Análise Comparativa da Eficiência de Remoção de Nitrogênio e Fósforo entre os Processos Bardenpho e AAO
1 Visão Geral do Projeto e Fluxo do Processo
1.1 Visão Geral do Projeto
A Estação de Água Recuperada No.5 de Xi'an (anteriormente "Estação de Tratamento de Águas Residuais No.5", doravante denominada "WuWu") tem uma capacidade total projetada de 400.000 m³/d, cobrindo uma área de 387,57 mu (aproximadamente 258.380 m²). Atende uma área total de cerca de 5.330 hectares e uma população de aproximadamente 900.000 habitantes. A planta pode tratar esgotos domésticos e industriais usando o processo AAO convencional ou o processo Bardenpho de cinco{12}estágios. As principais estruturas de tratamento de águas residuais incluem peneiras grossas, estações elevatórias de bombeamento, peneiras finas, câmaras de areia aeradas, tanques de sedimentação primária, tanques de reação biológica, tanques de sedimentação secundários, tanques de sedimentação de alta-eficiência, filtros tipo V- e tanques de desinfecção de contato, com o efluente final descarregado no rio Ba. A qualidade do efluente está em conformidade com o padrão Grau A especificado na Tabela 1 do "Padrão Abrangente de Descarga de Águas Residuais da Bacia do Rio Amarelo da Província de Shaanxi" (DB61/224-2018). (Observação: o limite TN segue o requisito de 12 mg/L estipulado no "Plano de ação trienal do projeto de atualização, cobertura e desodorização da estação de tratamento de águas residuais urbanas municipais de Xi'an (2018-2020)" (Documento do Escritório Municipal [2018] No. 100)). A qualidade da água afluente e efluente do projeto são mostradas emTabela 1.
1.2 Fluxo do Processo
Fluxogramas comparando o processo Bardenpho com o processo AAO tradicional são mostrados emFiguras 1 e 2.
2 Parâmetros de Projeto
2.1 Projetar a Qualidade da Água Afluente e Efluente
2.2 Parâmetros Operacionais
Os tanques biológicos participantes da comparação compartilham dimensões idênticas. Cada tanque biológico é dividido em 3 canais, com dimensão de canal único de L × W × H=86 m × 15 m × 9 m. A concentração média de MLSS nos tanques biológicos varia entre 6.500~7.000 mg/L. Os tempos de detenção hidráulica (TRH) para o processo AAO convencional são: Zona Anaeróbica 1.983 h, Zona Anóxica 5.534 h, Zona Aeróbia 9.029 h, totalizando 16.546 h. Os HRTs para o processo Bardenpho são: Zona Anaeróbica 1.983 h, Primeira Zona Anóxica 4.643 h, Primeira Zona Aeróbica 7.163 h, Segunda Zona Anóxica 1.973 h, Segunda Zona Aeróbica 0.822 h, totalizando 16.584 h.
3 Antecedentes do Projeto, Objetivo da Pesquisa e Metodologia
3.1 Antecedentes do Projeto e Objetivo da Pesquisa
Os principais processos de tratamento biológico na WuWu são o processo convencional AAO e o processo Bardenpho. O processo AAO convencional é um método de tratamento biológico comum em estações de tratamento de águas residuais. Com a melhoria contínua dos padrões de descarga de águas residuais da China, o processo Bardenpho, derivado do processo convencional AAO e conhecido pela sua maior eficiência de remoção de azoto, tem sido amplamente adoptado pelas estações de tratamento de águas residuais domésticas. Para facilitar uma melhor seleção de processos, a WuWu conduziu uma comparação abrangente dos processos convencionais AAO e Bardenpho do ponto de vista da remoção de nitrogênio e fósforo. Isto fornece uma base para a modernização de outras estações de tratamento de águas residuais domésticas municipais e para a concepção de novos projectos.
3.2 Metodologia de Pesquisa
Cada tanque biológico da WuWu tem capacidade diária de tratamento de 50.000 m³/d. Para este experimento comparativo foram selecionados os tanques biológicos das séries A1 e B1. A série A1 emprega o processo Bardenpho, com seu sistema biológico dividido sequencialmente em: Zona Anaeróbica, Primeira Zona Anóxica, Primeira Zona Aeróbica, Segunda Zona Anóxica e Segunda Zona Aeróbica. A série B1 emprega o processo convencional AAO, com seu sistema biológico dividido sequencialmente em: Zona Anaeróbica, Zona Anóxica e Zona Aeróbica. Durante o experimento, ambas as séries operaram em condições idênticas, com pontos de amostragem distribuídos ao longo do fluxo do processo conforme necessário.
Métodos de medição de poluentes: O TP foi medido utilizando o Método Espectrofotométrico de Molibdato de Amônio; TN usando o método espectrofotométrico UV de digestão com persulfato de potássio alcalino; NH₃-N usando o Método Espectrofotométrico de Reagentes de Nessler; DQO pelo Método Espectrofotométrico de Dicromato de Potássio.
