Nos processos de tratamento de águas residuais, o método de lodo ativado é amplamente utilizado devido à sua alta eficiência e custo-benefício. O desempenho de sedimentação do lodo ativado determina diretamente a eficiência de separação sólido-líquido dos tanques de sedimentação secundários, afetando assim a estabilidade da qualidade do efluente. Quando o desempenho de sedimentação do lodo ativado é ruim, ele geralmente se manifesta como um aumento anormal no índice de volume de lodo (SVI), inchamento do lodo nos tanques de sedimentação secundários, lodo flutuante e sólidos suspensos (SS) excessivos no efluente. Se não for tratado prontamente, pode levar à paralisia de todo o sistema de tratamento de águas residuais. Este artigo começará com uma análise das causas do mau desempenho de sedimentação do lodo ativado, elaborará sistematicamente as medidas de recuperação direcionadas e proporá estratégias preventivas de longo prazo para fornecer referências técnicas para a operação estável de estações de tratamento de águas residuais.
```Análise das Causas Centrais do Mau Desempenho de Sedimentação em Lodo Ativado```
A causa raiz do mau desempenho de sedimentação em lodo ativado é a estrutura de floculação anormal do lodo ou a diferença de densidade reduzida entre o lodo e a água, o que impede a sedimentação eficaz no tanque de sedimentação secundário. Com base na prática de engenharia, as causas centrais podem ser categorizadas em três tipos principais: fatores biológicos, fatores operacionais e fatores ambientais, conforme detalhado abaixo
(1) Fatores Biológicos: Desequilíbrio da Comunidade Microbiana
Os fatores biológicos são a causa mais comum de má sedimentabilidade do lodo, principalmente relacionados às espécies microbianas, quantidade e estado metabólico, sendo o inchamento filamentoso e o inchamento não filamentoso os exemplos mais típicos.
Inchaço por flocos: Proliferação excessiva de bactérias filamentosas no lodo ativado, onde suas hifas se entrelaçam para formar uma estrutura de flocos solta, dificultando a separação lodo-água. As causas comuns incluem:
Desequilíbrio na relação carbono-nitrogênio (C/N) do afluente, como fontes de carbono excessivas (por exemplo, águas residuais com alta concentração de carboidratos) ou nutrientes de nitrogênio/fósforo insuficientes, leva a uma vantagem competitiva aprimorada para bactérias filamentosas;
A concentração de oxigênio dissolvido (OD) é muito baixa (tipicamente <2mg>
O afluente contém substâncias inibidoras (como metais pesados e compostos orgânicos tóxicos), que suprimem o crescimento de bactérias floculantes normais. As bactérias filamentosas, sendo mais resistentes à toxicidade, gradualmente dominam.
2. Inchaço filamentoso: Também conhecido como inchaço pegajoso, os flocos de lodo tornam-se soltos e viscosos devido à adsorção de uma grande quantidade de água, resultando em uma diminuição significativa na velocidade de sedimentação. As principais causas incluem:
-A concentração de matéria orgânica no afluente é muito alta (como DQO>3000mg/L), levando à proliferação microbiana excessiva e formação insuficiente de estruturas compactas em flocos;
-Se a idade do lodo (SRT) for muito longa, os microrganismos entrarão no período de declínio, e a secreção excessiva de substâncias poliméricas extracelulares (EPS) levará à maior hidrofilicidade dos flocos;
-O processo de desnitrificação é anormal, e o nitrato no tanque de sedimentação secundário é reduzido a gás nitrogênio em condições anaeróbias. Bolhas aderem aos flocos de lodo, fazendo com que flutuem.
（2） Fatores operacionais: Desvio dos parâmetros de controle do processo
O controle inadequado dos parâmetros operacionais nos sistemas de tratamento de esgoto pode interromper diretamente o ambiente metabólico normal do lodo ativado e causar problemas de sedimentação.
-Sistema de aeração anormal: A aeração desigual leva a flutuações excessivas na concentração de OD no tanque de aeração (peróxido local ou hipóxia), ou alta intensidade de aeração (como relação ar-água>15:1), que quebra os flocos de lodo e forma pequenas partículas;
-Controle inadequado da taxa de refluxo: A taxa de refluxo do lodo é muito baixa (geralmente150%), pode trazer o lodo solto que não sedimentou no tanque de sedimentação secundário de volta ao tanque de aeração, exacerbando a deterioração da sedimentação;
-Descarga de lodo atrasada: Descarga insuficiente de lodo restante leva à idade excessiva do lodo, envelhecimento do lodo, desintegração ou MLSS alto (>5000mg/L), resultando em aumento da viscosidade da mistura de água e lodo no tanque de aeração e aumento da resistência à sedimentação.
