Procesul A2O: Ghidul suprem pentru tratarea apelor uzate anaerobe, anoxice și oxice

Introducere în procesul A2O

În lumea ingineriei moderne a apelsau uzate, stşiardul pentru apa curată s-a schimbat. Nu mai este suficient să eliminați pur și simplu solidele organice; reglementările de astăzi cer eliminarea nutrienților dizolvați care amenință ecosistemele noastre. Introduceți Procesul A2O (Anaerob-Anoxic-Oxic).

Procesul A2O este o configurație adoptată pe scară largă a sistemului cu nămol activ conceput special pentru Îndepărtarea biologică a nutrienților (BNR) . Spre deosebire de metodele tradiționale de tratament care se concentrează în primul rând pe îndepărtarea carbonului, procesul A2O vizează simultan azot şi fosfor — cei doi principali vinovați din spatele eutrofizării apei.

Prin ciclul inteligent al apelor uzate prin trei zone de mediu distincte— Anaerob (fără oxigen, fără nitrat), Anoxic (fără oxigen, da nitrat) și Oxic (aerat) - sistemul A2O creează un ecosistem divers de microorganisme. Acești microbi lucrează în armonie pentru a descompune materia organică, pentru a transforma amoniacul în azot gazos inofensiv și pentru a capta biologic fosforul în nămol.

De ce este semnificativ procesul A2O?

• Simplitate: Oferă îndepărtarea simultană a azotului și a fosforului într-un singur sistem de nămol, fără a fi nevoie de aditivi chimici.
• Eficiență: Utilizează carbonul organic prezent în mod natural în apele uzate pentru a alimenta procesul de denitrificare, reducând nevoia de surse suplimentare de carbon.
• Sustenabilitate: Prin reducerea încărcăturii de nutrienți, previne înflorirea algelor toxice în corpurile de apă receptoare, protejând viața acvatică și sănătatea umană.

Înțelegerea țintelor de tratare a apelor uzate

Pentru a aprecia eleganța procesului A2O, trebuie mai întâi să înțelegem inamicii cu care se luptă. Tratarea apelor uzate nu este doar despre a face apa să arate limpede; este vorba despre eliminarea poluanților chimici invizibili care perturbă echilibrul naturii.

În timp ce tratamentul convențional se concentrează pe Carbon (măsurată ca BOD/COD) și Solide (TSS), procesele avansate precum A2O sunt concepute pentru a aborda Nutrienți .

Cei trei poluanți majori

1. Materie organică (BOD/COD)

• Ce este: Deșeuri biodegradabile (resturi alimentare, deșeuri umane).
• Pericolul: Dacă sunt eliberate netratate, bacteriile din râuri și lacuri vor consuma această materie în mod agresiv. Procedând astfel, consumă tot oxigenul dizolvat din apă, sufocând peștii și alte vieți acvatice.
• Rol A2O: Procesul A2O elimină materia organică în primul rând din zonele anaerobe și anoxice (folosind-o ca combustibil pentru reacții specifice) și termină lucrarea în zona oxică.

2. Azot (amoniac și nitrați)

• Ce este: Azotul intră în apele uzate în primul rând prin uree și proteine.
• Pericolul:
  • Toxicitate: Nivelurile ridicate de amoniac sunt direct toxice pentru pești.
  • Eutrofizare: Azotul acționează ca un îngrășământ pentru alge. Când algele mor și putrezesc, epuizează oxigenul (zonele moarte).
• Rol A2O: Procesul A2O transformă amoniacul toxic (NH ₄ ) în nitrat (NR ₃ ^- ), apoi elimină oxigenul pentru a elibera gaz inofensiv azot (N ₂ ).

3. Fosfor

• Ce este: Se găsește în detergenți, săpunuri și deșeuri umane.
• Pericolul: Fosforul este de obicei „nutrientul limitator” în apa dulce. Chiar și adăugările minuscule pot declanșa înfloriri masive, incontrolabile de alge, care transformă apa în verde și toxică.
• Rol A2O: Aceasta este specialitatea procesului A2O. Prin stresarea bacteriilor din zona anaerobă, sistemul le amorsează să absoarbă cantități masive de fosfor din zona oxică, prinzându-l în nămol astfel încât să poată fi îndepărtat din apă.