4 Desafios Operacionais e Situação Atual
O processo AAO convencional também é uma variante do processo de lodo ativado AO. A sua remoção do TN depende inteiramente da recirculação. Padrões mais elevados de efluentes e maiores taxas de remoção exigidas exigem fluxos de recirculação maiores, acompanhados por um aumento no consumo de energia e produtos químicos. Para padrões de Grau A, o processo AAO convencional ainda é aceitável. Contudo, para normas TN mais rigorosas, os processos convencionais já não são claramente adequados.
O processo Bardenpho é um processo típico de cinco-estágios. Ao adicionar uma zona de pós-desnitrificação após o processo AAO convencional, ela quebra a limitação da remoção de TN que depende da taxa de recirculação, aumentando assim a remoção de nitrogênio. À medida que as estações de tratamento de águas residuais enfrentam padrões de descarga de TN cada vez mais rigorosos, o processo Bardenpho demonstra vantagens significativas.
5 Resultados da Pesquisa e Discussão
5.1 Remoção de NH₃-N
Os níveis de NH₃-N no afluente das zonas anaeróbias e no efluente dos tanques biológicos de A1 e B1 foram monitorados repetidamente ao longo de 15 dias. Os resultados são mostrados emFigura 3. A remoção média de NH₃-N para o processo Bardenpho foi de 12,7 mg/L, enquanto para o processo AAO convencional foi de 11,68 mg/L. Os resultados indicam que sob as mesmas condições sazonais, período de tempo, distribuição uniforme de afluentes e com adição de fonte de carbono na zona pré{5}}anóxica, o processo Bardenpho obteve melhor remoção de NH₃-N do que o processo AAO convencional.
5.2 Remoção de TN
Os níveis de TN no afluente das zonas anaeróbias e no efluente dos tanques biológicos de A1 e B1 foram monitorados repetidamente ao longo de 10 dias. Os resultados são mostrados emFigura 4. A remoção média de TN para o processo Bardenpho foi de 6,23 mg/L, enquanto para o processo AAO convencional foi de 2,65 mg/L. Os resultados indicam que, nas mesmas condições, o processo Bardenpho obteve melhor remoção geral de TN do que o processo AAO convencional.
5.3 Remoção de TP
Os níveis de TP no afluente das zonas anaeróbias e no efluente dos tanques biológicos de A1 e B1 foram monitorados repetidamente ao longo de 22 dias. Os resultados são mostrados emFigura 5. A remoção média de TP para o processo Bardenpho foi de 0,561 mg/L, enquanto para o processo AAO convencional foi de 0,449 mg/L. Os resultados indicam que, nas mesmas condições, o processo Bardenpho obteve melhor remoção geral de TP do que o processo AAO convencional.
5.4 Remoção de COD
Os níveis de DQO no afluente das zonas anaeróbias e no efluente dos tanques biológicos de A1 e B1 foram monitorados repetidamente durante 9 dias. Os resultados são mostrados emFigura 6. O consumo médio de DQO para o processo Bardenpho foi de 13 mg/L, enquanto para o processo AAO convencional foi de 19 mg/L. Os resultados indicam que nas mesmas condições, o processo AAO convencional teve uma demanda de DQO maior que o processo Bardenpho.
6 Conclusão e Perspectivas
6.1 Conclusão
Sob as mesmas condições operacionais sazonais, o processo Bardenpho demonstrou uma tendência geral de eficiência de remoção superior para TN, TP e NH₃-N em águas residuais em comparação com o processo AAO convencional.
Atualmente, o uso anual de agente de remoção de fósforo para tratamento de águas residuais com o processo convencional AAO na WuWu é de aproximadamente 2.961 toneladas; para o processo Bardenpho, são aproximadamente 2.000 toneladas. Isto traduz-se numa poupança anual de custos de cerca de 450.000 RMB, demonstrando benefícios económicos significativos.
A operação do processo Bardenpho atenderá amplamente aos requisitos dos padrões de descarga de águas residuais cada vez mais rigorosos da China e reduzirá a poluição no sistema de água a jusante do Rio Ba. Isto levará a melhorias significativas na qualidade da água, tanto perceptualmente como em termos de redução dos níveis de poluição, restaurando gradualmente as funções ambientais. É de particular importância para a protecção do ambiente ecológico das massas de água a jusante. Fundamentalmente, o tratamento de águas residuais controla a poluição das águas residuais urbanas para as fontes subterrâneas. Portanto, desempenha um papel protetor para as fontes de abastecimento de água urbana e a jusante, restaurando gradualmente os ambientes ecológicos poluídos. Isto melhorará significativamente o ambiente de vida dos residentes urbanos e o ambiente de produção da Indústria e do Comércio, melhorará a imagem externa da cidade e contribuirá para o desenvolvimento saudável e sustentável da economia e da sociedade.