Preguntas y respuestas básicas sobre tecnologías de tratamiento de aguas residuales

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La última edición de este mensaje fue realizada por zhaolijun el 10-5-2016 a las 08:37. 1. ¿Qué medidas se deben tomar cuando, en el proceso de tratamiento biológico de aguas residuales, el tanque de tratamiento sufre una sobrecarga y los microorganismos resultan dañados? 　　Durante el funcionamiento de la piscina bioquímica, cuando los microorganismos se ven sometidos a una carga excesiva (en términos de cantidad de agua o concentración), la tasa de eliminación del COD disminuye bruscamente. En casos graves, el lodo se despega de los rellenos biológicos, lo que hace que el agua de salida se vuelva turbia. En este momento, se debe detener inmediatamente el suministro de agua. Además, se debe añadir carbón activo en polvo al tanque biológico, con el fin de reducir la carga de lodo. La proporción recomendada es de 10 kilogramos de carbón activo en polvo por cada 100 m³ de volumen del tanque biológico. Una vez que las propiedades de sedimentación del lodo se recuperan, se puede utilizar el método de proliferación acelerada para “domesticar” el lodo. Para ello, se añade agua residual doméstica al tanque biológico, o bien alcohol usado, o aún pasta húmeda preparada con harina seca. La proporción recomendada es de 5-10 kilogramos de harina seca por cada 100 m³ de volumen del tanque biológico. Después de 2-3 días, se comienza a introducir agua gradualmente, aumentando la cantidad diariamente, hasta que los microorganismos vuelvan a su estado normal. 　　2. ¿Cómo debe funcionar el tanque biológico cuando no hay aguas residuales de producción debido a días festivos o paradas temporales en la producción? 　　En la empresa ***, es común que no haya aguas residuales de producción debido a días festivos o paradas temporales en la producción. En tales casos, podemos añadir aguas residuales domésticas al tanque biológico, o bombear agua del río, y además agregar una pasta preparada con harina seca para favorecer el crecimiento y reproducción de los microorganismos. En el tanque bioquímico, se puede añadir una cantidad de harina seca de 5 a 10 kilogramos por cada 100 m3 de volumen; también se puede utilizar alcohol residual en proporciones adecuadas. La aireación debe realizarse durante 4 a 8 horas al día. 　　 　　4. ¿Cómo funciona la piscina bioquímica en invierno? Ya sabemos que el rango de temperatura óptimo para el crecimiento y reproducción de los microorganismos es de 16-30°C. Cuando la temperatura es inferior a 10°C, la eficacia en la purificación de las aguas residuales disminuye significativamente. En general, por cada 10°C que baja la temperatura, la tasa de eliminación del COD disminuye en un 10%. Entonces, ¿cómo funcionan los tanques bioquímicos en invierno? Un método consiste en introducir vapor en el tanque de regulación, a fin de aumentar la temperatura del agua que entra para el proceso biológico ； Otra método consiste en añadir lodo biológico al tanque bioquímico, con el fin de aumentar la concentración de lodo y reducir su carga. Si la temperatura del agua se mantiene entre 6-7 °C, el lodo activo podrá seguir desempeñando eficazmente su función de purificación. 　　5. ¿Cómo se realiza la deshidratación del lodo en los tanques de lodos? 　　Los principales métodos de deshidratación de los lodos son el filtrado al vacío, el filtrado por presión, la centrifugación y la secado natural. Shanghai Xinyi Bailuda Pharmaceutical Co., Ltd. utiliza el método de filtración por presión. Mediante equipos especializados, como las prensas de filtro de tipo placa y marco, se realiza la filtración a presión del lodo químico y del lodo residual generado por el sistema. Después del proceso de deshidratación, el contenido de agua en el lodo suele estar entre el 80% y el 85%. 　　6. ¿Cómo se puede transferir el lodo residual que queda en el tanque biológico SBR al tanque de lodos? 　　El lodo residual presente en el tanque biológico SBR debe eliminarse periódicamente en el tanque de lodos; de lo contrario, esto afectará el funcionamiento adecuado del tanque biológico SBR y también la calidad del agua resultante del proceso biológico. Al eliminar los lodos, primero se abre la válvula del conducto que conecta el tanque biológico SBR con el tanque de lodos. De esta manera, la presión del agua en el tanque SBR se utiliza para empujar los lodos restantes hacia el tanque de lodos. Al finalizar el proceso de eliminación de lodos, se debe cerrar la válvula del conducto de lodos que conecta el tanque SBR con el tanque de lodos. 　　