Fluxul procesului A2O: o călătorie pas cu pas

Procesul A2O este o călătorie continuă pentru apele uzate, concepută pentru a crea condiții specifice de mediu care favorizează diferite tipuri de bacterii. Cheia succesului său nu constă doar în rezervoare, ci și în cele două bucle critice de recirculare care mișcă apa și nămolul între ele.

1. Zona anaerobă (selectorul)

Aceasta este zona de contact inițială unde începe procesul.

• Flux de intrare: Apa uzată brută influențată (bogată în „hrană”) organică este amestecată cu Nămol activat cu retur (RAS) de la clarificatorul secundar.
• Mediu: Strict anaerob. Nu există oxigen dizolvat (O ₂ ) și fără nitrați (NU ₃ ).
• Procesul cheie (Versiunea P): În acest mediu stresat, Organisme acumulatoare de fosfat (PAO) sunt selectate. Ei consumă acizi grași volatili (AGV) din apele uzate și, pentru a câștiga energia necesară pentru a face acest lucru, își descompun legăturile interne de polifosfat, eliberând ortofosfat în lichid.

2. Zona anoxică (denitrificare)

Apa uzată curge din zona anaerobă în zona anoxică, unde este unită printr-un flux masiv de apă reciclată.

• Flux de intrare: Lichior amestecat din zona anaerobă Reciclare internă a alcoolului mixt (IMLR) din zona Oxică.
• Mediu: Anoxic. Nu există oxigen liber dizolvat, dar există oxigen legat chimic sub formă de nitrați (NO ₃ ) adus de IMLR.
• Proces cheie (denitrificare): Bacteriile heterotrofe folosesc materia organică rămasă ca sursă de hrană. Pentru a respira, ei scot atomii de oxigen din moleculele de nitrat (NO ₃ ), transformându-le în azot gazos (N ₂ ), care bule inofensiv din apă. Acesta este mecanismul principal pentru eliminarea azotului.

3. Zona oxica (motorul aerob)

Aceasta este cea mai mare și mai activă zonă, în care aerul este introdus energic.

• Flux de intrare: Lichior amestecat din zona anoxică.
• Mediu: Aerobic. Nivelurile ridicate de oxigen dizolvat sunt menținute prin difuzoare sau aeratoare.
• Procesul cheie 1 (nitrificare): Bacteriile autotrofe (cum ar fi Nitrosomonas şi Nitrobacter ) transformă amoniacul toxic (NH ₄ ) în nitrați (NO ₃ ).
• Procesul cheie 2 (asumarea luxului P): PAO, acum într-un mediu bogat în oxigen, „absorbă de lux” cantități mari de fosfat din apă pentru a-și reconstrui depozitele interne, eliminându-l din faza lichidă.
• Despărțirea: La sfârșitul acestei zone, o mare parte din lichidul amestecat bogat în nitrați este pompat înapoi în zona anoxică prin intermediul IMLR , în timp ce restul curge către clarificator.

4. Clarificatorul secundar (separarea)

Etapa finală este un proces de separare fizică.

• Flux de intrare: Lichior amestecat din zona Oxic.
• Proces: Flocii biologici (nămol) se depun pe fundul rezervorului, lăsând apă limpede, tratată în partea de sus.
• Debit (efluent): Supernatantul limpede curge peste baraje și este evacuat ca efluent tratat.
• Managementul namolului: Nămolul decantat este fie reciclat înapoi la început ca RAS pentru a menţine populaţia biologică sau îndepărtată din sistem ca Nămol activat deșeuri (WAS) pentru a elimina definitiv fosforul și excesul de biomasă.

Etapele principale ale procesului A2O

Procesul A2O este un sistem de creștere în suspensie cu un singur nămol. Deși pare liniar, eficiența sa se bazează în mare măsură pe recirculația internă. Apele uzate se deplasează prin trei zone de mediu distincte, fiecare cultivând comunități bacteriene specifice pentru a viza diferiți poluanți.

[Imagine a diagramei fluxului procesului A2O]

1. Zona anaerobă (selectorul)

Aceasta este zona de contact inițială în care apa uzată brută influențată se amestecă cu nămolul activat cu retur (RAS).

