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Feb 05, 2024

Preparándose para una mejor eliminación de fósforo en AMP7

La industria del agua espera alrededor de 1000 nuevos consentimientos finales de fósforo efluente que entrarán en vigor antes de 2025 como parte del Programa Nacional Ambiental de la Industria del Agua (WINEP).

La industria del agua espera alrededor de 1000 nuevos consentimientos finales de fósforo efluente que entrarán en vigor antes de 2025 como parte del Programa Nacional Ambiental de la Industria del Agua (WINEP).

Actualmente, las opciones de eliminación de fósforo disponibles en el mercado y económicamente viables se limitan generalmente a la eliminación biológica o química, siendo esta última mucho más frecuente debido a la necesidad de una fuente de carbono confiable durante todo el año para respaldar la eliminación biológica de fósforo. El tratamiento químico utiliza una sal metálica, más comúnmente hierro, para precipitar el ortofosfato. El precipitado se forma como un sólido y se elimina en un proceso de eliminación de sólidos, ya sea un tanque de sedimentación o un proceso de captura de sólidos terciarios, como un filtro de disco o de arena.

Para garantizar que se cumplan los nuevos consentimientos, la industria ha estado llevando a cabo su propia investigación en el marco del Programa de Investigación Química 2 (CIP2). Esto ha implicado pruebas piloto para evaluar tecnologías capaces de cumplir con los permisos finales bajos de fósforo para efluentes propuestos de la manera más económica y confiable. Las nuevas tecnologías han implicado principalmente la dosificación de sales metálicas (predominantemente hierro) con una variedad de novedosos procesos de filtración terciaria diseñados para una eliminación de sólidos altamente eficiente para cumplir con las bajas concentraciones requeridas. Sin embargo, existen algunas alternativas más novedosas, como el tratamiento de algas y la tecnología sonoelectroquímica.

Para mejorar una planta de tratamiento de aguas residuales para eliminar el fósforo, los diseñadores necesitan información sobre la naturaleza de las aguas residuales a tratar. Los consentimientos finales de efluentes se otorgan como fósforo total y se miden como un promedio anual. El fósforo total consiste en ortofosfato, que puede eliminarse mediante reacción con iones metálicos junto con compuestos de fósforo orgánicos e inorgánicos que pueden ser tanto solubles como en partículas.

Para medir el fósforo total, las formas orgánicas e inorgánicas condensadas deben convertirse en ortofosfato reactivo antes del análisis. Los fosfatos orgánicos se convierten en ortofosfato calentándolos con ácido y persulfato. El ortofosfato reacciona con el molibdato en medio ácido dando un intenso color azul molibdeno que se mide en un colorímetro.

Eliminación química de P La adición de productos químicos se puede emplear para eliminar el fósforo antes de los tanques primarios, en el tratamiento biológico secundario o en una planta de tratamiento terciario dedicada. Para alcanzar los límites autorizados de 1 mg/l o menos, es casi seguro que se requerirá una dosificación multipunto. La relación molar de ion metálico a P requerida para la eliminación efectiva de fósforo aumenta a medida que disminuye la concentración final de fósforo en el efluente, es decir, cuanto menor es la concentración objetivo de fósforo, mayor es la dosis relativa.

Esto significa que existe un beneficio significativo al intentar eliminar la mayor parte del fósforo en el tratamiento primario (asegurando que quede suficiente fósforo para los requisitos microbiológicos en el tratamiento secundario), ya que esto no sólo reducirá el consumo total de químicos sino que también proporcionará los posibles ahorros operativos asociados con tratamiento primario mejorado.

Cualquier exceso de sales metálicas agregadas a las aguas residuales, debido a la sobredosis requerida para lograr bajas concentraciones de P en el efluente, reaccionará para eliminar la alcalinidad de las aguas residuales. Se requiere alcalinidad para el tratamiento de amoníaco y, si la concentración de alcalinidad es demasiado baja, se puede incumplir el consentimiento final para la descarga de amoníaco efluente.

Es necesario investigar una serie de incógnitas antes de avanzar con planes de capital bajos en fósforo. Estos incluyen: 1) cuál es la relación molar de ion metálico a fósforo y dosis; 2) cuál es el mejor producto químico para la planta – por ejemplo, sulfato férrico, cloruro férrico, policloruro de aluminio (PAC), sulfato de aluminio, metales de tierras raras o una combinación de sales metálicas y polímeros; 3) si se requiere dosificación de alcalinidad; y 4) si las tecnologías alternativas, como el tratamiento sonoelectroquímico, los reactores de magnetita o de algas, son viables o más económicas.