7. ¿Cuánto potasio dihidrogenofosfato se debe añadir en el tanque bioquímico? 　　Calculado según una proporción de 100:1 entre carbono y fósforo (en términos de peso); estrictamente hablando, el carbono aquí se refiere al BOD5. Por lo tanto, si la cantidad de agua que entra en el tanque biológico es de 240 toneladas al día, y la concentración de BOD5 es de 250 mg/L, entonces la cantidad de BOD5 en el agua que ingresa al tanque biológico sería de 240 × 0,25 kg/t = 60 kg al día. La cantidad de fósforo necesaria al día sería de 60 ÷ 100 = 0,6 kg. La cantidad de potasio dihidrogenofosfato que se debe añadir sería: 0,6 × 136 ÷ 31 = 2,6 kg/día. 　　Para facilitar los cálculos, podemos utilizar la siguiente fórmula simplificada. 　　W = BOD5 × Q × 0,044 ÷ 1000
W = COD × B/C × Q × 0,044 ÷ 1000
Donde:
COD: es el valor del COD en las aguas de entrada, con unidades de mg/L ； 　　BOD5: Se refiere al BOD5 presente en las aguas de entrada para procesos bioquímicos. La unidad de medida es mg/L ； 　　B/C: es adimensional ； 　　P: Es la cantidad de agua de entrada para procesos bioquímicos, expresada en toneladas/día ； 　　W: es la cantidad diaria de potasio difosfato que se debe aplicar, expresada en kilogramos/día ； 　　8. ¿Qué se debe hacer cuando mueren grandes cantidades de microorganismos? 　　Cuando los microorganismos sufren daños graves y mueren en gran número, y no es posible salvarlos, se debe informar de inmediato a la autoridad local encargada de la protección del medio ambiente, y además, reemplazar de inmediato el lodo activo. Luego, se debe determinar la causa para evitar que ocurran accidentes similares en el futuro. 　　9. ¿Cuánta urea se debe agregar al tanque bioquímico a diario? 　　La proporción nutricional adecuada es: carbono:nitrógeno:fósforo = 100:5:1. Se calcula según la proporción de 100:5 entre carbono y nitrógeno (en términos de peso). En realidad, el carbono al que nos referimos aquí es el BOD5. Por lo tanto, si la cantidad de agua que entra en el tanque biológico es de 240 toneladas al día, y la concentración de BOD5 es de 250 mg/L, entonces la cantidad de BOD5 en el agua que ingresa al tanque biológico sería de 240 toneladas × 0,25 kg/t = 60 kg al día. La cantidad de nitrógeno necesaria al día sería de 60 ÷ 100 × 5 = 3 kg. La cantidad de urea que debe añadirse sería: 3 × 44 ÷ 14 = 9,4 kg/día. 　　Para facilitar los cálculos, podemos utilizar la siguiente fórmula simplificada. 　　W = BOD5 × Q × 0,157 ÷ 1000
W = COD × B/C × Q × 0,157 ÷ 1000
Donde:
COD: es el valor del COD en las aguas de entrada para procesos bioquímicos; su unidad es mg/L ； 　　BOD5: Se refiere al BOD5 presente en las aguas de entrada para procesos bioquímicos. La unidad de medida es mg/L ； 　　B/C: es adimensional ； 　　P: Es la cantidad de agua de entrada para procesos bioquímicos, expresada en toneladas/día ； 　　W: es la cantidad de urea que se administra al día, en kilogramos/día ； 　　Dado que los efluentes de la empresa *** ya contienen una cierta cantidad de nitrógeno, no es necesario añadir urea durante el proceso de tratamiento. 　　10. ¿Por qué la concentración de COD en las aguas residuales dentro del tanque de regulación debe mantenerse por debajo de 700 mg/L? 　　Las aguas residuales del tanque de regulación constituyen la carga de entrada para el proceso biológico; la concentración de COD en estas aguas se determina, por lo general, a partir de valores experimentales y parámetros de diseño. En el caso de las aguas residuales que son fáciles de tratar por métodos bioquímicos, el valor del COD en estas aguas puede mantenerse alrededor de 1000 mg/L. En cambio, en el caso de las aguas residuales industriales, especialmente aquellas que son difíciles de biodegradar, el valor del COD suele estar entre 500 y 800 mg/L. De lo contrario, es difícil garantizar el funcionamiento estable del sistema bioquímico, así como asegurar que las aguas tratadas cumplan con los estándares de emisión establecidos. La concentración de COD en las aguas de entrada de la empresa Shanghai Xinyi Bailuda Pharmaceutical Co., Ltd. (700 mg/L) fue determinada a partir de valores experimentales. 　　11. ¿Cómo se procede al cultivo y aclimatación de los lodos? 　　El ciclo de cultivo bioquímico depende de la temperatura y la calidad del agua residual. Cuando la temperatura del agua es superior a 15 °C, el proceso de cultivo de las bacterias es más rápido. En cambio, cuando la temperatura del agua es inferior a 15 °C, el tiempo necesario para acostumbrar a las bacterias al medio es mayor. Por lo tanto, se recomienda realizar el cultivo y acostumbramiento de las bacterias entre los meses de mayo y noviembre (en la cuenca del río Yangtze). En cuanto a la calidad del agua residual, aquellos residuos que no son tóxicos ni dañinos y que son fáciles de biodegradar, su proceso de cultivo bacteriológico suele durar entre 10 y 20 días. En cambio, los residuos tóxicos y dañinos, que son difíciles de biodegradar, requieren un tiempo más largo para su procesamiento, aproximadamente de 30 a 60 días, o incluso más. 　　