Coloro che lavorano nel funzionamento e nella manutenzione delle acque reflue hanno probabilmente riscontrato questa frustrante impasse: il sistema sembra funzionare normalmente, senza modifiche importanti all'aerazione, allo scarico dei fanghi o agli affluenti, ma i livelli di COD e azoto ammoniacale degli effluenti non riescono costantemente a soddisfare gli standard. Questo ciclo di superamento dei limiti, richiesta di rettifica e successivo superamento dei limiti lascia la risoluzione dei problemi senza tracce e le ispezioni ancora più snervanti-.
In effetti, nel settore c'è consenso sul fatto che l'eccesso di COD e l'eccesso di azoto ammoniacale sono problemi di sistema fondamentalmente diversi, con debolezze molto diverse nei loro processi biologici.
In breve: per il COD degli effluenti che supera gli standard: concentrarsi su "perdita di fanghi, impatto degli affluenti e degradazione dei fanghi". Per gli effluenti con azoto ammoniacale che supera gli standard: concentrarsi su "se le condizioni di nitrificazione sono soddisfatte" (DO, età dei fanghi, temperatura, rapporto C/N, alcalinità). Oggi delineeremo chiaramente tutte le cause profonde, la logica sottostante e i punti chiave per la risoluzione-in loco dei problemi legati al persistente superamento di questi due indicatori. Queste sono tutte informazioni pratiche e di prima linea; ti consigliamo di salvarlo per riferimento futuro!
I. Il COD degli effluenti è costantemente al di sotto dello standard? Non apportare modifiche affrettate! Il problema è fondamentalmente questi 4 problemi:
Molte persone credono erroneamente che un eccesso di COD sia semplicemente dovuto a "troppa materia organica o insufficiente aerazione". In realtà, i superamenti persistenti del COD non sono dovuti a problemi di aerazione, ma piuttosto a un guasto nella separazione dell'acqua dei fanghi-, a fanghi anomali o a un collasso della resistenza agli urti del sistema.
1. La causa più comune e diretta: deflusso dei fanghi dal serbatoio di sedimentazione secondario, SS trasportato nell'effluente.
Questo è il principale colpevole di COD eccessivo sul-sito, senza eccezioni!
In condizioni operative normali, il COD dell'effluente contiene solo una piccola quantità di COD inerte non-biodegradabile e il valore è stabile e rientra nello standard. Tuttavia, in caso di malfunzionamento del serbatoio di decantazione secondario, l'effluente trasporta una grande quantità di particelle di fango e il COD particolato aumenterà direttamente il valore dell'effluente, inevitabilmente superando lo standard.
Scenari comuni di traboccamento di fanghi sul-sito:
Accumulo di fanghi: i fanghi hanno proprietà di sedimentazione estremamente scarse, l'interfaccia tra i fanghi- e l'acqua è vicina alla superficie dell'acqua e l'effluente contiene fanghi torbidi ovunque.
Denitrificazione e produzione di gas in vasche di sedimentazione secondaria: i fanghi di fondo subiscono denitrificazione e galleggiano in superficie, grandi pezzi di fango galleggiano sulla superficie dell'acqua e l'effluente trasporta una grande quantità di solidi sospesi.
Guasto della fase fisico-chimica: la coagulazione-e la sedimentazione del front-end non riescono a bloccare le particelle inorganiche sospese, superando la capacità di adsorbimento dei fanghi attivi, con il risultato che nell'effluente rimangono un gran numero di particelle fini.
Picco improvviso di SS influente: i solidi sospesi influenti superano lo standard, il sistema biologico non riesce a gestirli in tempo e l’SS effluente aumenta simultaneamente, seguito da COD che supera lo standard.
2. Killer nascosto: shock della qualità dell'acqua influente + avvelenamento da fanghi. I sistemi biologici sono più vulnerabili alle "fluttuazioni improvvise e alle sostanze tossiche". Anche se apparentemente funziona senza intoppi, l'attività dei fanghi potrebbe già essere danneggiata. Quando il BOD e il COD degli influenti aumentano improvvisamente, o quando vengono introdotti inquinanti recalcitranti (fibre, amilosio, disperdenti, additivi industriali, ecc.), sorgono due problemi principali: 1. Avvelenamento da fanghi attivi, una significativa diminuzione dell'attività o addirittura la morte localizzata dei fanghi, che porta a un calo precipitoso della capacità di degradazione della materia organica. 2. Fallimento della coagulazione fisico-chimica a monte, impedendo il pre-trattamento di inquinanti e facendoli accumulare nella fase di trattamento biologico. Tali superamenti spesso mancano di evidenti segnali di allarme, presentando caratteristiche di "piccoli superamenti persistenti e occasionali grandi superamenti", che li rendono facilmente trascurabili.
