Para águas residuais industriais com um único componente e carência de nutrientes como nitrogênio e fósforo, a adição oportuna e adequada desses nutrientes é particularmente importante.
O nitrogênio, o fósforo e outros nutrientes são fatores importantes para manter o crescimento e a reprodução de microrganismos. Se as necessidades de nutrientes (N, P) dos microrganismos não forem atendidas, eles não poderão crescer e se reproduzir normalmente, e a função de purificação do lodo ativado para tratamento de efluentes também desaparecerá com o fim da vida útil dos microrganismos. Portanto, para efluentes industriais com um único componente e deficiência de nitrogênio e fósforo, a adição oportuna e adequada desses nutrientes é fundamental.
1. A necessidade de N e P para lodo ativado
O nitrogênio (N) e o fósforo (P) são componentes importantes do organismo principal dos microrganismos presentes no lodo ativado. Portanto, a base para a compreensão das necessidades nutricionais desses microrganismos reside na compreensão da composição química de suas células. A análise química celular demonstra que as células microbianas contêm uma grande quantidade de água (cerca de 80%), sendo o restante matéria seca (cerca de 20%), composta por matéria orgânica (cerca de 90%) e matéria inorgânica (cerca de 10%). Dentre as substâncias orgânicas, o carbono ocupa o primeiro lugar (cerca de 53,1%) e o nitrogênio o terceiro (cerca de 12,4%); entre as substâncias inorgânicas, o fósforo ocupa o primeiro lugar (50%), e o restante é composto por enxofre, sódio, etc. Geralmente, a estrutura molecular das células microbianas pode ser expressa como C60H87O23N12P, o que demonstra a indispensabilidade do N e do P para os microrganismos.
Por outro lado, a maioria dos componentes das águas residuais é complexa e geralmente fornece vários nutrientes necessários aos microrganismos, mas para aquelas águas residuais industriais com componentes relativamente simples, o teor relativo de N e P é muito baixo. De acordo com a lei do fator mínimo – o crescimento microbiano é limitado pelo nutriente com o menor teor relativo, e não pelo menor teor absoluto – pode-se observar que, ao utilizar métodos biológicos para tratar águas residuais industriais, N e P provavelmente se tornarão fatores limitantes. Portanto, ao utilizar o método de lodo ativado para tratar águas residuais industriais com componentes simples, a adição de nitrogênio e fósforo é necessária.
2. Efeito da dosagem de N e P no lodo ativado
Os nutrientes (N e P) são muito importantes nas fases de cultivo e operação normal do lodo ativado. Portanto, o efeito da dosagem de nitrogênio e fósforo no tratamento de efluentes industriais monocomponentes pelo método de lodo ativado é o seguinte:
1. Dosagem insuficiente de N e P
Durante o método de lodo ativado, o efeito da dosagem insuficiente de nitrogênio e fósforo no tratamento de águas residuais se manifesta principalmente nos seguintes aspectos:
(1) Má floculação do lodo ativado
A lama ativada necessita da adição de nutrientes como nitrogênio e fósforo em proporções adequadas para a decomposição da matéria orgânica. Quando esses nutrientes são insuficientes, não há produção de microrganismos em quantidade suficiente para decompor a matéria orgânica. Na ausência desses nutrientes, o nitrogênio e o fósforo não atingem quantidades suficientes durante o processo de síntese da lama ativada, e sua capacidade de floculação se deteriora imediatamente.
(2) Má sedimentação do lodo ativado
Devido à baixa floculação do lodo ativado, o excesso de flocos finos impede uma boa sedimentação. O inchaço das bactérias filamentosas é uma manifestação da insuficiência de nitrogênio e fósforo como nutrientes. Da mesma forma, devido à incapacidade de sintetizar microrganismos suficientes para lidar com a alta concentração de matéria orgânica no efluente, o lodo ativado encontra-se em estado de alta carga. Nessas condições, a sedimentação deficiente do lodo ativado é inevitável. O lodo ativado se desintegra ou flocula de forma inadequada, resultando na formação de escuma e espuma na superfície do líquido.
(3) Diminuição da eficiência do tratamento de lodo ativado
A queda na eficiência do tratamento também é causada pela falta de nutrientes durante a síntese dos organismos bacterianos, que não conseguem sintetizá-los de forma eficaz e suficiente. Ao mesmo tempo, a estrutura frouxa do lodo ativado e as perdas devido à baixa sedimentação são outros fatores que contribuem para a baixa eficiência do tratamento com lodo ativado.
(4) O efluente do tanque de sedimentação secundária é amarelo acastanhado
Existem muitas razões pelas quais o efluente do tanque de sedimentação secundária apresenta coloração amarelo-acastanhada. Entre elas, a deficiência de nitrogênio e fósforo no lodo ativado leva à falha na síntese e no metabolismo do lodo, resultando em sua desintegração. Quando o lodo ativado desintegrado se dissolve na água, observa-se a anormalidade no efluente do tanque de sedimentação secundária.
