Namol activ

Plantă de nămol activată cu micro-bule.

Nămolul activ (sau nămolul activ ) este o suspensie în apă a biomasei active ( bacterii saprofite , protozoare , amibă , rotifere și alte microorganisme ), de obicei sub formă de fulgi.
Aceste nămoluri stau la baza sistemelor de oxidare biologică cu nămol activat, care sunt cele mai frecvente în stațiile de purificare tradiționale sau mai degrabă în stațiile de tratare a apelor uzate .
Rolul acestei biomasă (prezentă în principal sub formă de fulgi sedimentabili constând din materie organică și colonii de bacterii care se hrănesc cu ea) în procesul de purificare este de a utiliza substanțele organice biodegradabile prezente în apele uzate, degradându-le în compuși mai mici și mai puțini. periculoase care sunt folosite parțial de microorganisme în sine pentru hrana și reproducerea lor .

Sisteme de oxidare biologică

Sistemele de oxidare biologică sunt împărțite în două categorii principale:

sisteme de biomasă suspendate , cum ar fi nămolul activat, caracterizate prin prezența fulgilor liberi să se miște în interiorul masei lichide;
sisteme de biomasă aderată, în care biomasa bacteriană crește rămânând aderată la o suprafață.

Ultimele sisteme sunt împărțite în continuare în:

sisteme cu suporturi fixe prin care curge canalizarea, o categorie din care aparțin paturile de percolare ;
sisteme mobile de susținere, cum ar fi sistemele de discuri biologice , unde suportul se mișcă semi-cufundat în canalizare.

Sistemele de biomasă atașate nu au nevoie de recirculare a nămolului pentru a asigura concentrația corectă a nămolului activat în bioreactor .

Principiile de bază ale oxidării biologice

Cele două sisteme tradiționale de tratament biologic ale efluenților din rezervoarele primare de sedimentare sunt:

sisteme de nămol activat;
paturi percolante .

Acestea se bazează pe reproducerea fenomenelor biochimice naturale, iar tehnica aferentă constă în esență în crearea condițiilor necesare, astfel încât aceste procese naturale să poată avea loc într-un spațiu limitat și într-o perioadă de timp mult mai scurtă decât, așa cum se întâmplă în natură, pe scară largă. .

Astfel, în sistemele de nămol activat, procesul de transformare a substanțelor organice care are loc în mod natural în cursurile de apă , în mare, în lacuri etc. este reprodus într-un spațiu limitat, în timp ce în paturile de percolare se efectuează procese de transformare a apelor uzate, complet asemănătoare cu cele care apar în solul natural, dar, cu aceeași canalizare tratată într-un spațiu mult mai mic.

De fapt, într-un sol natural, chiar dacă este foarte poros și bine drenat, și în fluxuri și altele similare, cantitatea de aer disponibilă pentru masa bacteriană care procesează și transformă materia organică este relativ redusă.

În schimb, sistemele menționate anterior sunt realizate în așa fel încât să facă posibilă, prin intermediul unui flux de aer rațional și abundent, o dezvoltare ridicată a microorganismelor aerobe capabile să efectueze transformarea menționată într-un spațiu mult mai mic și într-un timp redus.

Rezultatul transformării, natural sau artificial, este aproape identic, indiferent de mijloacele folosite pentru obținerea acestuia, percolatoare, sol natural, nămol activat, diluare în cursurile de apă sau în mare.

Prin urmare, tratamentele de oxidare biologică pot fi considerate ecosisteme artificiale în condiții extreme.

Tratament biologic cu nămol activat

În tratamentul biologic cu nămol activat, se creează un sistem dinamic aerob controlat în tancuri, care reproduce într-un mediu artificial aceleași mecanisme biologice care apar în natură (de exemplu de-a lungul cursului unui râu) pentru purificarea apei poluate de substanțe organice biodegradabile. De fapt, prin amestecarea unui deșeu care urmează a fi purificat cu nămol activat în care există o concentrație microbiană aerobă preformată ridicată, are loc același proces de auto-purificare care are loc în natură, dar cu o viteză de reacție accelerată și un spațiu mai puțin ocupat.