Una vez completada la fase de ajuste en agua dulce, en el caso de las aguas residuales con buenas propiedades biodegradables, se pueden utilizar directamente microorganismos adaptados a dichas aguas residuales ； Para las aguas residuales químicas o aquellas cuyas propiedades de biodegradabilidad son deficientes, se debe utilizar un método de cultivo en etapas. Los pasos específicos son los siguientes: (1) Proliferación rápida. El objetivo de la proliferación rápida es hacer que el lodo crezca rápidamente sobre el material de relleno. En general, los lodos adquiridos sufren daños en mayor o menor medida durante el proceso de deshidratación o transporte. Estos microorganismos necesitan un tiempo para recuperarse y crecer en su nuevo entorno, por lo que requieren de condiciones adecuadas para sobrevivir. Si en este momento se utiliza directamente agua residual química para su aclimatación, el resultado inevitable será la muerte masiva de los microorganismos. Por lo tanto, en la primera fase se puede utilizar agua residual doméstica, glucosa o una pasta preparada a partir de harina seca para cultivar las bacterias (durante los primeros 3-5 días, se pueden añadir de 5 a 10 kilogramos de harina seca por cada 100 m³ de volumen del tanque biológico). Se realiza una aireación dos veces al día; en el tanque aeróbico, la aireación dura 8 horas por cada sesión, lo que permite que los microorganismos se recuperen y se multipliquen rápidamente. Este método se denomina método de proliferación rápida. Durante el período de proliferación rápida, las aguas residuales en el tanque bioquímico pueden ser evacuadas a través de los tubos de desagüe del lodo. Antes de verterlas, se debe detener la aireación; se espera a que el lodo se asiente durante 4-8 horas antes de proceder con el vertido. El período de proliferación rápida suele ser de 7 a 10 días. 　　Durante el funcionamiento de la piscina bioquímica, cuando los microorganismos se ven sometidos a un aumento repentino en la carga de contaminantes, y la tasa de eliminación del COD o el SV disminuye drásticamente, también se puede utilizar el método de proliferación rápida para ayudar a que los microorganismos se recuperen y crezcan. 　　(3) Acclimatación de las aguas residuales. Una vez que el lodo crece sobre los materiales de relleno, la cantidad de harina seca que se añade diariamente al tanque biológico de 100 m³ puede aumentar hasta 20-30 kg. Al mismo tiempo, se bombea agua o aguas residuales al interior del tanque biológico. La cantidad inicial de agua residual que se introduce puede ser del 1-2% del volumen total del tanque biológico por cada 100 m3. Posteriormente, la cantidad de agua residual que se introduce se aumenta gradualmente en un 2% cada dos días, hasta alcanzar la cantidad diseñada para el suministro de agua residual. A medida que aumenta gradualmente la cantidad de aguas residuales bombeadas, la cantidad de glucosa o harina seca que se añade, así como la cantidad de aguas residuales domésticas que se bombean, debe disminuir en consecuencia, hasta que se cese su adición. También es posible añadir alcohol residual en proporciones adecuadas (1 kilogramo de alcohol residual por cada 1,5 kilogramos de COD). 　　Durante el período de aclimatación de las bacterias, es necesario medir el COD a diario. Si se observa una disminución repentina en la tasa de eliminación del COD o en el valor de SV, se debe detener inmediatamente el aumento en la cantidad de aguas residuales que se suministran, hasta que la tasa de eliminación del COD vuelva a ser superior al 50% y el valor de SV deje de disminuir. 　　Cuando el agua residual entra normalmente en la piscina aeróbica, la tasa de eliminación del COD puede mantenerse por encima del 80%. Si la concentración de COD en el agua tratada es inferior a 200 mg/L, se puede considerar que la piscina biológica está funcionando correctamente. 　　Durante el período de aclimatación del lodo, es fundamental evitar sobrecargas (como grandes cantidades de agua o altas concentraciones). Una vez que se haya completado el cultivo de las bacterias, se puede proceder con el funcionamiento normal. 　　12. ¿Cómo se añade el lodo en el tanque de biología química? ¿Cómo se coloca la película? 　　