Perché le acque reflue ad alta concentrazione salina sono così difficili da trattare? Dobbiamo innanzitutto capire cosa siano le acque reflue ad alta concentrazione salina e il loro impatto sul sistema biochimico! Questo articolo tratta esclusivamente del trattamento biochimico delle acque reflue ad alta concentrazione salina!
1. Che cosa sono le acque reflue ad alto contenuto di sale?
Le acque reflue ad alta concentrazione salina sono quelle con un contenuto totale di sali pari ad almeno l'1% (equivalente a 10.000 mg/L). Provengono principalmente da impianti chimici e dalle attività di estrazione e lavorazione di petrolio e gas naturale. Queste acque reflue contengono una varietà di sostanze (tra cui sali, oli, metalli pesanti organici e materiali radioattivi). Le acque reflue saline sono prodotte da un'ampia gamma di fonti e la loro quantità è in costante aumento. La rimozione degli inquinanti organici dalle acque reflue saline ha un impatto significativo sull'ambiente. Per il trattamento si utilizzano metodi biologici. Tuttavia, le elevate concentrazioni di sali hanno un effetto inibitorio sui microrganismi. I metodi di trattamento fisico e chimico richiedono ingenti investimenti e costi operativi elevati, e spesso non consentono di raggiungere l'effetto di depurazione desiderato. L'utilizzo di metodi biologici per il trattamento di tali acque reflue rimane un tema centrale della ricerca a livello nazionale e internazionale.
Le tipologie e le proprietà chimiche della materia organica presente nelle acque reflue organiche ad alta concentrazione salina variano notevolmente a seconda del processo produttivo, ma i sali contenuti sono principalmente ioni come Cl-, SO42-, Na+ e Ca2+. Sebbene questi ioni siano nutrienti essenziali per la crescita dei microrganismi, svolgono un ruolo importante nel promuovere le reazioni enzimatiche, nel mantenere l'equilibrio delle membrane e nel regolare la pressione osmotica durante la loro crescita. Tuttavia, se la concentrazione di questi ioni è troppo elevata, si possono verificare effetti inibitori e tossici sui microrganismi. Le principali manifestazioni sono: elevata concentrazione salina, elevata pressione osmotica, disidratazione delle cellule microbiche con conseguente separazione del protoplasma cellulare; la precipitazione salina riduce l'attività della deidrogenasi; gli ioni cloruro ad alta concentrazione risultano tossici per i batteri; l'elevata concentrazione salina aumenta la densità delle acque reflue e il fango attivo tende a galleggiare e disperdersi facilmente, compromettendo seriamente l'efficacia del sistema di depurazione biologica.
2. Effetto della salinità sui sistemi biochimici
1. Provoca disidratazione e morte dei microrganismi
A concentrazioni saline più elevate, le variazioni della pressione osmotica sono la causa principale. L'interno di un batterio è un ambiente semi-chiuso. Deve scambiare materiali ed energia benefici con l'ambiente esterno per mantenere la sua vitalità. Tuttavia, deve anche impedire l'ingresso della maggior parte delle sostanze esterne per evitare di danneggiare la biochimica interna. Interferenza e ostruzione della risposta.
L'aumento della concentrazione salina fa sì che la concentrazione della soluzione all'interno dei batteri sia inferiore a quella dell'ambiente esterno. Inoltre, a causa della caratteristica dell'acqua di spostarsi da una zona a bassa concentrazione a una ad alta concentrazione, una grande quantità di acqua viene persa dai batteri, causando cambiamenti nel loro ambiente di reazione biochimica interno e, in definitiva, distruggendo il loro processo di reazione biochimica fino a interromperlo completamente, causando la morte dei batteri.