• Mediul: Condiții strict anaerobe. Nu există oxigen liber (O ₂ ) și fără oxigen legat (nitrat/nitrit).
• Mecanismul (eliberarea de fosfor): În acest mediu plin de stres, Organisme acumulatoare de fosfat (PAO) sunt dominante. Pentru a supraviețui, ei consumă acizi grași volatili (VFA) din apele uzate. Pentru a obține energia necesară absorbției acestor VFA, PAO-urile își descompun legăturile interne de polifosfat, eliberând ortofosfat în lichid.
• Rezultatul: În mod ironic, concentrațiile de fosfat creste în această etapă. Această „lansare” este un precursor necesar pentru „absorbția de lux” care are loc mai târziu.

2. Zona anoxică (denitrificare)

Apa uzată curge din zona anaerobă în zona anoxică. Aici, o buclă de reciclare internă crucială alimentează lichidul amestecat bogat în nitrați înapoi de la sfârșitul procesului (zona Oxic).

• Mediul: Condiții anoxice. Nu există oxigen dizolvat liber, dar oxigenul legat chimic este prezent sub formă de nitrați (NR3 ^- ).
• Mecanismul (denitrificare): Bacteriile heterotrofe folosesc materia organică (BOD) rămasă în apa uzată ca hrană. Pentru a respira, ei scot moleculele de oxigen de pe nitrați.
• Schimbarea chimică: Acest proces transformă nitrații (NO3 ^- ) în azot gazos (N ₂ ), care bule inofensiv din apă.
  NO3 ^- → NO2 ^- → NO → N ₂ O → N ₂
• Rezultatul: Eliminarea semnificativă a azotului total.

3. Zona oxica (tratament aerobic)

Aceasta este etapa biologică finală în care aerarea este introdusă prin aeratoare mecanice de suprafață sau sisteme de aer difuz.

• Mediul: Condiții aerobe cu niveluri ridicate de oxigen dizolvat (DO) (de obicei 2,0 mg/L sau mai mare).
• Mecanismul A (nitrificare): Bacteriile autotrofe (cum ar fi Nitrosomonas şi Nitrobacter ) transformă amoniacul (NH ₄ ) în nitrați (NO3 ^- ). Acest nitrat este apoi reciclat înapoi în zona anoxică pentru a fi îndepărtat.
• Mecanismul B (absorbție de fosfor de lux): PAO-urile, acum într-un mediu bogat în oxigen, trec în exces. Ele oxidează substanțele organice stocate (absorbite în faza anaerobă) pentru a-și umple depozitele de fosfat. Ei iau mult mai mult fosfat decât au eliberat mai devreme.

• Rezultatul: Amoniacul este oxidat, iar fosfatul în fază lichidă este redusă drastic, deoarece este prins în interiorul bacteriilor (care vor fi în cele din urmă îndepărtate sub formă de nămol).

Factori care afectează eficiența procesului A2O

Procesul A2O este un act de echilibru biologic. Deoarece se bazează pe microorganisme vii, sistemul este sensibil la schimbările de mediu. Pentru a obține o eliminare optimă a nutrienților, operatorii trebuie să monitorizeze și să controleze cu atenție câțiva factori cheie.

1. Controlul oxigenului dizolvat (DO).

Acesta este cel mai critic parametru. Bacteriile din fiecare zonă necesită un mediu specific de oxigen pentru a funcționa.

• Anaerob Zone: Trebuie să fie strict anaerob (DO ≅ 0 mg/L). Chiar și cantitățile mici de oxigen aici vor opri eliberarea de fosfor.
• Zona anoxica: Trebuie să aibă DO scăzut (DO < 0,5 mg/L) dar nitrați mari. Dacă DO intră în această zonă (de exemplu, prin turbulențe excesive sau nămol de retur supraaerat), bacteriile vor folosi oxigenul liber în loc de oxigenul nitrat, oprind denitrificarea.
• Zona oxica: Necesită suficient DO (2,0 - 3,0 mg/L). Dacă nivelurile scad prea scăzut, nitrificarea se oprește; dacă nivelurile sunt prea mari, irosește energie și trimite excesul de oxigen înapoi în zona anoxică prin bucla de reciclare.

2. Raporturi de recirculare internă

„Bătăile inimii” procesului A2O sunt pompele sale.

• IMLR (Reciclare internă a alcoolului mixt): Aceasta determină cât de mult nitrat este îndepărtat. Un raport standard este 200% până la 300% a fluxului de influent. Dacă raportul este prea mic, nitrații scapă în efluent. Dacă este prea mare, diluează lichidul amestecat și reduce timpul de retenție.
• RAS (nămol activat cu retur): Acest lucru asigură că zona anaerobă are suficientă biomasă. Setat de obicei la 50% până la 100% de flux de influent.

