antiespumantes cubrirá el soporte e impedirá la difusión del sustrato a la biopelícula, lo que puede afectar el desempeño del MBBR. No se deben utilizar antiespumantes de siliciuro ya que no son compatibles con los soportes de plástico.

Para reactores de lecho móvil bien diseñados y construidos, aunque las fallas son raras, es prudente resolver el problema de cómo sacar el portador del reactor y almacenarlo cuando el reactor se apaga debido a mantenimiento, etc. . Todos los líquidos del reactor, incluidos los portadores, se pueden drenar mediante una bomba de vórtice de rueda cóncava de 10 cm. Si la relación de llenado diseñada es adecuada, el portador en un reactor se puede trasladar temporalmente a otro reactor. Sin embargo, la desventaja de este método es que es difícil restaurar ambos reactores a sus proporciones de llenado originales al mover los soportes hacia atrás. Una vez que los portadores se bombean nuevamente al reactor, la única forma razonable de medir con precisión la proporción de llenado del portador es vaciar el reactor y medir la altura del portador en ambos reactores. Idealmente, habría otra piscina u otra unidad no utilizada que podría usarse como contenedor de almacenamiento temporal para los transportadores, de modo que se pudiera garantizar fácilmente la proporción original de llenado del reactor.