Tratament secundar - Secondary treatment
Tratamentul secundar este îndepărtarea materiei organice biodegradabile (în soluție sau suspensie) din canalizare sau de tipuri similare de ape uzate . Scopul este de a obține un anumit grad de calitate a efluenților într-o instalație de epurare adecvată pentru opțiunea de eliminare sau reutilizare intenționată. O etapă de „ tratament primar ” precede deseori tratamentul secundar, prin care separarea fizică a fazelor este utilizată pentru a îndepărta solidele solubile . În timpul tratamentului secundar, procesele biologice sunt utilizate pentru a îndepărta materia organică dizolvată și suspendată măsurată ca cerere biochimică de oxigen (DBO). Aceste procese sunt efectuate de microorganisme într-un proces aerob sau anaerob gestionat , în funcție de tehnologia de tratament . Bacteriile și protozoarele consumă contaminanți organici solubili biodegradabili (de exemplu , zaharuri , grăsimi și molecule organice de carbon cu lanț scurt din deșeuri umane, deșeuri alimentare , săpunuri și detergent) în timp ce se reproduc pentru a forma celule de solide biologice. Tratamentul secundar este utilizat pe scară largă în tratarea apelor uzate și este, de asemenea, aplicabil pentru multe ape uzate agricole și industriale .
Sistemele de tratament secundar sunt clasificate ca sisteme cu film fix sau cu creștere suspendată și ca aerobic versus anaerob. Sistemele de creștere cu peliculă fixă sau atașate includ filtre de scurgere , zone umede construite , bi-turnuri și contactoare biologice rotative , unde biomasa crește pe suport și canalizarea trece peste suprafața sa. Principiul filmului fix s-a dezvoltat în continuare în reactoare cu biofilm cu pat mobil (MBBR) șiProcese integrate de nămol activat cu film fix (IFAS). Sistemele de creștere suspendată includ nămol activat , care este un sistem de tratare aerobă, bazat pe întreținerea și recircularea unei biomase complexe compuse din microorganisme ( bacterii și protozoare ) capabile să absoarbă și să adsorbe materia organică transportată în apele uzate. Se folosesc, de asemenea, zone umede construite . Un exemplu pentru un sistem de tratament secundar anaerob este reactorul cu pătură anaerobă cu nămol .
Sistemele cu film fix sunt mai capabile să facă față schimbărilor drastice ale cantității de material biologic și pot oferi rate de îndepărtare mai mari pentru materialul organic și solidele suspendate decât sistemele de creștere suspendate. Majoritatea sistemelor de tratare aerobă secundară includ un clarificator secundar pentru a depune și a separa flocul biologic sau materialul de filtrare crescut în bioreactorul de tratament secundar.
Definiții
Tratamentul primar
Tratament secundar
Decantarea tratamentului primar elimină aproximativ jumătate din solidele și o treime din DBO din canalizarea brută. Tratamentul secundar este definit ca „îndepărtarea materiei organice biodegradabile (în soluție sau suspensie) și a solidelor suspendate. Dezinfectarea este de asemenea inclusă în definiția tratamentului secundar convențional.” Îndepărtarea nutrienților biologici este considerată de unii ingineri sanitari ca tratament secundar și de alții ca tratament terțiar.
După acest tip de tratare, apele uzate pot fi numite ape uzate tratate secundar.
Tratamentul terțiar
Tipuri de procese
Sistemele de tratare secundară sunt clasificate ca sisteme cu film fix sau cu creștere suspendată Există un număr mare de procese de tratare secundară, a se vedea Lista tehnologiilor de tratare a apelor uzate . Principalele sunt explicate mai jos.