（3） Fatores ambientais: mudanças repentinas na qualidade da água de entrada e nas condições externas
Mudanças repentinas no ambiente externo ou na qualidade da água de entrada que excedem a adaptabilidade do lodo ativado podem facilmente levar a problemas de sedimentação.
-Flutuações na qualidade da água de entrada: como aumentos repentinos (>9) ou quedas (5 ℃/d) podem afetar a taxa metabólica microbiana, especialmente em ambientes de baixa temperatura (<15 ℃), which can significantly reduce sludge settling rate;
-Carga de impacto: Em um curto período de tempo, uma grande quantidade de águas residuais de alta concentração (como descarga intermitente de águas residuais industriais) entra no sistema, ou os sólidos suspensos (SS) no afluente são muito altos (como>500mg/L), e o lodo ativado não pode ser adsorvido e degradado em tempo hábil, resultando na "diluição" ou inclusão de impurezas nos flocos e uma diminuição no desempenho de sedimentação;
-Ambiente operacional anormal do tanque de sedimentação secundário: como distribuição desigual de água na entrada do tanque de sedimentação secundário, alta velocidade de fluxo local (>0,5m/h) e erosão da camada de lodo; Acúmulo excessivo de lodo no tanque de sedimentação secundário (com uma espessura da camada de sedimento maior que 0,5m) pode levar à decomposição anaeróbica do lodo, produzindo gases como metano e sulfeto de hidrogênio, que carregam o lodo para a superfície.
2、 Medidas de recuperação direcionadas para má sedimentação do lodo ativado
Em resposta aos problemas de sedimentação causados por diferentes causas, é necessário adotar a abordagem de "política de classificação de diagnóstico preciso - ajuste dinâmico", implementar medidas de recuperação em etapas e evitar operações cegas que exacerbam a deterioração do sistema.
（1） Intervenção de emergência: Aliviar rapidamente a tendência de piora da sedimentação
Quando a sedimentação do lodo ativado é ruim e os SS do efluente excedem o padrão (como>30mg/L) ou o lodo no tanque de sedimentação secundário está severamente à deriva, medidas de emergência precisam ser tomadas primeiro para controlar a poluição e criar condições para a recuperação subsequente.
1. Fortalecer a separação de lama e água:
-Adicionar floculantes inorgânicos (como cloreto de polialumínio (PAC) e sulfato ferroso) ao tanque de aeração ou tanque de sedimentação secundário, com a dosagem ajustada de acordo com a concentração de lodo (geralmente 50-200mg/L), para promover a coagulação dos flocos de lodo e aumentar a taxa de sedimentação através da neutralização de carga;
-Se a viscosidade do lodo for muito alta, coagulantes inertes (como cinzas volantes e terra diatomácea) podem ser adicionados em uma dosagem de 5% -10% de MLSS para aumentar a densidade dos flocos e reduzir a adsorção de água;
-Reduzir temporariamente a carga de entrada, controlar a carga volumétrica de DQO abaixo de 0,3-0,5kg DQO/(kgMLSS · d), reduzir a pressão metabólica microbiana e evitar o afrouxamento adicional dos flocos.
2. Otimizar a operação do tanque de sedimentação secundário:
-Suspender ou reduzir o refluxo de lodo, esperar que o lodo no tanque de sedimentação secundário se assente totalmente (geralmente 1-2 horas) e, em seguida, descarregar o líquido claro superior para evitar a circulação de lodo solto;
-Se houver flutuação de desnitrificação no tanque de sedimentação secundário, uma pequena quantidade de aeração pode ser adicionada ao tanque (como abrir o dispositivo de aeração inferior) para manter uma concentração de OD de 1-2mg/L e inibir a reação de desnitrificação;
-Limpar o lodo acumulado no tanque de sedimentação secundário e descarregar completamente o lodo envelhecido no fundo do tanque através de uma bomba de descarga de lodo para evitar a decomposição anaeróbica que afeta o desempenho geral do lodo.
（2） Ajuste do sistema: Visando a remediação do desempenho do lodo com base em suas causas
Após as medidas de emergência para controlar a poluição, é necessário ajustar os parâmetros do processo de acordo com as causas e restaurar fundamentalmente o desempenho de sedimentação do lodo ativado.