3. Problemi cronici a lungo-termine: deterioramento dei fanghi e carico anomalo
I fanghi sono il cuore del sistema di trattamento biologico. Le cattive condizioni dei fanghi impediranno una continua diminuzione del COD. Quattro problemi patologici comuni dei fanghi sono:
Basso MLVSS: un volume di fango insufficiente indebolisce significativamente la capacità di adsorbire e degradare la materia organica, con conseguente COD dell'effluente persistentemente elevato.
Basso carico a lungo-termine (basso F/M): i microrganismi soffrono di fame, invecchiamento e morte, producendo grandi quantità di residui cellulari recalcitranti e metaboliti solubili SMP-, formando COD ostinato.
Disintegrazione dei fanghi: l'avvelenamento o la sovra{0}}aerazione prolungata degradano completamente la flocculazione dei fiocchi batterici, causando torbidità dell'acqua e un forte calo dell'efficienza del trattamento.
Lo stress ambientale porta alla dispersione dei fiocchi: elevati TDS, improvvisi cambiamenti di temperatura o affluenti contenenti grandi quantità di disperdenti impediscono la sedimentazione e la flocculazione dei fanghi, con conseguenti superamenti simultanei di SS e COD negli effluenti.
4. Vincoli rigidi: bassa temperatura + quantità eccessive di componenti recalcitranti nell'affluente
Impatto a bassa temperatura: a temperature dell'acqua di 10-15 gradi, l'attività microbica diminuisce significativamente, l'efficienza di degradazione della materia organica diminuisce drasticamente e l'effetto di rimozione del COD è notevolmente ridotto.
La qualità dell’acqua stessa è recalcitrante: elevata percentuale di acque reflue industriali, grande percentuale di COD inerte e recalcitrante, fonti di carbonio disponibili insufficienti, incapacità del sistema biologico di decomporsi completamente e naturalmente difficoltà per gli effluenti a soddisfare gli standard.
5. Problemi residui dai processi a valle: guasto del filtro
Le unità di trattamento profondo come i filtri a sabbia e i filtri biologici, che apparentemente non influiscono sui processi biologici, sono in realtà l'ultima linea di difesa per la conformità degli effluenti.
I media filtranti che formano palline di fango, il corto-circuito delle crepe dello strato filtrante, la velocità di filtrazione eccessivamente elevata, le perdite di sabbia e i media filtranti eccessivamente grossolani o sottili possono portare a guasti di filtrazione, consentendo alle particelle fini non rimosse nella fase a monte di fuoriuscire direttamente, con conseguente eccessivo COD.
II. Eccesso continuo di azoto ammoniacale negli effluenti? Il problema principale è: il sistema di nitrificazione non funziona correttamente.
A differenza del COD, la rimozione dell’azoto ammoniacale si basa interamente sul funzionamento stabile dei batteri nitrificanti. I batteri nitrificanti hanno cicli di generazione lunghi, sono delicati ed estremamente sensibili all'ambiente. Qualsiasi perdita di controllo su un singolo parametro porterà direttamente all’incapacità di ridurre i livelli di azoto ammoniacale.
Tutti i superamenti a lungo termine-di azoto ammoniacale si riducono a questi 7 motivi principali:
1. Il problema più comune: ossigeno disciolto (DO) insufficiente nella fase aerobica.
La nitrificazione è una reazione ad alta intensità di ossigeno-, che richiede molto più ossigeno della normale degradazione della materia organica.
Condizioni operative standard: il DO aerobico deve essere controllato stabilmente a 2,0~3,0 mg/L.
DO < 2,0 mg/L: la nitrificazione è significativamente inibita.
DO < 1,0 mg/L: la nitrificazione sostanzialmente si arresta e i livelli di azoto ammoniacale aumentano.
Molti siti sembrano avere un'aerazione completa, ma in realtà l'aerazione non è uniforme, c'è una carenza di ossigeno localizzata e l'efficienza effettiva del trasferimento dell'ossigeno è bassa. Anche se può sembrare che abbia condizioni aerobiche, in realtà non soddisfa i requisiti di nitrificazione.
2. L'aspetto più facilmente trascurabile: età insufficiente dei fanghi (SRT).
I batteri nitrificanti proliferano in modo estremamente lento e hanno cicli di generazione lunghi, richiedendo un'età dei fanghi sufficiente per sopravvivere e accumularsi.
Se la quantità di fanghi scaricati è troppo grande o l'età dei fanghi è troppo breve, i batteri nitrificanti appena formati non avranno il tempo di funzionare prima di essere scaricati dal sistema con i fanghi rimanenti. Ciò si traduce in una concentrazione persistentemente bassa di batteri nitrificanti all'interno del sistema e in una completa mancanza di capacità di denitrificazione.
Standard del settore: la prima cosa da fare quando i livelli di azoto ammoniacale sono troppo elevati è ridurre lo scarico dei fanghi e aumentarne l'età.