3. Temperatura și pH-ul

Diferitele bacterii au diferite „zone de confort”.

• Temperatura: Bacteriile nitrificante (zona oxica) sunt foarte sensibile la frig. Sub 12 °C , activitatea lor scade semnificativ, riscând amoniac ridicat în deversare.
• pH: Nitrificarea consumă alcalinitate, scăzând în mod natural pH-ul. Dacă pH-ul scade sub 6.5 , bacteriile nu mai funcționează. Operatorii trebuie adesea să adauge alcalinitate (cum ar fi varul sau soda) pentru a menține un pH între 7.0 și 8.0 .

4. Raportul carbon-nutrient (C:N:P)

Bacteriile au nevoie de hrană (carbon) pentru a-și face treaba.

• Denitrificarea necesită carbon organic. Dacă apa uzată este „slăbită” (BOD scăzut), nu va exista suficientă hrană pentru ca bacteriile să descompună nitrații din zona anoxică.
• Îndepărtarea fosforului se bazează pe acizii grași volatili (VFA). Dacă influentul nu are VFA, eliminarea fosforului va fi slabă.

Avantajele și dezavantajele procesului A2O

În timp ce A2O este un standard de aur pentru îndepărtarea nutrienților biologici, nu este un sistem de „instalare și uitare”. Are avantaje și dezavantaje distincte în comparație cu nămolul activ convențional.

Avantajele (Pro)

• Îndepărtarea simultană a nutrienților: Îndepărtează eficient BOD, azotul și fosforul într-un singur sistem de nămol, fără a necesita etape separate de precipitare chimică.
• Operare rentabilă: Prin utilizarea nitraților (în loc de aer) pentru a oxida BOD în zona anoxică, procesul recuperează oxigenul, reducând necesarul total de energie de aerare.
• Proprietăți îmbunătățite ale nămolului: Zona de selecție anaerobă suprimă creșterea bacteriilor filamentoase, care adesea provoacă „aglomerarea nămolului”. Acest lucru duce la o mai bună decantare a nămolului în limpezitor.
• Fara substante chimice adaugate: Se bazează mai degrabă pe mecanisme biologice decât pe coagulanți chimici scumpi (cum ar fi alaunul sau clorura ferică) pentru îndepărtarea fosforului.

Dezavantaje (contra)

• Sensibilitate la calitatea influentelor: Procesul depinde în mare măsură de raportul dintre DBO și azot/fosfor din canalizarea brută. Dacă apa care intră are un conținut scăzut de materie organică (carbon), eficiența de îndepărtare scade drastic.
• Complexitatea operațiunii: Echilibrarea celor două bucle de reciclare (RAS și IMLR) necesită operatori calificați și sisteme de control precise.
• Feedback de nitrați: Dacă reciclarea internă nu este gestionată corect, nitrații pot curge înapoi în zona anaerobă. Nitrații din zona anaerobă acționează ca o otravă pentru mecanismul de eliminare a fosforului.
• Capital inițial mai mare: Cerința pentru trei zone separate, pereți interni, mixere și pompe de reciclare crește costul inițial de construcție în comparație cu un rezervor simplu de aerare.

Aplicații în lumea reală ale A2O

Procesul A2O este versatil și scalabil, ceea ce îl face o alegere preferată pentru diverse scenarii de tratare a apelor uzate.

1. Epurarea Apelor Uzate Municipale

Aceasta este cea mai comună aplicație. Orașele din întreaga lume folosesc A2O pentru a îndeplini standardele stricte privind efluenții care interzic deversarea de azot și fosfor în râuri și lacuri.

• Modernizare: Unul dintre cele mai mari puncte forte ale A2O este că multe rezervoare de aerare „plug-flow” existente pot fi adaptate în sistemele A2O pur și simplu prin instalarea deflectoarelor (pereți) pentru a crea cele trei zone și adăugând pompe de recirculare.
• Scara: Este eficient pentru plantele la scară medie până la mare (care deservesc populații de la 10.000 la peste 1.000.000).

2. Aplicații industriale

Industriile care produc deșeuri organice cu conținut ridicat de nutrienți consideră că A2O este deosebit de eficient.