Avantajul tratamentului cu nămol activat în comparație cu purificarea naturală este că flora microbiană utilizată pentru tratarea apelor uzate , în loc să rămână dispersată în efluentul tratat, tinde să se aglomereze formând fulgi (materie organică și bacterii) care, dacă sunt plasate în condiții încă, tind pentru a se așeza și poate fi ușor separat de canalizarea clarificată care rămâne la suprafață ( supernatant ).
Tratamente suplimentare, pe lângă oxidarea biologică, permit și reducerea substanțelor azotate și a fosfaților .
Prin urmare, materia organică prezentă în apele uzate este parțial mineralizată odată cu formarea produselor gazoase ale catabolismului bacterian în rezervoarele de oxidare biologică, o altă parte constituie noroiul foarte putrezibil și care, înainte de eliminarea acestuia, trebuie să fie supus unei serii de intervenții care mergeți la alcătuirea liniei de nămol a instalațiilor de purificare.

Metode de aerare

Agitatori mecanici

Aerarea canalizării se poate face cu:

metode de aerare mecanică
metode de suflare a aerului comprimat
O ₂ metode de suflare

În prima metodă, aerarea se obține prin fragmentarea apei în picături mici care sunt pulverizate în atmosferă, unde absorb O ₂ din aer și apoi cad înapoi în masa lichidă.
Metoda mecanică tradițională este cea Kessener, în care agitația este produsă la suprafața rezervorului prin intermediul unei perii cilindrice sau a unor foi fixate pe o axă rotativă longitudinală situată de-a lungul unei părți, în timp ce pe partea opusă există un deflector, astfel încât nămolul este forțat să ruleze continuu în jurul rezervorului.
Metoda de aerare mecanică prin intermediul turbinelor (de preferință cele cu număr mare de rotații), care se rotesc orizontal, scufundate la o adâncime de 5-15 cm, este destul de răspândită.
În metodele de suflare a aerului comprimat , de obicei mai bune decât cele dintâi, expansiunea suprafeței de contact gaz-apă se obține prin introducerea bulelor de aer în masa lichidului, la o adâncime adecvată. Raportul procentual dintre greutatea de O ₂ absorbită de apă în unitatea de timp și cea furnizată se numește eficiența aerării (E).
Această valoare este o funcție a diametrului bulelor. Sistemele cu bule minuscule ușurează dizolvarea O ₂ în apă (E ridicat), dar au o putere redusă de amestecare a amestecului nămol-nămol, cele cu bule grosiere au avantajele inverse și sunt, de asemenea, mai ieftine. Cu toate acestea, există o prevalență în utilizarea metodelor cu bule minuscule comparativ cu metodele cu bule grosiere. De regulă, bulele sunt introduse în rezervor prin difuzoare plasate pe fundul rezervorului.
În cea de-a treia metodă, care este foarte costisitoare, dar foarte eficientă, O ₂ este utilizat direct, depozitat în rezervoare în stare lichidă, care este livrat în stare gazoasă prin insuflatoare plasate de obicei pe fundul rezervorului de oxidare. Acest sistem nu este utilizat în timpul funcționării normale a sistemului, ci numai în cazuri de urgență, de exemplu pentru oxigenarea rapidă a rezervorului și evitarea morții microorganismelor prezente în cazul unei scăderi drastice a O ₂ .
Este esențial să se obțină o oxigenare uniformă a rezervorului, evitând părăsirea zonelor anoxice și încercând cu această metodă să se obțină, dacă este posibil, o amestecare optimă a nămolului activat.

Proces

Apele uzate, provenite din pretratare și eventuala primă sedimentare, sunt transportate în rezervoare mari, aerate sau prin insuflarea aerului sau prin agitare de către turbine, unde există în principal îndepărtarea substanțelor carbonice.
Sistemul exploatează două fenomene:

Bioflocularea este formarea de fulgi gelatinoși de câțiva mm de material organic prezent în suspensie. Agregarea acestor flocuri este probabil favorizată de sarcina electrică de suprafață a moleculelor organice, dintre care multe sunt de natură coloidală și de prezența unor forme bacteriene filamentoase (precum Spheromixya sp. , Micotrix sp. ) Care constituie o armătură internă reală de care depinde.coeziunea flocului. Formele bacteriene prezente sunt variate și selectate din când în când în funcție de tipul de apă uzată și de condițiile globale prezente în rezervor; biomasa activă din floc variază de la 10 la 40% din totalul substanței uscate. Flocurile, dacă sunt bine formate, se instalează și formează nămolul activ care se așează pe fund și este plasat în recirculare permițând o degradare progresivă a substanței organice prezente în el.
Biodegradarea materiei solubilizate de către bacteriile aerobe din populații eterogene conduce la formarea de CO ₂ , H ₂ O, NH ₄ ⁺ , NO ₂ ^- , NO ₃ ^- și alte molecule.