(5) É difícil aumentar a concentração de lodo ativado
Na fase inicial do tratamento de esgoto com lodo ativado, a falta de adição suficiente de nitrogênio e fósforo durante o cultivo e aclimatização do lodo ativado pode afetar seriamente o aumento da concentração do lodo. Isso se manifesta como: baixa concentração de lodo ativado e falha na formação de biofilme após um longo período. Durante a fase de cultivo do lodo ativado, os requisitos para a adição de nutrientes (N, P) são os mesmos do cultivo normal e precisam ser rigorosamente controlados. No entanto, em comparação com a quantidade de nutrientes adicionada durante a operação normal, é necessário um aumento de cerca de 15% em relação ao valor normal. O objetivo é fornecer as condições periféricas necessárias para o início rápido e bem-sucedido do cultivo do lodo ativado, além de garantir a rápida proliferação da concentração de lodo ativado durante o processo de cultivo.
2. Adição excessiva de N e P
A adição excessiva de nutrientes nitrogenados e fosfatados também é prejudicial à sedimentação do lodo ativado. Seus efeitos adversos no sistema durante o tratamento de esgoto por lodo ativado se manifestam principalmente nos seguintes aspectos:
(1) Crescimento de musgo ou algas no tanque de sedimentação secundária
Assim como as algas, o musgo se reproduz por fotossíntese e necessita de nutrientes (N, P) como elementos essenciais. Quando o agente nutritivo é adicionado em excesso, é muito fácil ocorrer o crescimento de musgo no vertedouro de saída do tanque de sedimentação secundária. Traços de algas também podem ser encontrados quando a qualidade da água é bem tratada. Isso ocorre porque, devido ao excesso de nitrogênio e fósforo no sistema bioquímico, o lodo ativado não consegue ser totalmente utilizado, e ocorre eutrofização relativa. Isso também reduz a eficiência do tratamento do filtro biológico, geralmente diminuindo a eficiência de remoção em 10%. A razão é que as algas que crescem não têm a capacidade de degradar a matéria orgânica presente no efluente, necessitando apenas de nutrientes e luz solar como energia para crescimento e reprodução.
(2) Lodo flutuante aparece no tanque de sedimentação secundária
Existem muitas razões para a flutuação do lodo no tanque de sedimentação secundária, mas a flutuação do lodo ativado causada pela adição excessiva de nutrientes nitrogenados e fosfatados deve-se principalmente ao excesso de nitrogênio no lodo ativado, que provoca a desnitrificação do lodo ativado em condições anaeróbicas. O gás gerado durante o processo de desnitrificação arrasta os flocos de lodo ativado, fazendo-os flutuar, e seu estado flutuante geralmente se apresenta na forma de flocos de neve.
(3) Alterações na fase biológica no sistema de lodo ativado
A adição excessiva de nutrientes nitrogenados e fosfatados também leva a alterações na fase biológica do sistema de lodo ativado. Essas alterações podem ser confirmadas pela observação das espécies de protozoários, manifestando-se principalmente em mudanças no número de ciliados, como a predominância de ciliados em vez de vermes em forma de sino, e outras alterações nos protozoários do lodo ativado. Sob essa perspectiva, pode-se observar que a adição excessiva de nutrientes nitrogenados e fosfatados terá pouco efeito sobre os microrganismos do lodo ativado em um determinado período, mas a adição excessiva a longo prazo alterará a população microbiana e terá um impacto relativamente sério na eficácia do tratamento.
(4) Teor excessivo de nitrogênio e fósforo no efluente
A quantidade de microrganismos no lodo ativado é determinada, assim como a quantidade de nutrientes (N, P) necessária para o crescimento microbiano. Se a quantidade de nutrientes (N, P) adicionada for excessiva, parte do N e do P não será utilizada. Esses nutrientes serão descartados do tanque de sedimentação secundária juntamente com o esgoto tratado, resultando em um teor excessivamente alto de N e P no efluente da sedimentação secundária. Isso prejudicará a eficácia do tratamento de esgoto e agravará a eutrofização do corpo d'água em certa medida.
III. Cálculo da dosagem de N e P
Determinar a quantidade de nitrogênio e fósforo a ser adicionada é a premissa para uma adição adequada de nutrientes. Ao confirmar a quantidade de nitrogênio e fósforo a ser adicionada durante o processo aeróbico, a seguinte proporção empírica é geralmente usada para o cálculo: matéria orgânica: nitrogênio: fósforo = 100:5:1. Na fórmula da proporção, a matéria orgânica pode ser representada por C, o nitrogênio por N e o fósforo por P. A expressão pode ser transformada em: C:N:P = 100:5:1. Essa proporção pode ser entendida como sendo necessários 5 g de nitrogênio e 1 g de fósforo para cada 100 g de matéria orgânica decomposta, garantindo que a demanda por nutrientes durante a decomposição da matéria orgânica pelo lodo ativado seja atendida.
