El papel del lodo activado en el tratamiento de aguas residuales es un sistema dinámico de ecosistemas microbianos complejos y procesos físicos y químicos,y su mecanismo central puede ser analizado en profundidad desde el micro metabolismo hasta el nivel del proceso macro
1El mecanismo metabólico colaborativo de las comunidades microbianas
División jerárquica de las comunidades microbianas funcionales
- Comunidad bacteriana ventajosa: está compuesta principalmente por bacterias heterotróficas (como Pseudomonas y Zygomycetes), responsables de la degradación primaria de la materia orgánica,secreción de enzimas extracelulares para hidrolizar moléculas orgánicas grandes en moléculas pequeñas absorbibles (como los polisacáridos → glucosa), proteínas → aminoácidos).
- Microbiota funcional:
- Bacteria nitrificante (bacteria de nitrito, bacteria de nitrato): en condiciones aeróbicas, oxidar NH - N a NO 2− y NO −.
- Bacteria desnitrificante (como Pseudomonas): En condiciones anaeróbicas, utilizan materia orgánica como donante de electrones para reducir NO − a N 2.
- Bacteria que acumula polifosfato (como Acinetobacter): Excessive uptake of phosphorus in anaerobic aerobic alternating environments (releasing energy to absorb phosphorus during aerobic conditions and releasing phosphorus to obtain carbon sources during anaerobic conditions).
Asignación de energía en el metabolismo microbiano
- Metabolismo de descomposición: la materia orgánica se oxida y libera energía (alrededor del 40% se convierte en ATP, el 60% se pierde como energía térmica).
- Anabolismo: la energía se utiliza para la proliferación de células microbianas (producción de lodo), y la energía restante se consume a través de la respiración endógena.
2El efecto reforzador de los procesos físicos y químicos
El efecto de vinculación de la adsorción, la floculación y la precipitación
- Etapa de adsorción:Los microorganismos capturan rápidamente la materia orgánica a través de la red viscosa de EPS (sustancias poliméricas extracelulares) (la velocidad de adsorción puede alcanzar más de 10 veces la velocidad de degradación).
- Mecanismo de floculación:
-Floculación biológica: los polisacáridos y proteínas del EPS secretados por los microorganismos actúan como floculantes biológicos para promover la formación de flocos.
- Neutralización de la carga: mediante el uso de iones Ca 2 + y Mg 2 + para reducir la carga negativa en la superficie coloidal y disminuir la repulsión.
-Eficiencia de la precipitación: Los flocos buenos (SVI=100~150 mL/g) logran la separación del agua de lodo en el tanque de sedimentación secundario, y la concentración del lodo devuelto puede alcanzar los 3000~5000 mg/l.
Control de la transferencia y difusión de masa
- gradiente de oxígeno disuelto: la distribución desigual del oxígeno disuelto en el tanque de aireación forma un microambiente (interfaz anoxico aeróbico), promoviendo la nitrificación y desnitrificación síncronas.
- Difusión en sustrato: la velocidad de transferencia de materia orgánica de la fase acuosa a la superficie de las células microbianas afecta a la eficiencia de degradación,que se puede optimizar aumentando la intensidad de agitación.
3, Lógica de control de los parámetros del proceso
Parámetros de control clave
- Edad del lodo (SRT): determina la estructura de la población microbiana (por ejemplo, la SRT larga promueve el crecimiento de bacterias nitrificantes, la SRT corta inhibe las bacterias filamentosas).
-Carga de lodo (F/M): La carga alta (0,3~0,6 kgBOD/kgMLSS · d) acelera la degradación de la materia orgánica pero puede causar fácilmente hinchazón del lodo; La carga baja (<0,15 kgBOD/kgMLSS · d) es beneficiosa para la nitrificación.
- Relación de reflujo (R): afecta a la concentración de lodo y a la eficiencia de tratamiento del tanque de aireación (generalmente entre el 20% y el 100%).
Dirección de optimización de los procesos típicos
Proceso A/O: La eliminación del fósforo se logra mediante la alternancia aeróbica anaeróbica, y el ORP en la zona anaeróbica debe controlarse a -150~-250 mV.
-Proceso 2/O: Aumentar la etapa anóxica para mejorar la desnitrificación, lo que requiere una asignación equilibrada de la fuente de carbono (denitrificación prioritaria, seguida de la eliminación del fósforo).
Proceso SBR: integración multifuncional obtenida mediante el control de series de tiempo, que requiere la optimización de la intensidad de aireación y el tiempo de sedimentación.
4, Desafíos y estrategias de afrontamiento durante la operación
Análisis común de problemas
-Humedad del lodo: la proliferación excesiva de bacterias filamentosas conduce a SVI> 200 mL/ g, que puede inhibirse añadiendo Fe 3+ o ajustando la F/ M.
-Envejecimiento del lodo: el funcionamiento a largo plazo a baja carga conduce a la floculación, que requiere la descarga de lodo o una carga mayor para activar el metabolismo.
- La eficiencia de desnitrificación es limitada: cuando la fuente de carbono es insuficiente, se puede complementar con metanol/acetato de sodio, o se puede utilizar el proceso MBR para extender la SRT.
Tecnología de control inteligente
- Monitoreo en línea: retroalimentación en tiempo real del estado del proceso a través de sensores DO, pH y ORP.
-Predicción del modelo: aplicar el ASM (modelo de lodo activado) para simular los procesos metabólicos y optimizar las estrategias de aireación y reflujo.
5, Innovación tecnológica y direcciones de vanguardia
Desarrollo de nuevos procesos
- Desnitrificación por nitrificación de corto alcance: oxidación de NH − N a NO 2− y desnitrificación directa, ahorrando un 25% de aireación y un 40% de fuente de carbono.
- Tecnología de lodos granulares: mediante la autoaglomeración para formar partículas de tamaño milimétrico, mejora la capacidad de resistencia a las cargas de impacto.
utilización de los recursos
- Digestión anaeróbica de lodos: conversión de materia orgánica en biogás (con un contenido de 60% a 70% de CH4) para lograr la recuperación de energía.
- Recuperación de fósforo: extracción de fertilizantes de liberación lenta del lodo mediante tecnología de cristalización de excrementos de aves (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O).
resumen
El sistema de lodos activados logra un control completo de la cadena desde la mineralización orgánica hasta el ciclo de los nutrientes mediante el acoplamiento del metabolismo microbiano y los procesos físicoquímicos.La tendencia de desarrollo futura se centrará en los procesos bajos en carbono y de ahorro de energíaEn la actualidad, la industria de las aguas residuales se ha convertido en una industria de la información y la comunicación, con el objetivo de mejorar el tratamiento de las aguas residuales. it is necessary to flexibly adjust process parameters based on water quality characteristics (such as toxic substances in industrial wastewater and metabolic inhibition in low-temperature environments) to ensure stable and efficient operation of the system.