Si se utiliza el método de cultivo con lodo seco, primero se llena el tanque de aireación con agua dulce o agua del río, y se procede a la aireación. Al mismo tiempo, se añade gradualmente el lodo seco preparado al interior del tanque de aireación. Después de agregar todo el material necesario, se continúa con la aireación durante 2-4 horas. Una vez finalizada la aireación, se deja que el líquido repose durante 2 horas antes de verter el sobrenadante. Este proceso puede repetirse 2-3 veces, hasta que el líquido resultante esté claro y transparente, sin estar turbio. Este proceso se denomina lavado de lodos, activación de lodos o formación de película en los lodos. Después de activar los lodos, se procede a su acostumbramiento utilizando agua nutritiva o aguas residuales de baja concentración. 　　13. ¿Cuánta cantidad de lodo se debe agregar por primera vez al tanque de biotransformación? 　　Si se utiliza el método de cultivo con lodo seco, debemos asegurarnos de que la concentración de lodo en el tanque biológico sea de aproximadamente 3 g/L, es decir, 3 kg/m³. Dado que el contenido de agua en el lodo seco es del 80%, se debe añadir al menos 15 kg/m³ de lodo seco al tanque de aireación. Por lo tanto, en un tanque de 100 m³, se deben añadir unos 1,5 toneladas de lodo seco. 　　14. ¿Qué tipo de lodo activo se debe utilizar en el tanque bioquímico? 　　La llamada cultivo de lodo activo consiste en proporcionar a los microorganismos que forman el lodo activo las condiciones adecuadas para su crecimiento. Bajo estas condiciones, con el paso del tiempo, se forma el lodo activo, cuya cantidad aumenta gradualmente, hasta alcanzar finalmente la concentración necesaria para tratar las aguas residuales. 　　El proceso de cultivo de bacterias en las plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas es bastante sencillo. En cambio, cultivar bacterias a partir de aguas residuales industriales tóxicas y dañinas resulta más complicado. Además, el tiempo necesario para adaptar las bacterias al medio ambiente también es mayor. Por lo general, para el tratamiento de aguas residuales industriales, se utiliza el método de cultivo con lodo seco: se toma el lodo seco obtenido de plantas de tratamiento de aguas que funcionan normalmente (con un contenido de agua del 80%, sin la necesidad de añadir químicos durante el proceso de deshidratación), y este lodo se utiliza como fuente de bacterias para su cultivo. Para que las bacterias puedan adaptarse lo antes posible a las aguas residuales industriales tóxicas y dañinas, es mejor utilizar como fuente de bacterias lodos secos del mismo tipo, provenientes de plantas de tratamiento de aguas residuales del mismo tipo. 　　15. ¿Cómo se elimina el lodo en los tanques de sedimentación por neutralización? 　　Una vez que las aguas residuales en el tanque de sedimentación por neutralización han sido completamente coaguladas con cal, el lodo y el agua están claramente separados; el lodo químico se deposita en la parte inferior del tanque de reacción. Al eliminar los lodos, primero se deben abrir las válvulas de los tubos de lodos en el fondo del tanque de sedimentación, así como las válvulas de los tubos de lodos del propio tanque. La presión del agua se utiliza para expulsar los lodos del tanque de reacción hacia el tanque de lodos. Una vez terminado el proceso de eliminación de lodos, se cierran las válvulas de los tubos de lodos en ambos tanques. Luego, se abre la válvula de aguas residuales para introducir el líquido limpio en el tanque de regulación. 　　El tanque de sedimentación neutralizante está equipado con un dispositivo para drenar el agua. Su estructura consiste en un anillo de goma debajo del cual se encuentra una manguera; el otro extremo de esta manguera está conectado al tubo de salida de las aguas residuales en la parte inferior del tanque. Su principio de funcionamiento es que el anillo de goma flota sobre la superficie del agua, subiendo y bajando con ella. Dado que la separación de lodo y agua siempre comienza en la superficie del agua, tan pronto como se forma un líquido claro en dicha superficie, este sale del tanque a través de mangueras. Por lo tanto, el drenaje y la separación del lodo ocurren al mismo tiempo; no es necesario esperar a que el lodo y el agua estén completamente separados para poder drenarlos, lo cual permite ahorrar tiempo en las operaciones. Sin embargo, al manipularlo, hay que tener cuidado de sacar el separador de agua por encima de la superficie del agua, para evitar que el lodo entre en las mangueras. 　　16. ¿Por qué es necesario ajustar el pH del agua que sale de la piscina de precipitación neutra a un valor superior a 9? 　　