Sisteme de film fix
Paturi filtrante (paturi oxidante)
La instalațiile mai vechi și la cele care primesc încărcări variabile, se folosesc paturi filtrante de scurgere unde lichiorul de canalizare așezat este răspândit pe suprafața unui pat format din cocs (cărbune carbonizat), așchii de calcar sau medii de plastic special fabricate. Astfel de medii trebuie să aibă suprafețe mari pentru a susține biofilmele care se formează. Alcoolul este de obicei distribuit prin brațe perforate de pulverizare. Lichiorul distribuit se scurge prin pat și este colectat în canalele de scurgere de la bază. Aceste drenaje oferă, de asemenea, o sursă de aer care se filtrează prin pat, menținându-l aerob. Biofilmele de bacterii, protozoare și ciuperci se formează pe suprafețele mediului și mănâncă sau reduc în alt mod conținutul organic. Filtrul elimină un procent mic din materia organică în suspensie, în timp ce majoritatea materiei organice susține reproducerea microorganismelor și creșterea celulelor din oxidarea biologică și nitrificarea care au loc în filtru. Cu această oxidare și nitrificare aerobă, solidele organice sunt transformate în biofilm pășunat de larvele de insecte, melci și viermi care ajută la menținerea unei grosimi optime. Supraîncărcarea paturilor poate crește grosimea biofilmului, ducând la condiții anaerobe și la o posibilă bioclocare a mediului filtrant și la depunerea la suprafață.
Contactoare biologice rotative
Zonele umede construite
Sisteme de creștere suspendate
Namol activ
Nămolul activ este o metodă obișnuită de creștere suspendată a tratamentului secundar. Plantele de nămol activ cuprind o varietate de mecanisme și procese care utilizează oxigen dizolvat pentru a promova creșterea flocului biologic care îndepărtează substanțial materialul organic. Flocul biologic este un ecosistem de biote vii care subzistă cu substanțe nutritive din efluentul primar de clarificare. Aceste solide dizolvate în cea mai mare parte carbonate suferă aerare pentru a fi descompuse și fie oxidate biologic în dioxid de carbon, fie transformate în floc biologic suplimentar de microorganisme care se reproduc. Solidele dizolvate azotate (aminoacizi, amoniac etc.) sunt în mod similar transformate în floc biologic sau oxidate de floc în nitriți , nitrați și, în unele procese, în azot gazos prin denitrificare . În timp ce denitrificarea este încurajată în unele procese de tratare, denitrificarea afectează adesea depunerea flocului provocând efluenți de calitate slabă în multe instalații de aerare suspendate. Revărsarea din camera de amestecare a nămolului activ este trimisă la o. în cazul în care flocul biologic suspendat se instalează în timp ce apa tratată trece la tratamentul terțiar sau la dezinfecție. Flocul așezat este returnat în bazinul de amestecare pentru a continua să crească în efluentul primar. La fel ca majoritatea ecosistemelor, modificările populației dintre biota de nămol activat pot reduce eficiența tratamentului. Nocardia , o spumă maro plutitoare, uneori identificată greșit ca ciupercă de canalizare , este cea mai cunoscută dintre numeroasele ciuperci și protiste care pot suprapopula flocul și pot provoca supărări ale procesului. Concentrațiile ridicate de deșeuri toxice, inclusiv pesticide, deșeuri metalice industriale sau pH extrem, pot distruge biota unui ecosistem al reactorului de nămol activat.
Secvențierea reactoarelor discontinue
Un tip de sistem care combină tratamentul secundar și așezarea este nămolul activat ciclic (CASSBR) sau reactorul discontinuu de secvențiere (SBR). De obicei, nămolul activ este amestecat cu canalizare primită brută, apoi amestecat și aerat. Nămolul așezat este scurs și reaerat înainte ca o proporție să fie returnată la cap.
Dezavantajul procesului CASSBR este că necesită un control precis al sincronizării, amestecării și aerării. Această precizie se obține de obicei cu comenzile computerului legate de senzori. Un astfel de sistem complex și fragil este inadecvat locurilor în care controalele pot fi nesigure, slab întreținute sau în care sursa de alimentare poate fi intermitentă.
Plantele de ambalare
Plantele cu pachete de aerare extinse utilizează bazine separate pentru aerare și decantare și sunt ceva mai mari decât plantele SBR cu sensibilitate redusă la sincronizare.