3. Problema comune stagionale: bassa temperatura dell'acqua
L'attività dei batteri nitrificanti dipende fortemente dalla temperatura; più bassa è la temperatura, peggiore è il tasso di nitrificazione:
Temperatura adatta: 5~35 gradi
<15℃: Nitrification efficiency drops sharply
<10℃: Only able to barely maintain basic reactions, almost no denitrification capacity
I livelli di azoto ammoniacale sono generalmente troppo elevati in autunno e inverno e la ragione principale è l’insufficiente temperatura dell’acqua, non semplicemente un problema di aerazione o di scarico dei fanghi.
4. Condizioni idrauliche inadeguate: rapporto di riflusso e HRT insufficienti.
Rapporto di riflusso insufficiente: il tempo di ritenzione dei fanghi nella vasca di sedimentazione secondaria è troppo lungo e porta facilmente alla denitrificazione e flottazione, interrompendo il sistema di nitrificazione.
HRT insufficiente: il tempo di ritenzione delle acque reflue nella zona aerobica è insufficiente, la reazione di nitrificazione non è completata e la rimozione dell'azoto ammoniacale è incompleta.
5. Squilibrio dei nutrienti: rapporto carbonio-a-azoto sbilanciato, fonte di carbonio efficace insufficiente.
Il rapporto ottimale carbonio-a-azoto (BOD₅/TKN) per la denitrificazione biologica è 2-3.
Rapporto elevato: i batteri eterotrofi proliferano, competendo per lo spazio vitale, sopprimendo i batteri nitrificanti, con conseguente proporzione estremamente bassa e un forte calo del tasso di nitrificazione.
Scenario delle acque reflue industriali: elevata percentuale di COD recalcitrante, scarse fonti di carbonio efficaci, nutrizione microbica insufficiente, che rendono difficile l’avanzamento della denitrificazione.
6. Inibizione della tossicità: i batteri nitrificanti sono "avvelenati". I batteri nitrificanti sono estremamente fragili; tracce di sostanze tossiche possono inibirne l'attività: metalli pesanti, anioni complessati, cianuri, composti organici speciali industriali. Ammoniaca libera in condizioni di azoto ammoniacale elevato: anche una concentrazione di soli 0,1~1,0 mg/L può inibire gravemente l'attività dei batteri nitrificanti, paralizzando direttamente il sistema di nitrificazione.
7. Mancanza di condizioni di base: sovraccarico di azoto ammoniacale influente + alcalinità insufficiente. Elevate concentrazioni di azoto ammoniacale e acque reflue oleose in ingresso nell'affluente: isolamento dell'ossigeno, funzionamento in sovraccarico del sistema e inibizione della crescita microbica. Alcalinità insufficiente: la nitrificazione è una reazione che consuma alcali-; un'alcalinità insufficiente del sistema ostacola direttamente la reazione di nitrificazione, rendendo inefficace l'aerazione.
III. Suggerimenti rapidi per la risoluzione dei problemi-sul sito! Anche i principianti possono individuare rapidamente i problemi.
Non sono necessari controlli alla cieca, articolo-per-articolo; per superamenti persistenti, applicare la seguente logica fissa di risoluzione dei problemi:
Per superamenti persistenti del COD, dare priorità al controllo di questi 3 elementi:
Serbatoio di sedimentazione secondaria: ci sono perdite di fanghi? L'effluente è torbido? SS sta superando lo standard? L'SVI è anormale?
Influenti: c’è uno shock sulla qualità/quantità dell’acqua? Vengono mescolati additivi speciali? Ci sono inquinanti persistenti?
Fanghi: MLVSS, F/M, stato di flocculazione dei fanghi, stanno invecchiando, disintegrandosi o espandendosi?
In caso di superamenti persistenti di azoto ammoniacale, dare priorità al controllo di questi 4 elementi:
Attività aerobica: soddisfa costantemente gli standard? Esistono condizioni anossiche localizzate?
Età dei fanghi: c'è uno scarico eccessivo di fanghi? I batteri nitrificanti sono insufficienti?
Temperatura dell'acqua: il sistema funziona a basse temperature?
Rapporto C/N + alcalinità: esiste uno squilibrio nutrizionale? C'è una mancanza di alcalinità?
IV. Un consiglio
Il funzionamento e la manutenzione delle acque reflue non riguardano mai la "regolazione dei parametri al tatto". Ogni superamento di un indicatore ha una corrispondente logica di fondo.
Il COD è determinato dalla separazione dell'acqua-del fango e dallo stato del fango; L'azoto ammoniacale è determinato dall'ambiente e dalle condizioni di nitrificazione. Comprendere questi due sistemi eviterà aggiustamenti ciechi e ripetuti superamenti.