El agua resultante del proceso de tratamiento con hierro y carbón contiene grandes cantidades de sulfato de hierro(II). Si no se elimina este compuesto, afectará el crecimiento y reproducción de los microorganismos en las piscinas biológicas posteriores. Por lo tanto, es necesario utilizar cal para elevar el valor de pH de las aguas residuales, de 5-6 a más de 9. De esta manera, el sulfato de hierro(II) soluble se convierte en óxido de hierro(II) e hidróxido de calcio, que son compuestos insolubles. Luego, mediante el método de coagulación y sedimentación, estos compuestos se precipitan, asegurando así que las aguas residuales que llegan a las piscinas biológicas no contengan sulfato de hierro(II). 　　Si el precipitado de hidróxido de hierro puede formarse o no depende principalmente del valor de pH de las aguas residuales. Cuando el pH de las aguas residuales alcanza los 6,5, parte del hidróxido de hierro comienza a precipitarse. Pero para que todo el hidróxido de hierro presente en las aguas residuales se precipite, su pH debe llegar a los 9,7. Por lo tanto, al neutralizar el agua residual, es necesario ajustar su pH a un valor superior a 9. De esta manera, se puede mantener los iones de hierro ferroso presentes en el agua residual a un nivel muy bajo. 　　17. ¿Cómo se prepara el ácido sulfúrico diluido? 　　Primero, se añade agua limpia al tanque de preparación de ácido residual. Luego, se vierte lentamente ácido sulfúrico al 98%, hasta obtener un ácido sulfúrico diluido al 50%-60%. 　　Al preparar ácido sulfúrico diluido, es necesario tener en cuenta los siguientes tres puntos: Tanto el ácido sulfúrico concentrado al 98% como el ácido sulfúrico diluido tienen una gran capacidad de corrosión. Además, el ácido sulfúrico al 98% tiene una fuerte capacidad de absorción de agua, lo que puede causar quemaduras en la piel. Por lo tanto, es necesario usar siempre el equipo de protección personal al trabajar. 　　El ácido sulfúrico concentrado genera una gran cantidad de calor durante el proceso de dilución. Por lo tanto, está absolutamente prohibido verter agua sobre el ácido sulfúrico concentrado; en cambio, solo se puede verter el ácido sulfúrico concentrado en el agua. Además, al realizar esta operación, es necesario añadir el ácido sulfúrico concentrado al agua de manera lenta y gradual. 　　Dado que el proceso de dilución del ácido sulfúrico concentrado es un proceso exotérmico intenso, los componentes de plástico presentes en el tanque de mezclado (bombas de agua, tuberías, etc.) deben retirarse con antelación, para evitar que se deformen por el calor y sufran daños. 　　18. ¿Qué productos químicos se necesitan para el tratamiento de aguas residuales? 　　***Lista de cantidades de los materiales químicos necesarios en la estación de tratamiento (para referencia)
Nombre del material | Especificaciones | Cantidad necesaria | Precio de mercado
Ácido sulfúrico al 98%, para uso industrial | 20 kg/día | 0,5 yuanes/kg
Calcio óxido, con pureza >93%, en envases de 25 kg | 12,5 kg/día | 0,75 yuanes/kg
Fosfato de potasio dihidrógeno | 2-3 kg/día | 5 yuanes/kg
Carbón activo en forma de gránulos, tamaño de gránulo Φ3-4, longitud L=4-8 mm | 5 toneladas/1-2 años | 2500 yuanes/kg
Carbón activo en polvo, tipo 670 | En envases de 20 kg | 100 kg | 6000 yuanes/kg
Chispas de hierro fundido | 25 toneladas/1-2 años | 1100 yuanes/kg
Lodo biológico, con contenido de agua del 81% | 10 toneladas (una sola vez) | 150 yuanes/kg
19. ¿Cuáles son los principales indicadores técnicos del sistema de deshidratación de lodos? 　　Capacidad de tratamiento de lodos: 8 toneladas/día. Concentración de lodos antes del proceso de deshidratación: 3%. Concentración de lodos después del proceso de deshidratación: 20%. 20. ¿Cuáles son los principales indicadores técnicos en el proceso de tratamiento biológico? 　　(1) Tanque de regulación
Capacidad máxima de almacenamiento: 120 toneladas
pH: 6-8
Rango de control del COD: 700 mg/L
Rango de control del BOD5: 250 mg/L

(2) Tanque de oxidación biológica por contacto
Modo de operación: Flujo continuo
Capacidad máxima de tratamiento: 120 toneladas/día
Tiempo de retención hidráulica: 20 horas
Tiempo de aireación: ≥16 horas
COD en el agua de salida: ≤300 mg/L

(3) Tanque SBR para procesos biológicos
Modo de operación: Operación intermitente
Capacidad máxima de tratamiento: 120 toneladas/día
Tiempo de retención hidráulica: 20 horas
Tiempo de entrada de agua: 6 horas
Tiempo de aireación: 4 horas
Tiempo de salida de agua: 2 horas
COD en el agua de salida: ≤100 mg/L
BOD5 en el agua de salida: ≤30 mg/L

21. ¿Cuáles son los principales indicadores técnicos en el proceso de pretratamiento? 　(1) Pila de electrólisis de hierro y carbono