Bioreactoare cu membrană
Bioreactoarele cu membrană (MBR) sunt sisteme de nămol activate folosind un proces de separare a fazei solide a membranei . Componenta membranei folosește membrane de microfiltrare sau ultrafiltrare la presiune scăzută și elimină necesitatea unui clarificator secundar sau filtrare. Membranele sunt de obicei scufundate în rezervorul de aerare; cu toate acestea, unele aplicații utilizează un rezervor de membrană separat. Unul dintre beneficiile cheie ale unui sistem MBR este acela că depășește în mod eficient limitările asociate cu decantarea slabă a nămolului în procesele convenționale de nămol activat (CAS). Tehnologia permite funcționarea bioreactorului cu o concentrație considerabil mai mare de substanțe solide suspendate de lichior (MLSS) decât sistemele CAS, care sunt limitate prin decantarea nămolului. Procesul este de obicei operat la MLSS în intervalul 8.000-12.000 mg / L, în timp ce CAS sunt operate în intervalul 2.000-3.000 mg / L. Concentrația crescută de biomasă în procesul MBR permite îndepărtarea foarte eficientă atât a materialelor solubile, cât și a materialelor biodegradabile sub formă de particule, la rate de încărcare mai mari. Astfel, creșterea timpilor de păstrare a nămolului, care depășesc de obicei 15 zile, asigură nitrificarea completă chiar și pe vreme extrem de rece.
Costul construirii și exploatării unui MBR este adesea mai mare decât metodele convenționale de tratare a apelor uzate. Filtrele cu membrană pot fi orbite cu grăsime sau abrazate de gresie suspendată și nu au flexibilitatea unui clarificator pentru a trece debitele de vârf. Tehnologia a devenit din ce în ce mai populară pentru fluxurile de deșeuri pretratate în mod fiabil și a câștigat o acceptare mai largă în cazul în care infiltrarea și intrarea au fost controlate, totuși, iar costurile ciclului de viață au scăzut constant. Amprenta redusă a sistemelor MBR și efluentul de înaltă calitate produs le fac deosebit de utile pentru aplicațiile de reutilizare a apei.
Granulare aerobă
Nămolul granular aerob poate fi format prin aplicarea unor condiții de proces specifice care favorizează organismele cu creștere lentă, cum ar fi PAO (organisme care acumulează polifosfat) și GAO (organisme care acumulează glicogen). O altă parte cheie a granulației este risipa selectivă, prin care nămolul asemănător unui floc de decantare lentă este evacuat pe măsură ce nămolul deșeurilor și biomasa de decantare mai rapidă este reținută. Acest proces a fost comercializat ca proces Nereda .
Lagune sau iazuri aerate la suprafață
Lagunele aerate sunt o metodă de tratament secundar cu creștere suspendată cu tehnologie scăzută, folosind aeratoare cu motor care plutesc pe suprafața apei pentru a crește transferul de oxigen atmosferic către lagună și pentru a amesteca conținutul lagunei. Aeratoarele de suprafață plutitoare sunt de obicei evaluate pentru a furniza o cantitate de aer echivalentă cu 1,8 până la 2,7 kg O 2 / kW · h . Lagunele aerate asigură o amestecare mai puțin eficientă decât sistemele convenționale de nămol activat și nu ating același nivel de performanță. Bazinele pot varia în adâncime de la 1,5 la 5,0 metri. Bazinele aerate la suprafață realizează îndepărtarea de 80 până la 90% a DBO cu timpi de reținere de 1 până la 10 zile. Multe sisteme de canalizare municipale mici din Statele Unite (1 milion gal / zi sau mai puțin) folosesc lagune aerate.
Tehnologii emergente
- Filtrul biologic aerat (sau anoxic) (BAF) sau biofiltrele combină filtrarea cu reducerea biologică a carbonului, nitrificarea sau denitrificarea. BAF include de obicei un reactor umplut cu un mediu filtrant . Mediul este fie în suspensie, fie susținut de un strat de pietriș la poalele filtrului. Scopul dublu al acestui mediu este de a susține biomasa foarte activă care este atașată la acesta și de a filtra solidele suspendate. Reducerea carbonului și conversia amoniacului au loc în modul aerob și, uneori, se realizează într-un singur reactor, în timp ce conversia nitraților are loc în modul anoxic . BAF este operat fie în configurație flux ascendent, fie în flux descendent, în funcție de designul specificat de producător.
- Nămol activat cu film fix integrat
- Reactoarele cu biofilm cu pat mobil (MBBR) necesită de obicei o amprentă mai mică decât sistemele cu creștere în suspensie.
