No tratamento anaeróbico de águas residuais domésticas, o tempo de retenção é mantido por mais de 2 horas, o tempo de retenção anóxico por mais de 2 horas e o tempo de retenção do tanque aeróbio por 6 horas. Parece que os tempos de retenção anaeróbicos e anóxicos são para melhor remoção da matéria orgânica. Se o teor de matéria orgânica for baixo, o tempo de retenção precisa ser reduzido? E se o teor de matéria orgânica for alto, o tempo de retenção precisa ser prolongado? Qual seria o impacto se o tempo de retenção fosse muito longo ou muito curto? Parece que um tempo de retenção aeróbico mais longo facilita o crescimento de bactérias nitrificantes para uma remoção mais eficaz do nitrogênio amoniacal. Obrigado, especialistas, pela (explicação científica popular)!
O Tempo de Retenção Hidráulica (TRH) é muitas vezes esquecido no gerenciamento diário da operação, mas é um importante ponto de dados de referência, especialmente para sistemas de remoção de nitrogênio e fósforo!
1. O que é Tempo de Retenção Hidráulica (TRH)?
Tempo de Retenção Hidráulica (abreviado como HRT) é um termo usado em processos de tratamento de água. Refere-se ao tempo médio que o efluente a ser tratado permanece no reator, ou seja, o tempo médio de reação entre o efluente e os microrganismos no reator biológico.
Para tratamento biológico, a TRH deve atender às exigências do processo específico. Caso contrário, se a TRH for insuficiente, as reações bioquímicas serão incompletas, levando a uma menor eficiência do tratamento. Por outro lado, um TRH excessivamente longo pode causar envelhecimento do lodo no sistema.
Tabela: HRT para diferentes processos de tratamento de águas residuais
Quando a eficiência do tratamento é baixa, o valor do TRH projetado pode ser usado para verificação. Ao verificar o HRT, a vazão deve incluir o fluxo de retorno do lodo. Se o HRT for muito pequeno, a vazão de águas residuais deve ser diminuída lentamente; se for muito grande, a vazão de águas residuais deve ser aumentada lentamente. Observe que quaisquer alterações na vazão de águas residuais devem ser feitas gradualmente para evitar impor uma carga de choque ao sistema. Dada a natureza desafiadora do tratamento de águas residuais, a redução do caudal de entrada de águas residuais não deve ser feita de ânimo leve; os ajustes devem ser feitos principalmente na taxa de fluxo de retorno.
No processo convencional de lodo ativado, o HRT determina em grande parte o grau de tratamento de águas residuais porque determina o tempo de retenção do lodo. Porém, no processo MBR (Biorreator de Membrana), o efeito de separação da membrana retém completamente os microrganismos dentro do tanque de reação, conseguindo assim a separação completa do tempo de retenção hidráulica e da idade do lodo!
2. Cálculo do Tempo de Retenção Hidráulica (TRH)
Na verdade, existem dois tipos de tempo de retenção hidráulica no tratamento de águas residuais: um é chamado de Tempo de Retenção Hidráulica Nominal e o outro é Tempo de Retenção Hidráulica Real!
1. Tempo de retenção hidráulica nominal
Como o nome sugere, este é o cálculo baseado na definição: o tempo de retenção hidráulica é igual ao volume efetivo do sistema de tratamento de águas residuais dividido pela vazão afluente.
Se o volume efetivo do sistema de tratamento de águas residuais for V (m³) e Q for a vazão afluente horária (m³/h), então a fórmula para o tempo de retenção hidráulica é:
`HRT =V/Q`
2. Tempo real de retenção hidráulica
O tempo real de retenção hidráulica refere-se ao tempo real em que as águas residuais realmente permanecem no sistema de tratamento e precisa levar em conta o fluxo de retorno do lodo:
Se o volume efetivo do sistema de tratamento de águas residuais for V (m³), Q for a vazão afluente horária (m³/h) e R for a taxa de recirculação de lodo, então a fórmula para o tempo de retenção hidráulica é:
`HRT=V / [(1 + R) Q]`
Então, em um sistema de remoção de nitrogênio, o fluxo de recirculação interna está incluído no cálculo do tempo real de retenção hidráulica do tanque anóxico? Esta questão foi debatida. Geralmente, o fluxo de recirculação interna não está incluído na fórmula do TRH real do tanque anóxico. Os regulamentos normalmente fornecem apenas uma faixa para o tanque anóxico HRT. Para o cálculo do tanque anóxico HRT, a relação de recirculação externa R é incluída sem contestação; é geralmente aceito que a vazão influente efetiva é (1+R)Q.