1. Medidas de recuperação para expansão bacteriana filamentosa
-Fornecimento de nutrientes balanceado: Verifique a relação C/N/P do afluente. Se o nitrogênio/fósforo for insuficiente, adicione ureia (fonte de nitrogênio) ou fosfato de di-hidrogênio de potássio (fonte de fósforo) ao tanque de aeração para controlar a relação C/N em 10-15:1 e C/P em 50-100:1, aumentando a competitividade das bactérias floculantes;
-Aumentar a concentração de oxigênio dissolvido: Ajuste o sistema de aeração para garantir que a concentração de OD no tanque de aeração permaneça estável em 2-4mg/L, especialmente nos cantos do tanque e áreas com aeradores com defeito. A manutenção oportuna ou a adição de pontos de aeração são necessárias para eliminar zonas locais de deficiência de oxigênio;
-Encurtar a idade do lodo: Aumentar a quantidade de descarga de lodo em excesso, controlar a idade do lodo em 5-8 dias (ajustado de acordo com a temperatura da água e pode ser estendido apropriadamente para 10 dias em baixas temperaturas) e reduzir o número de bactérias filamentosas através do efeito de "lavagem" - as bactérias filamentosas têm um ciclo de crescimento mais longo, e a idade curta do lodo pode inibir sua reprodução excessiva;
-Adicionar agentes antibacterianos (use com cautela): Se as bactérias filamentosas (como bactérias produtoras de enxofre) se multiplicarem em grande número, uma pequena quantidade de oxidante à base de cloro (como hipoclorito de sódio) pode ser adicionada à entrada do tanque de aeração em uma dosagem de 0,5-1mg/L (calculado como cloro efetivo) para inibir a atividade bacteriana filamentosa, mas a atividade microbiana precisa ser monitorada de perto para evitar a inibição excessiva.
2. Medidas de recuperação para expansão bacteriana não filamentosa
-Controlar a concentração de matéria orgânica no afluente: Ajustando a válvula do afluente ou configurando um tanque de homogeneização, a DQO do afluente no tanque de aeração pode ser controlada em 1000-2000mg/L. Se a concentração do afluente for muito alta, métodos como desvio e diluição podem ser usados para reduzir a carga;
-Otimizar a idade e descarga do lodo: Se a idade do lodo for muito longa, aumentar a descarga de lodo em excesso, controlar o MLSS em 3000-4000mg/L, ajustar a idade do lodo para 8-12 dias, promover o metabolismo microbiano normal e reduzir a secreção de EPS;
-Fortalecer a aeração e agitação: aumentar apropriadamente a intensidade da aeração (relação ar-água 12-15:1), aumentar o efeito de mistura de lama e água e evitar que os flocos absorvam muita água devido à estagnação, mas é necessário evitar a aeração excessiva que quebra os flocos.
3. Medidas de recuperação para fatores operacionais/ambientais
-Sistema de aeração estável: Inspecione regularmente os aeradores (como aeradores de membrana e tubos perfurados), substitua as peças danificadas e garanta a aeração uniforme; Ajuste em tempo real da taxa de aeração através do dispositivo de monitoramento online de OD para evitar flutuações de OD;
-Otimizar a taxa de refluxo: Com base nas condições de MLSS e sedimentação do tanque de sedimentação secundário, controle a taxa de refluxo em 70% -100% para garantir que o MLSS do tanque de aeração seja estável em 3000-4000mg/L, evitando a erosão da camada de lodo no tanque de sedimentação secundário;
-Ajustar os parâmetros do ambiente da água de entrada: Se o pH da água de entrada for anormal, adicione ácido (como ácido sulfúrico) ou álcali (como hidróxido de sódio) ao tanque de regulação para controlar o pH entre 6,5-8,5; Se a temperatura da água for muito baixa, um dispositivo de aquecimento (como aquecimento a vapor) pode ser usado para manter a temperatura da água em 15-25 ℃ (a faixa de temperatura ideal para microrganismos);
-Para lidar com cargas de impacto: Um tanque de regulação de emergência é instalado na entrada. Quando águas residuais de alta concentração ou tóxicas entram, elas são primeiro diluídas e neutralizadas no tanque de regulação e, em seguida, bombeadas lentamente para o tanque de aeração. Ao mesmo tempo, a intensidade da aeração e a adição de nutrientes são aumentadas para ajudar os microrganismos a se adaptarem às mudanças de carga.
（3） Verificação e consolidação: Garantir um efeito de recuperação estável
Após tomar medidas de recuperação, é necessário monitorar continuamente os principais indicadores, verificar sua eficácia e ajustar os parâmetros para evitar problemas recorrentes.
-Indicadores de monitoramento: Detecção diária de SVI (faixa normal 50-150mL/g), MLSS, OD, afluente C/N/P, efluente SS e outros indicadores. Se o SVI permanecer estável na faixa normal por 3 dias consecutivos e o efluente SS<10mg>
-Solidificação de parâmetros: solidificar a intensidade de aeração ideal, taxa de refluxo, taxa de descarga de lodo, dosagem de sal nutritivo e outros parâmetros durante o processo de recuperação para formar um plano de operação padronizado;
-Domesticação do lodo: Se a qualidade da água de entrada for instável por um longo tempo, o lodo ativado pode ser domesticado aumentando gradualmente a carga de entrada (em 10% -20% a cada vez) para aumentar sua resistência ao impacto.