Considerații de proiectare
Agenția pentru Protecția Mediului din Statele Unite (EPA) a definit tratamentul secundar pe baza performanțelor observate la bioreactoarele de la sfârșitul secolului al XX-lea care tratează canalizarea municipală tipică din Statele Unite. Canalizarea secundară tratată este de așteptat să producă efluenți cu o medie lunară mai mică de 30 mg / l DBO și mai puțin de 30 mg / l solide suspendate . Mediile săptămânale pot fi cu până la 50 la sută mai mari. Se așteaptă ca o stație de tratare a apelor reziduale care asigură atât tratament primar cât și secundar să elimine cel puțin 85% din DBO și solidele suspendate din canalizarea menajeră. Regulamentele EPA descriu iazurile de stabilizare ca oferind un tratament echivalent cu tratamentul secundar eliminând 65% din DBO și solidele suspendate din canalizarea de intrare și evacuând concentrații de efluenți cu aproximativ 50% mai mari decât bioreactoarele moderne. Regulamentele recunosc, de asemenea, dificultatea de a îndeplini procentele de eliminare specificate din canalele combinate , apele uzate industriale diluate sau Infiltrarea / Intrarea .
Supărări de proces
Supărările procesului sunt scăderi temporare ale performanței instalației de tratare cauzate de schimbări semnificative ale populației în ecosistemul de tratament secundar. Condițiile susceptibile de a crea supărări includ substanțe chimice toxice și concentrații neobișnuit de mari sau scăzute de deșeuri organice DBO care furnizează hrană pentru ecosistemul bioreactorului.
Măsurile care creează încărcări uniforme ale apelor uzate tind să reducă probabilitatea de supărare. Filmele fixe sau bioreactoarele de tratament secundar cu creștere atașată sunt asemănătoare unui model de reactor cu flux de priză care circulă apa pe suprafețele colonizate de biofilm , în timp ce bioreactoarele cu creștere suspendată seamănă cu un reactor cu rezervor agitat continuu, menținând microorganismele suspendate în timp ce apa este tratată. Bioreactoarele de tratament secundar pot fi urmate de o separare fizică a fazelor pentru a îndepărta solidele biologice din apa tratată. Durata supărată a sistemelor de tratament secundar cu film fix poate fi mai mare din cauza timpului necesar pentru recolonizarea suprafețelor de tratament. Ecosistemele de creștere suspendate pot fi restaurate dintr-un rezervor de populație. Sistemele de reciclare a nămolului activ oferă un rezervor integrat dacă sunt detectate condiții de supărare la timp pentru acțiuni corective. Reciclarea nămolului poate fi oprită temporar pentru a preveni spălarea nămolului în timpul debitului maxim de furtună atunci când diluarea menține concentrațiile de DBO scăzute. Sistemele de nămol activate cu creștere suspendată pot fi operate într-un spațiu mai mic decât sistemele de filtrare cu filtru fix care tratează aceeași cantitate de apă; dar sistemele cu film fix sunt mai capabile să facă față schimbărilor drastice în cantitatea de material biologic și pot oferi rate de îndepărtare mai mari pentru materialul organic și solidele suspendate decât sistemele de creștere suspendate.
Variațiile debitului apelor uzate pot fi reduse prin limitarea colectării apelor pluviale de către sistemul de canalizare și prin impunerea instalațiilor industriale de a descărca deșeurile de procesare a loturilor în canalizare într-un interval de timp, mai degrabă decât imediat după creare. Descărcarea deșeurilor industriale organice adecvate poate fi programată pentru a susține ecosistemul de tratare secundară în perioade de flux scăzut de deșeuri rezidențiale. Sistemele de tratare a apelor uzate care se confruntă cu fluctuații ale încărcăturii deșeurilor de sărbători pot furniza alimente alternative pentru susținerea ecosistemelor de tratare secundară prin perioade de utilizare redusă. Instalațiile mici pot pregăti o soluție de zaharuri solubile. Alții pot găsi deșeuri agricole compatibile sau pot oferi stimulente pentru eliminarea pompelor din fosele septice în perioadele de utilizare redusă.