Cantidad de agua residual concentrada a tratar: 20 toneladas/día
pH del agua de entrada: 2-3
pH del agua de salida: 5-6
Tiempo de reacción: >8 horas

(2) Tanque de neutralización y sedimentación
Cantidad de agua residual concentrada a tratar: 20 toneladas/día
pH del agua de entrada: 5-6
pH del agua de salida: >9
Cantidad de cal en polvo a añadir: 0.8 kilogramos por tonelada de agua residual
Tiempo de neutralización: 2 horas

22. ¿En cuántas etapas se divide todo el proceso de tratamiento de aguas residuales? 　　Todo el proceso de tratamiento de aguas residuales se divide en dos etapas: la etapa de pretratamiento (microelectrólisis con hierro y carbón – neutralización y coagulación) y la etapa de tratamiento biológico (tanque de oxidación por contacto biológico – SBR). 　　23. ¿Qué es el método del biocarbón (método PACT)? 　　Existen algunos efluentes farmacéuticos que son difíciles de biodegradar. En estos casos, es bastante complicado lograr que el valor de COD en las aguas tratadas por métodos bioquímicos sea inferior al **estándar de emisión de nivel 1 (100 mg/L)**. Por lo tanto, es indispensable utilizar la tecnología de adsorción con carbón activo granular para garantizar que las aguas tratadas cumplan con los requisitos establecidos. Sin embargo, el método de tratamiento por adsorción con carbón activo en forma de partículas tiene una debilidad fatal: su costo de tratamiento es demasiado elevado. La razón principal de esto es que la capacidad de adsorción dinámica del carbón activo para eliminar el COD es de aproximadamente el 10% (en porcentaje en peso). Es decir, una tonelada de carbón activo solo puede absorber alrededor de 100 kilogramos de COD presente en las aguas residuales. Debido a la dificultad para regenerar el carbón activo en forma de gránulos y a los altos costos de su tratamiento, la aplicación de esta tecnología aún no es común en el país. ¿Entonces, sería posible desarrollar una nueva tecnología que permita aumentar significativamente la capacidad de adsorción dinámica del carbón activo, y así reducir de manera efectiva los costos de tratamiento de las aguas residuales? 　El proceso de tratamiento con carbón activado en polvo, desarrollado por primera vez por la compañía DuPont, es uno de los ejemplos representativos de esta nueva tecnología. El método del carbón activo, abreviado como “método PACT” o “método PACSBR”, es considerado en el extranjero como el proceso de tratamiento biológico de aguas residuales más prometedor. En el agua a tratar, se añade carbón activo en polvo, y este se mezcla con el lodo que contiene carbono dentro de la cámara de aireación. El lodo restante, que proviene del tanque de concentración de lodos, es enviado a un dispositivo para su deshidratación. Dentro de la cámara de aireación, el lodo activo se adhiere a la superficie del carbón activo en polvo. Gracias a la enorme superficie específica del carbón activo en polvo y a su gran capacidad de adsorción, aumenta la capacidad de adsorción del lodo activo. En particular, se incrementa significativamente la concentración de oxígeno disuelto y de los materiales a degradar en la interfaz entre el lodo activo y el carbón activo en polvo. Esto, a su vez, aumenta la tasa de degradación del COD. En general, en el sistema PACT, la capacidad de adsorción dinámica del carbón activo para eliminar el COD es de 100-350% (en porcentaje en peso). Es decir, un kilogramo de carbón activo en polvo puede absorber entre 1.0 y 3.5 kilogramos de COD. Además, el método PACT puede tratar sustancias contaminantes orgánicas tóxicas y dañinas que son difíciles de degradar por los organismos vivos. 　　Según nuestra experiencia en la puesta en marcha de plantas de tratamiento, es posible lograr excelentes resultados de tratamiento al añadir regularmente (cada 15-30 días) carbón activo en polvo en el tanque biológico aeróbico SBR, en cantidades determinadas. En realidad, el mecanismo de adsorción del carbón activo en polvo es el mismo que el del carbón activo en gránulos. Sin embargo, utilizar carbón activo en polvo en los tanques biológicos SBR tiene las siguientes ventajas: se reduce el costo de inversión ； 　　Operación flexible y sencilla ； 　　Alta tasa de utilización del carbón activo ； 　　Se puede evitar el problema de que el carbón activo en polvo forme biopelículas, lo cual provoca obstrucciones y afecta la velocidad de salida del agua. En el sistema de carbón activo en polvo y lodo activo, el lodo activo se adhiere a la superficie del carbón activo en polvo. Gracias a la gran superficie específica del carbón activo en polvo y a su fuerte capacidad de adsorción, la concentración de oxígeno