Esquema de Análise de Falhas e Renovação do Sistema de Aeração
Introdução
Osistema de aeração, como um dos componentes do sistema de tratamento biológico de águas residuais, funciona principalmente para fornecer o oxigênio necessário para o metabolismo microbiano e regular a concentração de oxigênio dissolvido (OD) dentro do tanque biológico. Os vórtices gerados pela subida das bolhas e os distúrbios causados pela sua ruptura proporcionam uma mistura eficaz do lodo ativado, evitando a deposição de lodo. Para tanques biológicos de contato contendo meios, a aeração também promove a eliminação do biofilme envelhecido da superfície do meio, facilitando a renovação do biofilme e aumentando sua atividade.
Estudos indicam que mudanças na concentração de OD dentro do tanque biológico levam a alterações nas espécies, quantidade, condição da zoogloea, atividade biológica e tipos metabólicos de comunidades microbianas. Consequentemente, as taxas de reação e a eficiência dos processos bioquímicos, como a remoção biológica de carbono, a remoção biológica de nitrogênio e a remoção biológica de fósforo, são afetadas, alterando as eficiências de remoção de poluentes como matéria orgânica, nitrogênio amoniacal, fósforo total e nitrogênio total nas águas residuais. O estado operacional do sistema de aeração impacta diretamente a eficiência da remoção de poluentes microbianos, influenciando assim o desempenho geral de purificação da estação de tratamento de águas residuais (ETAR).
Portanto, manter o sistema de aeração em boas condições de funcionamento é uma tarefa primordial na operação e manutenção da ETE.
1. Materiais e Métodos
1.1 Visão geral da ETAR
Uma ETAR com capacidade de projeto de15,000 m³/d. Os indicadores de poluentes influentes projetados são mostrados emTabela 1, e os padrões de efluentes atendem ao padrão Grau A de "Padrão de Descarga de Poluentes para Estações de Tratamento de Águas Residuais Municipais" (GB 18918-2002). O principal processo de tratamento é:Tratamento Preliminar + Coagulação-Sedimentação + Sistema Biológico + Tanque de Sedimentação Secundário + Tratamento Avançado.
Inicialmente, devido às redes coletoras subdesenvolvidas e à construção contínua de empreendimentos vizinhos, a usina funcionou de forma intermitente devido à baixa afluência. À medida que as empresas vizinhas se tornaram operacionais, a entrada e a carga de poluentes aumentaram, levando o sistema de aeração dos tanques biológicos a fazer a transição para operação contínua 24 horas por dia, com taxas de aeração ajustadas com base na entrada e na carga. Durante este período, tanto o tanque biológico como o sistema de aeração operaram de forma estável, com todos os parâmetros de efluentes atendendo consistentemente aos padrões.
1.1.1 Descrição do Tanque Biológico
O sistema biológico adota um layout semelhante aoprocesso A²/O tradicional, compreendendo zonas anaeróbicas, anóxicas e óxicas. As zonas anaeróbica e anóxica são divididas cada uma em duas seções de processo Tandem de igual volume, enquanto a zona óxica é dividida em quatro. Seis misturadores submersíveis estão instalados nas zonas anaeróbica e anóxica. Difusores fixos de bolhas-finas são instalados na parte inferior das seções nas zonas anóxica e óxica, com meios de imitação recuperáveis anexados acima dos difusores para crescimento microbiano. O sistema de aeração usa sopradores para fornecer ar comprimido aos difusores de bolhas-finas através das laterais. A taxa de aeração em cada lateral é regulada por válvulas. Três sopradores estão instalados, operando em modo de espera + 1-de 2 tarefas.
1.1.2 Descrição da falha
Após aproximadamente 5 anos de operação estável, um lodo significativo acumulou-se no fundo das zonas anóxica e óxica. Os sopradores frequentemente apresentavam alarmes de alta pressão de saída e desligamentos de proteção. Alguns difusores de bolhas-finas romperam. À medida que a pressão de saída continuou a aumentar, a frequência de desligamentos dos sopradores e o número de difusores rompidos aumentaram. A perda significativa de ar através de difusores quebrados levou à diminuição contínua dos níveis de OD no tanque biológico, causando uma deterioração gradual da qualidade do efluente. Para manter a conformidade, o número e o tempo de funcionamento dos sopradores operacionais foram aumentados. Este ciclo vicioso causou danos frequentes aos componentes do soprador, como rolamentos e engrenagens. No final das contas, um soprador ficou gravemente desgastado e sucateado. O lodo na zona óxica tornou-se marrom escuro, com zoogloea-solta e fétida, e a qualidade do efluente piorou ainda mais.
1.2 Análise da causa da falha
Revendo registros operacionais (afluentes, sistema de aeração, manutenção de equipamentos) e observações do local, as causas foram analisadas da seguinte forma:
1.2.1 Causas de danos ao soprador
- Partidas/paradas frequentes devido à entrada intermitente inicial, causando desgaste mecânico.
- Reinicialização dos sopradores sob pressão após desligamentos por sobrecarga e operação prolongada sob sobrecarga.
- Aumento da demanda de ar devido ao maior fluxo e ruptura dos difusores, levando a uma operação prolongada.
