Nel trattamento anaerobico delle acque reflue domestiche, il tempo di ritenzione viene mantenuto per più di 2 ore, il tempo di ritenzione anossica per più di 2 ore e il tempo di ritenzione nel serbatoio aerobico per 6 ore. Sembra che i tempi di ritenzione anaerobica e anossica servano per una migliore rimozione della materia organica. Se il contenuto di sostanza organica è basso è necessario abbreviare il tempo di ritenzione? E se il contenuto di sostanza organica è elevato è necessario allungare i tempi di conservazione? Quale sarebbe l’impatto se il tempo di conservazione fosse troppo lungo o troppo breve? Sembra che un tempo di ritenzione aerobica più lungo faciliti la crescita dei batteri nitrificanti per una rimozione più efficace dell'azoto ammoniacale. Grazie, esperti, per la (spiegazione scientifica popolare)!
Il tempo di ritenzione idraulica (HRT) è spesso trascurato nella gestione delle operazioni quotidiane, eppure è un importante punto dati di riferimento, soprattutto per i sistemi di rimozione di azoto e fosforo!
1. Cos'è il tempo di ritenzione idraulica (HRT)?
Tempo di ritenzione idraulica (abbreviato in HRT) è un termine utilizzato nei processi di trattamento dell'acqua. Si riferisce al tempo medio di permanenza delle acque reflue da trattare nel reattore, ovvero al tempo medio di reazione tra le acque reflue e i microrganismi nel reattore biologico.
Per il trattamento biologico, la HRT deve soddisfare i requisiti del processo specifico. Altrimenti, se la terapia ormonale sostitutiva è insufficiente, le reazioni biochimiche saranno incomplete, determinando una minore efficienza del trattamento. Al contrario, una HRT eccessivamente lunga può causare l’invecchiamento dei fanghi nel sistema.
Tabella: HRT per diversi processi di trattamento delle acque reflue
Quando l'efficienza del trattamento è scarsa, il valore HRT di progetto può essere utilizzato per la verifica. Quando si verifica l'HRT, la portata dovrebbe includere il flusso di ritorno dei fanghi. Se la HRT è troppo piccola, la portata delle acque reflue dovrebbe essere ridotta lentamente; se è troppo grande, la portata delle acque reflue dovrebbe essere aumentata lentamente. Si noti che eventuali modifiche alla portata delle acque reflue devono essere apportate gradualmente per evitare di imporre un carico d'urto sul sistema. Data la natura impegnativa del trattamento delle acque reflue, la riduzione della portata delle acque reflue in ingresso non dovrebbe essere un’operazione alla leggera; gli adeguamenti dovrebbero essere apportati principalmente alla portata di ritorno.
Nel processo convenzionale a fanghi attivi, l'HRT determina in gran parte il grado di trattamento delle acque reflue perché determina il tempo di ritenzione dei fanghi. Tuttavia, nel processo MBR (Membrane Bioreactor), l'effetto di separazione della membrana trattiene completamente i microrganismi all'interno del serbatoio di reazione, ottenendo così la completa separazione del tempo di ritenzione idraulica e dell'età dei fanghi!
2. Calcolo del tempo di ritenzione idraulica (HRT)
Esistono in realtà due tipi di tempo di ritenzione idraulica nel trattamento delle acque reflue: uno è chiamato tempo di ritenzione idraulica nominale e l'altro è tempo di ritenzione idraulica effettiva!
1. Tempo di ritenzione idraulica nominale
Come suggerisce il nome, questo è il calcolo basato sulla definizione: il tempo di ritenzione idraulica è pari al volume effettivo del sistema di trattamento delle acque reflue diviso per la portata dell'affluente.
Se il volume effettivo del sistema di trattamento delle acque reflue è V (m³) e Q è la portata oraria influente (m³/h), la formula per il tempo di ritenzione idraulica è:
"HRT=V/Q".
2. Tempo di ritenzione idraulica effettiva
Il tempo di ritenzione idraulica effettivo si riferisce al tempo reale in cui le acque reflue rimangono effettivamente nel sistema di trattamento e deve tenere conto del flusso di ritorno dei fanghi:
Se il volume effettivo del sistema di trattamento delle acque reflue è V (m³), Q è la portata oraria influente (m³/h) e R è il rapporto di ricircolo dei fanghi, la formula per il tempo di ritenzione idraulica è:
"HRT=V / [(1 + R) Q]".