Toxicitate
Deșeurile care conțin concentrații de biocide care depășesc nivelul de toleranță al ecosistemului de tratament secundar pot ucide o fracțiune majoră a uneia sau mai multor specii de ecosisteme importante. Reducerea DBO realizată în mod normal de acea specie încetează temporar până când alte specii ajung la o populație adecvată pentru a utiliza acea sursă de hrană sau populația inițială se recuperează pe măsură ce concentrațiile de biocide scad.
Diluare
Deșeurile care conțin concentrații neobișnuit de scăzute de DBO pot să nu susțină populația de tratament secundar necesară concentrațiilor normale de deșeuri. Populația redusă care supraviețuiește evenimentului de foame poate fi incapabilă să utilizeze complet DBO disponibil atunci când încărcăturile de deșeuri revin la normal. Diluarea poate fi cauzată de adăugarea de volume mari de apă relativ necontaminată, cum ar fi scurgerea apei pluviale într-o canalizare combinată. Stațiile de tratare a apelor uzate mai mici pot experimenta diluarea datorată deversărilor de apă de răcire, scurgeri majore de instalații sanitare, stingerea incendiilor sau scurgerea piscinelor mari.
O problemă similară apare atunci când concentrațiile de DBO scad atunci când debitul scăzut crește timpul de ședere a deșeurilor în bioreactorul de tratament secundar. Ecosistemele de tratament secundar ale comunităților colegiului, adaptate fluctuațiilor de încărcare a deșeurilor din ciclurile de muncă / somn ale studenților, pot avea dificultăți în supraviețuirea vacanțelor școlare. Sistemele secundare de tratament obișnuite cu ciclurile de producție de rutină ale instalațiilor industriale pot avea dificultăți în supraviețuirea opririi instalației industriale. Populațiile de specii care se hrănesc cu deșeurile primite scad inițial pe măsură ce concentrația acestor surse de hrană scade. Declinul populației continuă pe măsură ce populațiile de prădători ale ecosistemelor concurează pentru o populație în scădere , cu organisme de nivel trofic inferior .
Sarcina maximă a deșeurilor
Concentrațiile mari de DBO depășesc inițial capacitatea ecosistemului de tratament secundar de a utiliza alimentele disponibile. Populațiile ecosistemelor de organisme aerobe cresc până la atingerea limitelor de transfer de oxigen ale bioreactorului de tratament secundar. Populațiile ecosistemice de tratament secundar se pot deplasa spre specii cu cerințe mai mici de oxigen, dar eșecul acestor specii de a utiliza unele surse de hrană poate produce concentrații mai mari de BOD a efluenților. Creșteri mai extreme ale concentrațiilor de DBO pot scădea concentrațiile de oxigen înainte ca populația ecosistemului de tratament secundar să se poată ajusta și să provoace o scădere bruscă a populației în rândul speciilor importante. Eficiența normală de eliminare a DBO nu va fi restabilită până când populațiile de specii aerobe se recuperează după ce concentrațiile de oxigen cresc la normal.
Temperatura
Procesele de oxidare biologică sunt sensibile la temperatură și, între 0 ° C și 40 ° C, viteza reacțiilor biologice crește odată cu temperatura. Majoritatea navelor aerate de suprafață funcționează între 4 ° C și 32 ° C.
Vezi si
Referințe
Surse
- Abbett, Robert W. (1956). Practică de inginerie civilă americană . II . New York: John Wiley & Sons.
- Târg, Gordon Maskew; Geyer, John Charles; Okun, Daniel Alexander (1968). Ingineria apelor și a apelor uzate . 2 . New York: John Wiley & Sons.
- Hammer, Mark J. (1975). Tehnologia apei și a apelor uzate . New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-34726-4.
- King, James J. (1995). Dicționarul de mediu (ediția a treia). New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-11995-4.
- Metcalf; Eddy (1972). Ingineria apelor uzate . New York: McGraw-Hill Book Company.
- Reed, Sherwood C .; Middlebrooks, E. Joe; Crites, Ronald W. (1988). Sisteme naturale pentru gestionarea și tratarea deșeurilor . New York: McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-051521-2.
- Oțel, EW; McGhee, Terence J. (1979). Alimentarea cu apă și canalizarea (ediția a cincea). New York: McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-060929-2.