Na prática da engenharia, é comum constatar que a quantidade de N e P adicionada pelo cálculo teórico é frequentemente maior do que a demanda real. A principal razão para isso é que o esgoto e as águas residuais ainda contêm nutrientes em maior ou menor quantidade. Se o teor desses nutrientes for ignorado e a adição for feita com base na quantidade teórica, o nitrogênio e o fósforo na água descartada excederão os limites estabelecidos. Portanto, é necessário atentar-se aos valores de nitrogênio e fósforo no esgoto e nas águas residuais, calcular o teor desses nutrientes nessa parte e subtraí-lo do valor calculado teoricamente, para que a quantidade de nitrogênio e fósforo adicionada não seja excessiva.
1. Método de cálculo da adição de fonte de nitrogênio
Atualmente, existe relativamente pouca controvérsia sobre o N, sendo geralmente reconhecido como NKT (Nutriente Total Kjeldahl). Com exceção de efluentes industriais específicos, há muito pouco nitrogênio orgânico no efluente real, portanto, a adição é calculada principalmente com base na adição de nitrogênio amoniacal. A quantidade de fonte de N adicionada é: N = V * G / Y.
Onde:
Adição de fonte N—N
V — volume de água na piscina
G—diferença de N a ser suplementada
Quantidade Y—N convertida da fonte N
(1) Ureia como fonte adicional de N (peso molecular do CH4N2O: 60,06 g/mol)
A ureia contém 46,7% de N. Se for necessário adicionar 1 g de fonte de N, será necessário adicionar ureia Y = 1/0,467 = 2,14 g. (2) Sulfato de amônio como fonte de nitrogênio ((NH4)2·SO4 peso molecular: 132,14)
O sulfato de amônio contém 21,2% de nitrogênio. Se for necessária 1 g de fonte de nitrogênio, então a quantidade de sulfato de amônio necessária é Y = 1/0,212 = 4,72 g.
(3) Nitrato de amônio como fonte de nitrogênio (NH4NO3 peso molecular 80g/mol)
O nitrato de amônio contém 35% de nitrogênio. Se for necessária 1 g de fonte de nitrogênio, então a quantidade de nitrato de amônio necessária é Y = 1/0,35 = 2,86 g.
2. Cálculo da adição de fosfato
A cultura geral de lodo é geralmente calculada com base em uma proporção CNP de 100:5:1. Atualmente, não há controvérsia sobre o PT, que é geralmente reconhecido como fosfato. Exceto para fósforo orgânico específico e efluentes industriais com hipofosfato, a adição real é calculada com base no fosfato. A quantidade de fonte de P adicionada é: P = V * G / Z.
Na fórmula:
P—dosagem da fonte de P
V — volume de água na piscina
G—diferença de N que precisa ser suplementada
Z — quantidade de fosfato convertida a partir da fonte de P
(1) O fosfato de sódio monobásico é usado como fonte de P adicionada (Na2HPO4.7H2O, massa molecular 268,07 g/mol). O teor de P do fosfato de sódio monobásico é de 11,57%. Se for necessário adicionar 1 g de fonte de P, será necessário adicionar Z = 1/0,1157 = 8,64 g de fosfato de sódio.
(2) O fosfato de di-hidrogênio de potássio é usado como fonte de P adicionada (K2HPO4·3H2O, massa molecular 228,22 g/mol). O teor de P do fosfato de di-hidrogênio de potássio é de 13,6%. Se 1 g de fonte de P precisar ser adicionado, Z = 1/0,136 = 7,35 g de fosfato de di-hidrogênio de potássio precisam ser adicionados.
(3) O superfosfato, um fertilizante fosfatado, é usado como fonte de P. O fósforo ativo no fertilizante fosfatado é o pentóxido de fósforo solúvel (P2O5, massa molecular 141,94 g/mol). O teor de fósforo ativo no fertilizante fosfatado é de 12%, e o teor de P do P2O5 é de 43,66%. Se 1 g de fonte de P for necessário, é preciso adicionar Z = 1/(0,12 × 0,4366) = 19,09 g de fertilizante fosfatado.
O processo descrito acima é o do tratamento de águas residuais. No tratamento moderno de águas residuais, a análise da água também representa uma grande parte do processo. Para monitorar a eficácia e o andamento do tratamento, os instrumentos de análise da qualidade da água são indispensáveis. A Lianhua Technology é uma fabricante com 42 anos de experiência na produção de instrumentos de análise da qualidade da água. Em 1982, desenvolveu o método de espectrofotometria de digestão rápida para DQO (Demanda Química de Oxigênio), que permite detectar o valor da DQO em águas residuais em 15 minutos. Posteriormente, desenvolveu sucessivamente analisadores rápidos para nitrogênio amoniacal e fósforo total.testador rápido de nitrogênio totale testador de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio). A Lianhua acredita que pode fornecer equipamentos de teste seguros, confiáveis e inteligentes para o setor de testes ambientais.
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O instrumento de determinação de nitrogênio total da Lianhua Technology utiliza espectrofotometria ultravioleta. A amostra é submetida à digestão com persulfato de potássio alcalino a 122 °C por 40 minutos, sendo posteriormente retirada e adicionada a uma solução diluída de ácido clorídrico. No modo ultravioleta, utiliza-se uma cubeta de quartzo para colorimetria. O instrumento calcula e imprime os resultados automaticamente. É fácil de operar.
Data da publicação: 22/11/2024