Quindi, in un sistema di rimozione dell'azoto, il flusso di ricircolo interno viene incluso nel calcolo dell'effettivo tempo di ritenzione idraulica del serbatoio anossico? Questo problema è stato dibattuto. Generalmente, il flusso di ricircolo interno non è incluso nella formula per l'effettiva HRT del serbatoio anossico. I regolamenti in genere forniscono solo un intervallo per la HRT del serbatoio anossico. Per il calcolo del serbatoio anossico HRT, il rapporto di ricircolo esterno R è incluso senza discussione; è generalmente accettato che la portata effettiva dell'affluente sia (1+R)Q.
Pertanto, la HRT del serbatoio anossico è generalmente considerata come HRT=V / [(1 + R) Q].
Per quanto riguarda se il flusso di ricircolo interno debba essere conteggiato per il serbatoio anossico HRT, da una prospettiva macroscopica, se il rapporto di ricircolo interno r=4 o N, consideriamo che l'acqua viene ricircolata 4 o N volte. Pertanto, sebbene il tempo di ritenzione per passaggio sia breve, il tempo totale su 4 o N passaggi risulta essere equivalente, compensando efficacemente l'influenza del ricircolo interno.
Pertanto il flusso di ricircolo interno non è compreso nella formula.
3. Il ruolo del tempo di ritenzione idraulica (HRT)
Effetto della terapia ormonale sostitutiva sulla rimozione dell'azoto
Nel processo A²/O, in condizioni di HRT sufficientemente lunga, c'è una buona efficienza di rimozione di NH₃-N. Se la HRT è troppo breve, le varie popolazioni microbiche nel serbatoio di reazione non hanno abbastanza tempo per crescere, i fanghi vengono eliminati troppo rapidamente e le reazioni di nitrificazione e denitrificazione non procedono completamente. Quando la HRT raggiunge un certo valore, sufficiente affinché le reazioni in ciascun reattore procedano pienamente, un ulteriore aumento della HRT non fa altro che aggiungere un onere economico senza fornire un miglioramento più significativo nella rimozione dell'azoto.
Tuttavia, la ricerca sui processi MBR ibridi ha indicato che all'interno dell'intervallo di HRT testato (4,97 ore - 8.70 h), l'efficienza di rimozione del TN del sistema aumentava al diminuire della HRT. Questo perché in condizioni di HRT prolungate, il tasso di carico organico del sistema diminuisce, il che può intensificare la respirazione endogena della biomassa, influenzare l'attività dei fanghi e, infine, ridurre l'efficienza di rimozione degli inquinanti del sistema. La riduzione della HRT può aumentare il tasso di carico organico del sistema, migliorando così la capacità di denitrificazione del sistema e, infine, migliorando le prestazioni di rimozione dell'azoto.
Effetto della terapia ormonale sostitutiva sulla rimozione del fosforo
Nel processo SBR, la HRT ha un impatto relativamente piccolo sull'efficienza di rimozione di PO₄³⁻-P; questo processo non mostra una rimozione significativa效果 per PO₄³⁻-P. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che i batteri denitrificanti e gli organismi accumulatori di polifosfati-(PAO) sono entrambi eterotrofi. I batteri denitrificanti possono assorbire e utilizzare i VFA prima dei PAO per la denitrificazione, e i PAO hanno requisiti più severi per le fonti di carbonio rispetto ai batteri denitrificanti: la materia organica facilmente biodegradabile viene utilizzata preferenzialmente dai batteri denitrificanti. Ciò porta a una minore fonte di carbonio adsorbita dai PAO, di conseguenza a meno VFA, con conseguente minore produzione di PHB (poli- -idrossibutirrato) in condizioni anaerobiche. Di conseguenza, l’energia richiesta per il rilascio del fosforo è relativamente ridotta.
La ricerca sul processo A²/O mostra che all’aumentare della HRT, l’efficienza di rimozione dei TP non aumenta necessariamente in modo continuo ma mostra piuttosto una tendenza all’aumento e poi alla diminuzione. Quando la HRT è di 8 ore, l'efficienza di rimozione del TP è massima, indicando le migliori prestazioni di rimozione. Quando la HRT aumenta a 12 ore, l’efficienza di rimozione del TP mostra una tendenza al ribasso e le prestazioni di rimozione del fosforo peggiorano. Ciò indica che una TOS sufficientemente lunga è vantaggiosa per la rimozione del TP. Tuttavia, man mano che la HRT aumenta ulteriormente, il tasso di rimozione del TP diminuisce gradualmente, il che può avere un effetto negativo sulla rimozione del fosforo. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che se l'HRT è troppo grande, può causare la formazione di fanghi