- Temperaturas operacionais elevadas devido à sobrepressão prolongada.
1.2.2 Causas de alta pressão de saída do soprador e danos ao difusor
- Limpeza incompleta da tubulação de ar durante a construção, deixando detritos que obstruem os poros do difusor.
- Deposição de lodo cobrindo difusores, obstruindo os poros.
- Condensação nos tubos de ar obstruindo os poros do difusor.
- Aeração intermitente causando expansão/contração frequente, envelhecimento das membranas difusoras e abertura incompleta dos poros, levando ao aumento de pressão.
- Entrada de águas residuais/lodo em difusores quebrados, dispersando e obstruindo outros difusores.
1.2.3 Causas do Acúmulo de Lodo de Fundo
- Fluxo intermitente e aeração causando deposição.
- Falhas frequentes do soprador causando aeração intermitente.
- Aeração reduzida em laterais com difusores rompidos.
- Fraco desempenho de aeração, aumentando a deposição de biofilme inativo eliminado do tanque e da mídia.
1.3 Esquema de Renovação
Abordando as falhas e suas causas, considerando os padrões de afluência e a necessidade de operação contínua, foi desenvolvido o seguinte esquema de renovação:
O soprador irreparável foi substituído por um único soprador de suspensão a ar com maior capacidade e classificação de pressão do que o projeto, modificando a tubulação de saída de acordo.
Para os problemas do sistema de aeração (alta pressão, entupimento, ruptura, aeração irregular), considerando os requisitos do processo (intensidade de mistura, fluxo de ar, controle de OD), layout do equipamento (misturadores, tubulações, meios) e o padrão de difusores danificados, foram projetados esquemas de renovação separados para as zonas anóxica e óxica.
Renovação da Zona Anóxica: Os difusores danificados concentraram-se no meio das Secções Anóxicas 1 e 2, coincidindo com a acumulação de lama. Utilizando a estrutura de mídia existente como suporte, uma nova lateral de ar conectada ao coletor principal foi instalada dentro do leito de mídia, com válvula de controle de fluxo. Novos tubos- perfurados orientados para baixo foram instalados na parte inferior da estrutura de mídia como o novo sistema de aeração. O sistema de fundo fixo original foi desativado. VerFigura 1.
Renovação da Zona Óxica: Da mesma forma, a mídia foi removida em áreas com difusores danificados. Foi instalada uma nova lateral com válvula. Novos discos-de ar com bolhas finas foram instalados na parte inferior da moldura de mídia. Tubos perfurados, semelhantes à zona anóxica, também foram instalados verticalmente dentro da estrutura do meio para perturbar periodicamente o lodo do fundo através da troca de válvulas. O sistema de fundo fixo original foi desativado. VerFigura 2.
2. Resultados e Análise
Seguindo uma abordagem-de teste piloto, as seções mais afetadas (Anoxic 1, Oxic 1) foram renovadas. Os principais parâmetros (OD, pressão do soprador, espessura do lodo) foram monitorados durante 30 dias antes- e pós-renovação. Os resultados são mostrados emFigura 3e analisado emTabela 2.
FAZER(Fig. 3a, 3b, Tabela 2): Os níveis de OD melhoraram significativamente. Na zona anóxica, o OD aumentou de 0,12-0,23 mg/L (média. 0.16) para 0,32-0,58 mg/L (média. 0.46), um aumento de 1,88 vezes. Na zona óxica, o OD aumentou de 0,89-2,22 mg/L (média. 1.78) para 2,81-5,02 mg/L (média. 4.17), um aumento de 1,34 vezes.
Pressão do soprador(Fig 3c, Tabela 2): A pressão de saída diminuiu de 69,2-75,2 kPa (média. 71.44) para 61,2-63,5 kPa (média. 62.06), uma redução de 0,13 vezes.
Espessura do Lodo(Fig 3d, Tabela 2): A espessura do lodo inferior diminuiu de 27,3-33,4 cm (média. 30.00) para 14,2-28,8 cm (média. 20.75), uma redução de 0,31 vezes.
A observação do lodo ativado pós-{0}}renovação mostrou atividade melhorada, mudança de cor e melhor crescimento de zoogloea na mídia, indicando recuperação do sistema. Os odores desagradáveis cessaram.
Qualidade do efluente melhorada: Nitrogênio amoniacal médio diminuiu para 1,49 mg/L (remoção de 90,5%, +17.7%); o fósforo total médio diminuiu para 0,19 mg/L (88,9% de remoção, +12.7%); o nitrogênio total médio diminuiu para 10,28 mg/L (remoção de 57,9%, +16.9%). O consumo de energia do soprador diminuiu de 72,5 kW para 59 kW em condições semelhantes, economizando 18,6% em energia.
3. Conclusão
A análise identificou as causas de danos ao soprador, alta pressão, danos ao difusor e acúmulo de lodo. Foram implementados esquemas de renovação específicos para as zonas anóxicas e óxicas. Os testes piloto demonstraram melhorias significativas: OD anóxico, OD óxico, pressão do soprador e espessura do lodo foram melhorados por fatores de 1,88, 1,34, 0,13 e 0,31, respectivamente. Isso fornece uma base sólida para uma renovação-em grande escala.