2. Interferire con il processo di assorbimento delle sostanze microbiche e bloccarne la morte
La membrana cellulare possiede la caratteristica di permeabilità selettiva, che le permette di filtrare le sostanze dannose per le attività vitali dei batteri e di assorbire quelle benefiche. Questo processo di assorbimento è direttamente influenzato dalla concentrazione della soluzione, dalla purezza dei materiali, ecc. dell'ambiente esterno. L'aggiunta di sale può interferire con l'ambiente di assorbimento batterico o addirittura bloccarlo, causando l'inibizione o persino la morte dei batteri. Questa situazione varia notevolmente a seconda delle condizioni specifiche di ciascun batterio, della specie, del tipo di sale e della sua concentrazione.
3. Avvelenamento e morte dei microrganismi
Alcuni sali penetrano all'interno dei batteri, interrompendo le loro attività vitali e distruggendo i processi biochimici interni. Altri interagiscono con la membrana cellulare batterica, alterandone le proprietà e impedendo loro di proteggere i batteri o di assorbire determinate sostanze nocive. Ciò può causare l'inibizione delle attività vitali dei batteri o addirittura la loro morte. Tra questi, i sali di metalli pesanti sono i più rappresentativi, e alcuni metodi di sterilizzazione si basano proprio su questo principio.
Le ricerche dimostrano che l'impatto dell'elevata salinità sul trattamento biochimico si riflette principalmente nei seguenti aspetti:
1. Con l'aumento della salinità, la crescita dei fanghi attivi viene influenzata. Le modifiche alla sua curva di crescita sono le seguenti: il periodo di adattamento si allunga; il tasso di crescita nella fase logaritmica rallenta; e la durata della fase di decelerazione della crescita aumenta.
2. La salinità intensifica la respirazione microbica e la lisi cellulare.
3. La salinità riduce la biodegradabilità e la degradabilità della materia organica. Riduce il tasso di rimozione e il tasso di degradazione della materia organica.
3. Qual è la concentrazione di sale massima che il sistema biochimico può sopportare?
Secondo lo “Standard di qualità delle acque reflue scaricate nelle fognature urbane” (CJ-343-2010), quando le acque reflue vengono immesse in un impianto di depurazione per il trattamento secondario, la loro qualità deve essere conforme ai requisiti della Classe B (Tabella 1), tra cui cloro 600 mg/L e solfati 600 mg/L.
Secondo l'Appendice 3 del “Codice per la progettazione dei sistemi di drenaggio esterni” (GBJ 14-87) (le edizioni GB50014-2006 e 2011 non specificano il contenuto di sale), “Concentrazione ammissibile di sostanze nocive nell'acqua in ingresso degli impianti di trattamento biologico”, la concentrazione ammissibile di cloruro di sodio è di 4000 mg/L.
I dati derivanti dall'esperienza ingegneristica dimostrano che quando la concentrazione di ioni cloruro nelle acque reflue supera i 2000 mg/L, l'attività dei microrganismi viene inibita e il tasso di rimozione del COD si riduce significativamente; quando la concentrazione di ioni cloruro nelle acque reflue supera gli 8000 mg/L, il volume dei fanghi aumenta, si espande, si forma una grande quantità di schiuma sulla superficie dell'acqua e i microrganismi muoiono uno dopo l'altro.
In circostanze normali, riteniamo che concentrazioni di ioni cloruro superiori a 2000 mg/L e un contenuto di sale inferiore al 2% (equivalente a 20000 mg/L) possano essere trattate con il metodo a fanghi attivi. Tuttavia, maggiore è il contenuto di sale, più lungo sarà il tempo di acclimatazione. Ricordate però che il contenuto di sale dell'acqua in ingresso deve essere stabile e non deve subire fluttuazioni eccessive, altrimenti il sistema biochimico non sarà in grado di sopportarlo.
4. Misure per il trattamento biochimico delle acque reflue ad alta concentrazione salina
1. Addomesticamento dei fanghi attivi
Quando la salinità è inferiore a 2 g/L, le acque reflue saline possono essere trattate tramite addomesticamento. Aumentando gradualmente il contenuto di sale nell'acqua di alimentazione biochimica, i microrganismi bilanciano la pressione osmotica all'interno delle cellule o proteggono il protoplasma all'interno delle cellule attraverso i propri meccanismi di regolazione della pressione osmotica. Questi meccanismi di regolazione includono l'accumulo di sostanze a basso peso molecolare per formare un nuovo strato protettivo extracellulare e autoregolarsi. Percorsi metabolici, cambiamenti nella composizione genetica, ecc.