Portanto, o HRT do tanque anóxico é geralmente considerado como HRT=V / [(1 + R) Q].
Quanto à contagem da vazão de recirculação interna para o tanque anóxico HRT, do ponto de vista macroscópico, se a razão de recirculação interna for r=4 ou N, consideramos que a água é recirculada 4 ou N vezes. Assim, embora o tempo de retenção por passagem seja curto, o tempo total em 4 ou N passagens é equivalente, compensando efetivamente a influência da recirculação interna.
Portanto, o fluxo de recirculação interna não está incluído na fórmula.
3. O papel do tempo de retenção hidráulica (TRH)
Efeito da TRH na remoção de nitrogênio
No processo A²/O, sob condições de um TDH suficientemente longo, há boa eficiência de remoção de NH₃-N. Se o TRH for muito curto, as diversas populações microbianas no tanque de reação não terão tempo suficiente para crescer, o lodo será eliminado muito rapidamente e as reações de nitrificação e desnitrificação não ocorrerão completamente. Quando o HRT atinge um determinado valor, suficiente para que as reações em cada reator prossigam plenamente, aumentar ainda mais o HRT apenas adiciona carga econômica sem proporcionar uma melhoria mais significativa na remoção de nitrogênio.
No entanto, pesquisas sobre processos MBR híbridos indicaram que dentro da faixa de HRT testada (4,97h - 8.70h), a eficiência de remoção de TN do sistema aumentou à medida que o HRT diminuiu. Isto ocorre porque sob condições de TRH prolongadas, a taxa de carga orgânica do sistema diminui, o que pode intensificar a respiração endógena da biomassa, afetar a atividade do lodo e, em última análise, reduzir a eficiência de remoção de poluentes do sistema. A redução do HRT pode aumentar a taxa de carga orgânica do sistema, aumentando assim a capacidade de desnitrificação do sistema e, finalmente, melhorando o desempenho de remoção de nitrogênio.
Efeito da TRH na remoção de fósforo
No processo SBR, o HRT tem um impacto relativamente pequeno na eficiência de remoção de PO₄³⁻-P; este processo não mostra remoção significativa效果 para PO₄³⁻-P. Isso pode ocorrer porque as bactérias desnitrificantes e os organismos acumuladores de polifosfato (PAOs) são ambos heterotróficos. As bactérias desnitrificantes podem absorver e utilizar AGV antes dos PAOs para desnitrificação, e os PAOs têm requisitos mais rigorosos para fontes de carbono do que as bactérias desnitrificantes – a matéria orgânica facilmente biodegradável é preferencialmente utilizada pelas bactérias desnitrificantes. Isso leva a menos fontes de carbono adsorvidas pelos PAOs, correspondentemente menos AGV, resultando em menos PHB (poli- -hidroxibutirato) gerado em condições anaeróbicas. Consequentemente, a energia necessária para a libertação de fósforo é relativamente reduzida.
Pesquisas sobre o processo A²/O mostram que à medida que o HRT aumenta, a eficiência de remoção de TP não aumenta necessariamente de forma contínua, mas mostra uma tendência de primeiro aumentar e depois diminuir. Quando o TDH é 8h, a eficiência de remoção do TP é maior, indicando o melhor desempenho de remoção. Quando o HRT aumenta para 12h, a eficiência de remoção de TP mostra uma tendência decrescente e o desempenho de remoção de fósforo deteriora-se. Isto indica que uma TRH suficientemente longa é benéfica para a remoção do TP. Contudo, à medida que a TRH aumenta ainda mais, a taxa de remoção de TP diminui gradualmente, o que pode ter um efeito adverso na remoção de fósforo. Isso pode ocorrer porque se o HRT for muito grande, pode causar lodo