La prueba del frasco es esencial para producir datos que determinen las curvas de respuesta a la dosis con el fin de identificar el producto químico y la ubicación de dosificación óptimos. Idealmente, esto debería llevarse a cabo para incorporar una variedad de condiciones de flujo para evaluar la variabilidad de las aguas residuales.

Eliminación biológica de P La eliminación biológica de fósforo se puede lograr en una planta de lodos activados incorporando una zona anaeróbica y donde existan condiciones en el afluente al tratamiento secundario que comprendan ácidos grasos volátiles de cadena corta (SCVFA) adecuados como ácido acético, propiónico y butírico, adecuados para el fósforo sea absorbido por el lodo. Sin embargo, cuando el afluente no contiene SCVFA adecuados, aún es posible lograr el tratamiento agregando capacidad adicional de la zona anaeróbica para permitir la hidrólisis de partículas orgánicas para proporcionar una fuente de carbono.

Una vez que se alcanzan las condiciones biológicas de fósforo, el lodo activado puede almacenar polifosfato en el rango de 3-6% de fósforo en peso seco en comparación con 1-1,5% asimilado en una planta de lodo activado convencional.

En el Reino Unido, el lodo rico en fósforo procedente del tratamiento biológico con P generalmente se retira de la planta de lodos activados y se transfiere para su tratamiento mediante un proceso de digestión anaeróbica. Habitualmente más del 50% del fósforo de los lodos se libera en el proceso de digestión y tiende a reciclarse en los licores de retorno a la entrada de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Este flujo de reciclaje debe considerarse en el diseño.

Estas son las incógnitas que será necesario investigar antes de avanzar hacia un plan de capital: 1) ¿Son las aguas residuales crudas adecuadas para la eliminación de fósforo biológico (BioP) (suficientes SCVFA o sólidos hidrolizables)? 2) ¿Las características de las aguas residuales crudas cambian con las estaciones? 3) ¿Se requiere una fuente de carbono adicional? 4) ¿Cambia el asentamiento de las aguas residuales con BioP?; 5) ¿Los lodos cambian y cuáles son las características de los nutrientes del lodo? 6) Si se aplica BioP, ¿cuánto fósforo se libera nuevamente después de la digestión/digestión avanzada para reciclarlo a las plantas de entrada? 7) ¿Cuáles son los impactos potenciales del fósforo elevado en los activos de manejo de lodos, es decir, la precipitación de estruvita? 8) ¿Qué tecnologías están disponibles para capturar el fósforo en el flujo de reciclaje y qué tan confiables y eficientes son?

Para comprender las incógnitas anteriores, es posible que se requieran datos, modelos e investigaciones. Esto podría incluir muestreo y análisis de aguas residuales crudas durante un período de 1 a 3 años para recopilar datos sobre el fósforo total y el ortofósforo; Fraccionamiento de DQO para cuantificar DQO soluble fácilmente biodegradable (rbCOD) y comprender el grado de hidrólisis de DQO particulada requerida; análisis de AGV de cadena corta (SCVFA) como fracción de DQO soluble fácilmente biodegradable; y medición del perfil diurno.

A partir de los datos de muestra anteriores, se pueden ejecutar simulaciones de software de modelado para determinar si se requiere un fermentador VFA. Se pueden realizar pruebas de digestores anaeróbicos a escala de laboratorio (que posiblemente incluyan digestión avanzada, como hidrólisis térmica antes de la digestión) con deshidratación del digestato y análisis de la concentración de P en los licores de retorno. También se puede utilizar la investigación de los procesos de eliminación de P en los licores de retorno y ASP a escala de banco para el modelado de BioP.

un nuevo servicio Aqua Enviro, en asociación con EnviroSim (los desarrolladores del software de modelado de procesos BioWin), pueden proporcionar una evaluación holística para lograr el menor costo de cumplimiento de P, incorporando las consideraciones anteriores. Este servicio incluye evaluación detallada del sitio, muestreo y análisis para incluir el fraccionamiento completo de las aguas residuales. Luego se desarrollan modelos BioWin para considerar los cambios requeridos, teniendo en cuenta las interacciones entre las aguas residuales y los activos de lodos. Se puede entender el equilibrio óptimo entre la eliminación de P (química y biológica) y la recuperación (es decir, como estruvita).

El modelado de procesos (BioWin) se puede utilizar para investigar una serie de factores que afectan al diseño del proceso.

Para diseñar el proceso de eliminación de fósforo más viable económicamente, los diseñadores requieren información sobre la composición de las aguas residuales, las reacciones con iones metálicos y posiblemente modelos matemáticos para brindar confianza para el gasto de capital en AMP7. Ahora es el momento de iniciar estas investigaciones.