Bacteriile sunt selectate de condițiile globale, astfel încât în medii cu o concentrație mare de proteine vom avea genuri de Alcaligens, Flavobacterium, Bacillus, în medii bogate în carbohidrați vom găsi Pseudomonas , iar la concentrații scăzute de O ₂ și substanțe organice vom avea au Nitrosomonas și Nitrobacter. O parte din degradare are loc în nămolul activat, unde există o demolare catalitică operată de exoenzime pe molecule organice polimerice, urmată de utilizarea lor în scopuri energetice. Necesitatea menținerii ambelor fenomene impune un compromis turbulenței interne a apelor uzate care permite, pe de o parte, formarea de flocuri și, pe de altă parte, o oxigenare adecvată a apei pentru a favoriza metabolismul aerob. În practică, este necesar să încercăm cât mai mult posibil să oxigenăm rezervorul de oxidare încercând totuși, în același timp, să nu distrugem fulgii de noroi și microorganismele prezente în interiorul lor.

Dimensiunea instalației de tratare a apelor uzate ar trebui să se bazeze pe:

sarcina hidraulică de intrare
sarcină organică
eficiență pe care doriți să o atingeți
caracteristicile biodegradabilității nămolului
caracteristicile nămolului activat

În funcție de sarcina organică, este posibil să se distingă sistemele de sarcină mare (DBO ridicat, producție mare de nămol, randament 80%, timp 3 h ) oxidare medie, scăzută și totală (DBO foarte mare, producție zero de nămol, randament ~ 100%, timp > 40 h ).

Conceptul de încărcare a nămolului (CF) devine important în procesul de purificare: un parametru dimensional care încorporează conceptele de biodegradabilitate și eficiență de purificare: „cantitatea de masă organică care poate fi introdusă zilnic, referită la masa nămolului activat, fără a înrăutăți purificarea eficiență ". Este posibil să se utilizeze grafice experimentale care corelează CF cu capacitatea de purificare; cantitatea de nămol recirculat depinde de echilibrul general dintre solidele nămolului care intră și ies din rezervorul de aerare.

Nămolul indicat ca MLSS ( kg de solide sedimentabile / m3 de apă uzată) este măsurat ca SVI sau indicele de volum al nămolului și exprimat ca volumul ocupat de un gram de MLSS în conurile Imhoff după 30 de minute de sedimentare; sedimentarea este optimă atunci când SVI este de 50-150 mL / g . Odată cu recirculările ulterioare, noroiul tinde să se maturizeze progresiv sau conține substanțe organice din ce în ce mai puțin complexe și substanțe organice din ce în ce mai simple. Vârsta noroiului este un alt parametru și este legată de încărcătura noroiului, timpul de ședere al bacteriilor (zile), biomasa în creștere.

Posibile probleme

Deși este o tehnică consolidată de purificare, nu este neobișnuit ca plantele de nămol activ să aibă o funcționare nesatisfăcătoare din cauza fenomenelor cauzate de un comportament patologic real al nămolului. Modificările care pot apărea în nămolul activat implică probleme de separare între faza lichidă și solidă :

Creștere dispersată : bacteriile nu mai aderă una la cealaltă și se previne bioflocularea;
Vâscos material de umplutură : bacterii produc cantități mari de material extracelular și pot determina fulgi gelatinos care rețin cantități considerabile de apă;
Fulgi cu vârf de pin : fulgii au dimensiuni foarte mici și produc un efluent moale; bacteriile filamentoase sunt practic absente;
Creșterea : ridicarea și plutirea noroiului datorită denitrificării care are loc în fundul rezervorului de sedimentare secundar;
Spumare : spume biologice care se formează atât pe suprafața decantatorului, cât și în bazinele de aerare.

Deteriorarea procesului de purificare este influențată de mulți factori, precum oxigenarea slabă, prezența deșeurilor toxice industriale, variații excesive ale încărcăturii organice, lipsa nutrienților, modificări bruște de temperatură și pH , prezența sulfurilor .

Pentru a obține o bună conducție și a menține o anumită eficiență de purificare cu anumite caracteristici ale efluentului final, este necesar să se efectueze, pe lângă detectarea periodică a unor parametri analitici, cum ar fi reducerea COD, DBO, solide suspendate etc., de asemenea, comenzi și reglaje continue în diferite puncte ale sistemului.

Bibliografie

Secțiunea „Probleme posibile” vine parțial sau integral din fila relativă a site-ului novambiente.it disponibil sub licența Creative Commons CC-BY-3 .0