• Mâncare și băuturi: Fabricile de lapte, fabricile de bere și abatoarele produc adesea ape uzate cu încărcături mari de azot și fosfor. A2O ajută aceste instalații să îndeplinească autorizațiile de descărcare de mediu fără costuri chimice excesive.
• Plante de îngrășăminte: Aceste instalații se ocupă de concentrații mari de amoniac, făcând esențiale capacitățile de nitrificare/denitrificare ale A2O.

Întreținere și depanare

Chiar și un sistem A2O perfect proiectat se poate confrunta cu provocări operaționale. Sistemele biologice sunt dinamice; o schimbare a vremii, compoziția influentului sau defecțiunea echipamentului pot perturba echilibrul delicat al bacteriilor.

Probleme și soluții operaționale comune

Tabelul de mai jos prezintă cele mai frecvente probleme cu care se confruntă operatorii în instalațiile A2O și cum să le rezolve.

Sfaturi de întreținere preventivă

• Calibrarea senzorului: Procesul A2O se bazează pe senzori de DO și nitrați pentru a controla pompele. Calibrați-le săptămânal.
• Întreținerea mixerului: Zonele anaerobe și anoxice folosesc mixere submersibile pentru a menține solidele în suspensie fără a adăuga oxigen. Dacă un mixer eșuează, solidele se vor depune și vor reduce volumul efectiv al rezervorului.
• Inspecția pompei: Pompele interne de reciclare (IMLR) funcționează continuu. Analiza regulată a vibrațiilor și verificările etanșării sunt vitale pentru a preveni defecțiunile bruște.

Întrebări frecvente (FAQ) despre procesul A2O

Î: Care este principala diferență dintre procesul A/O și procesul A2O?
A: Procesul standard A/O (anaerob-oxic) este conceput în primul rând pentru Fosfor îndepărtare. Îi lipsește zona „anoxică” și reciclarea internă a nitraților, ceea ce înseamnă că nu poate elimina eficient azotul. A2O (Anaerobic-Anoxic-Oxic) adaugă acel pas de mijloc pentru a elimina ambele Azot și Fosfor.

Î: De ce zona anaerobă trebuie să fie lipsită de nitrați?
A: Dacă nitrații sunt prezenți în zona anaerobă, bacteriile vor folosi oxigenul din nitrați pentru a respira în loc să fermenteze apa uzată. Acest lucru previne condiția de „stres” necesară pentru ca organismele care acumulează fosfor (PAO) să elibereze fosfor, întrerupând eficient procesul biologic de îndepărtare a fosforului.

Î: Care este eficiența de îndepărtare tipică a unui sistem A2O?
A: O instalație de A2O bine exploatată poate realiza de obicei:

• BOD/COD: > 90%
• Azot total (TN): 60% – 80% (Limitat de raportul intern de reciclare)
• Fosfor total (TP): 70% – 90%

Î: Ce este MLSS și de ce este important în A2O?
A: MLSS înseamnă Solide în suspensie alcoolice amestecate . Este o măsură a concentrației de bacterii (biomasă) din rezervor. În sistemele A2O, MLSS este de obicei menținută între 3.000 mg/L și 5.000 mg/L. Dacă este prea scăzut, nu există suficiente bacterii pentru a trata apa; dacă este prea mare, clarificatorul se poate supraîncărca.

Î: Procesul A2O poate îndeplini limite stricte de azot total (de exemplu, < 3 mg/L)?
A: A2O standard se luptă adesea să atingă limitele foarte scăzute de azot, deoarece se bazează pe o singură buclă internă de reciclare. Pentru a atinge limitele sub 3-5 mg/L, plantele au adesea nevoie de o zonă anoxică secundară (procesul Bardenpho modificat) sau de adăugarea unei surse externe de carbon (cum ar fi metanolul) pentru a stimula denitrificarea.

Î: De ce instalația mea de A2O se confruntă cu „nămol în creștere” în clarificator?
A: Creșterea nămolului este de obicei cauzată de denitrificare necontrolată în clarificator. Dacă nămolul rămâne acolo prea mult timp, bacteriile transformă nitrații rămași în bule de gaz de azot, care se lipesc de nămol și îl plutesc la suprafață. Soluția este creșterea ratei de returnare a nămolului activat (RAS) pentru a scoate nămolul mai repede din clarificator.