Pertanto, i fanghi attivi normali possono trattare acque reflue ad alta concentrazione salina entro un certo intervallo di concentrazione salina attraverso l'addomesticamento per un certo periodo di tempo. Sebbene i fanghi attivi possano aumentare l'intervallo di tolleranza al sale del sistema e migliorare l'efficienza del trattamento attraverso l'addomesticamento, l'addomesticamento dei fanghi attivi ha un intervallo di tolleranza limitato per il sale e sono sensibili ai cambiamenti nell'ambiente. Quando l'ambiente degli ioni cloruro cambia improvvisamente, l'adattabilità dei microrganismi scompare immediatamente. L'addomesticamento è solo un adattamento fisiologico temporaneo dei microrganismi per adattarsi all'ambiente e non ha caratteristiche genetiche. Questa sensibilità adattativa è molto dannosa per il trattamento delle acque reflue.
Il tempo di acclimatazione dei fanghi attivi è generalmente di 7-10 giorni. L'acclimatazione può migliorare la tolleranza dei microrganismi dei fanghi alla concentrazione di sale. La riduzione della concentrazione di fanghi attivi nella fase iniziale dell'acclimatazione è dovuta all'aumento della soluzione salina che avvelena i microrganismi e causa la morte di alcuni di essi. Si osserva una crescita negativa. Nella fase successiva dell'adattamento, i microrganismi che si sono adattati all'ambiente modificato iniziano a riprodursi, quindi la concentrazione di fanghi attivi aumenta. Prendendo in considerazione la rimozione diMERLUZZOPrendendo come esempio il trattamento con fanghi attivi in soluzioni di cloruro di sodio all'1,5% e al 2,5%, i tassi di rimozione del COD nelle fasi di acclimatazione iniziale e finale sono rispettivamente del 60%, 80% e 40%, 60%.
2. Diluire l'acqua
Per ridurre la concentrazione di sale nel sistema biochimico, l'acqua in ingresso può essere diluita in modo che il contenuto di sale sia inferiore al valore limite di tossicità, senza inibire il trattamento biologico. Il vantaggio di questo metodo risiede nella sua semplicità e facilità di applicazione e gestione; lo svantaggio è che comporta un aumento della scala di processo, degli investimenti infrastrutturali e dei costi operativi.
3. Selezionare batteri tolleranti al sale
I batteri alofili sono batteri in generale in grado di tollerare elevate concentrazioni di sale. Nell'industria, si tratta per lo più di ceppi obbligati che vengono selezionati e arricchiti. Attualmente, il contenuto di sale massimo tollerabile è di circa il 5%, consentendo un funzionamento stabile. Si parla anche di trattamento delle acque reflue ad alta concentrazione salina, per le quali è disponibile un metodo biochimico di depurazione!
4. Scegliere un flusso di processo ragionevole
Per le diverse concentrazioni di ioni cloruro vengono selezionati processi di trattamento differenti, e il processo anaerobico viene scelto in modo appropriato per ridurre l'intervallo di tolleranza della concentrazione di ioni cloruro nella successiva sezione aerobica.
Quando la salinità è superiore a 5 g/L, l'evaporazione e la concentrazione per la desalinizzazione rappresentano il metodo più economico ed efficace. Altri metodi, come quelli che prevedono la coltivazione di batteri contenenti sale, presentano problematiche che ne rendono difficile l'applicazione a livello industriale.
Lianhua è in grado di fornire analizzatori COD rapidi per testare acque reflue ad alta concentrazione salina, poiché i nostri reagenti chimici possono schermare decine di migliaia di interferenze da ioni cloruro.
Data di pubblicazione: 25 gennaio 2024