disuelto y de los materiales a degradar en la interfaz entre el lodo activo y el carbón activo en polvo aumenta significativamente. Esto, a su vez, mejora la tasa de degradación del COD. En general, la eliminación del COD (dependiendo del tipo de aguas residuales) puede aumentar entre un 10 y un 40 % ； 　　Dado que las sustancias orgánicas tóxicas y dañinas presentes en las aguas residuales son adsorbidas por el carbón activo en polvo, la concentración de dichas sustancias se mantiene a un nivel bajo, lo que permite el funcionamiento adecuado del sistema de tratamiento biológico ； 　　Es muy efectivo para evitar que los niveles de nitrógeno amónico vuelvan a aumentar, garantizando así que los valores de nitrógeno amónico en el agua residual cumplan con los estándares establecidos. 　　Ya hemos utilizado el método PAC-SBR para tratar las aguas residuales generadas por la fábrica ***. Los resultados mostraron que este método ofrece un efecto de tratamiento bastante significativo; las aguas tratadas cumplen con los estándares de emisión de primer nivel. 　　En cuanto al sistema de tratamiento de aguas residuales de la empresa ***, si las aguas resultantes del proceso biológico en el tanque SBR no cumplen con los estándares de emisión, también podemos añadir una pequeña cantidad de carbón activo en polvo dentro del tanque SBR, a fin de mejorar la eficiencia del proceso biológico y asegurar que las aguas tratadas cumplan con los estándares establecidos.
24. ¿Cómo se puede estimar la cantidad de lodo residual que se genera? 　　Durante el metabolismo de los microorganismos, parte de la materia orgánica (BOD) es utilizada por ellos para sintetizar nuevo citoplasma, con el fin de reemplazar a los microorganismos que han muerto. Por lo tanto, la cantidad de lodo residual que se genera está relacionada con la cantidad de BOD que ha sido descompuesto; existe una relación entre ambos. 　　En el diseño de ingeniería, generalmente se tiene en cuenta que, por cada kilogramo de BOD5 procesado, se generan de 0,6 a 0,8 kilogramos de lodo residual (100%). Si se convierte esto a lodo seco con un contenido de agua del 80%, la cantidad resultante es de 3 a 4 kilogramos. 　　25. ¿Por qué se genera lodo residual? 　　Durante el proceso de tratamiento bioquímico, los microorganismos presentes en el lodo activo consumen continuamente las sustancias orgánicas presentes en las aguas residuales. De la materia orgánica que se consume, una parte es oxidada para proporcionar la energía necesaria para las actividades vitales de los microorganismos. Otra parte de esa materia orgánica es utilizada por los microorganismos para sintetizar nuevo citoplasma, lo que les permite reproducirse. Mientras los microorganismos realizan su metabolismo, algunos de ellos mueren, y así se genera lodo residual. 　　26. ¿Cuál es la proporción entre los diferentes elementos nutricionales que necesitan los microorganismos en las aguas residuales? 　Los microorganismos, al igual que los animales y las plantas, también necesitan nutrientes esenciales para poder crecer y reproducirse. Los nutrientes principales que necesitan los microorganismos son el carbono (C), el nitrógeno (N) y el fósforo (P). Existen ciertos requisitos en cuanto a la proporción de estos elementos nutritivos en las aguas residuales. En el caso de los procesos biológicos aeróbicos, la proporción típica es C:N = 100:5:1 (en términos de peso). 　　27. ¿Por qué es necesario reponer con frecuencia los nutrientes presentes en las aguas residuales durante los procesos bioquímicos? 　　El método para eliminar contaminantes mediante procesos bioquímicos consiste, principalmente, en utilizar el metabolismo de los microorganismos. Para que los procesos vitales de los microorganismos, como su síntesis celular, puedan llevarse a cabo, es necesario contar con una cantidad y variedad adecuadas de nutrientes (incluidos los oligoelementos). En el caso de las aguas residuales provenientes de la industria química, debido a la singularidad de los productos que se fabrican, la composición de estas aguas también es bastante simple; faltan los nutrientes necesarios para los microorganismos. Por ejemplo, en las aguas residuales de producción de la empresa *** solo hay carbono y nitrógeno, pero no fósforo. Estas aguas residuales no pueden satisfacer las necesidades del metabolismo microbiano; por lo tanto, es necesario añadir fósforo a dichas aguas para facilitar el proceso de metabolismo microbiano y promover la síntesis de las células microbianas. Es como cuando una persona come arroz y harina, pero también debe ingerir una cantidad suficiente de vitaminas. 　　28. ¿Quién proporciona el oxígeno que necesitan los microorganismos en los procesos bioquímicos? 　　El oxígeno necesario para los microorganismos en los procesos bioquímicos es suministrado principalmente por soplantes de tipo Roots. 　　29. ¿Qué factores influyen en el contenido de oxígeno disuelto en las aguas residuales? 　　La concentración de oxígeno disuelto en el agua puede expresarse mediante la ley de Henry. Cuando se alcanza el equilibrio de disolución, se tiene:
C = KH * P
Donde: C representa la solubilidad del oxígeno en el agua en estado de equilibrio de disolución ； 　　P es la presión parcial del oxígeno en la fase gaseosa ； 　　KH es el coeficiente de Henry, y está relacionado con la temperatura ； Se incrementan los esfuerzos de aireación para lograr un equilibrio en la disolución del oxígeno, mientras que el lodo activo también consume el oxígeno presente en el agua. Por lo tanto, la cantidad real de oxígeno disuelto en las aguas residuales está relacionada con factores como la temperatura del agua, la profundidad efectiva del agua (que afecta la presión), la cantidad de aireación, la concentración de lodos y la salinidad. 　　30. ¿Qué significa el oxígeno disuelto (OD)? El oxígeno disuelto (OD) representa la cantidad de oxígeno que está disuelto en el agua. La unidad de medida es mg/L. Los diferentes métodos de tratamiento bioquímico requieren niveles diferentes de oxígeno disuelto. En los procesos bioquímicos anaerobios, el nivel de oxígeno disuelto en el agua suele estar entre 0,2 y 2,0 mg/L. En cambio, en los procesos bioquímicos aeróbicos SBR, el nivel de oxígeno disuelto en el agua suele estar entre 2,0 y 8,0 mg/L. Por lo tanto, al operar la piscina aeróbica, la cantidad de aireación debe ser baja y el tiempo de aireación, corto ； Por su parte, durante el funcionamiento de la piscina aeróbica SBR, la cantidad y el tiempo de aireación son mucho mayores. En nuestro caso, se utiliza la oxidación por contacto, con un nivel de oxígeno disuelto controlado entre 2.0 y 4.0 mg/L. 　　31. ¿Índice de lodo sólido (SVI)? 　　El índice de lodo (SVI), cuyo nombre completo es índice de volumen del lodo, representa el número de mililitros que ocupa 1 gramo de lodo seco en estado húmedo. La fórmula para calcularlo es la siguiente: SVI = SV * 10 / MLSS. El SVI elimina la influencia de la concentración del lodo, permitiendo así una mejor evaluación de su capacidad de coagulación y sedimentación. En general, se considera que: cuando 60 < SVI < 100, el lodo tiene una buena capacidad de sedimentación; cuando 100 < SVI < 200, la capacidad de sedimentación es media; cuando 200 < SVI < 300, el lodo tiende a expandirse; y cuando SVI > 300, el lodo ya está expandido. 32. ¿Qué es el índice de sedimentación del lodo (SV)? 　　La relación de sedimentación de los lodos (SV) se refiere a la relación entre el volumen de los lodos sedimentados y el volumen del líquido mezclado, expresada en porcentaje. Esta relación se calcula después de que el líquido mezclado se deje reposar durante 30 minutos en un matraz de 100 mililitros. Por eso, a veces también se utiliza la abreviatura SV30 para indicar este valor. En general, el SV en los tanques bioquímicos se encuentra entre el 20 y el 40 %. La determinación del índice de sedimentación de los lodos es un proceso bastante sencillo. Se trata de uno de los indicadores importantes para evaluar la calidad de los lodos activos. Este índice se utiliza frecuentemente para controlar la cantidad de lodos residuales que se eliminan, así como para detectar a tiempo fenómenos anormales como la expansión excesiva de los lodos. Obviamente, el SV también está relacionado con la concentración de lodos. 　　33. ¿Qué se entiende por sólidos en suspensión volátiles de una mezcla (MLVSS)? 　　Los sólidos en suspensión volátiles en la mezcla (MLVSS) se refieren al peso de las sustancias volátiles presentes en el lodo seco por unidad de volumen de la mezcla en el tanque biológico. La unidad de medida es miligramos por litro. Dado que no incluye los materiales inorgánicos presentes en el lodo activo, este valor permite representar con mayor precisión la cantidad de microorganismos presentes en dicho lodo. 　　34. ¿Qué se entiende por sólidos en suspensión en la mezcla líquida (MLSS)? 　　Los sólidos en suspensión en la mezcla (MLSS), también conocidos como concentración de lodos, se refieren al peso del lodo seco presente por unidad de volumen de la mezcla en el tanque biológico. La unidad de medida es miligramos por litro, y sirve para indicar la concentración de lodos activos. Está compuesto por dos partes: sustancias orgánicas e inorgánicas. En general, es conveniente mantener el valor de MLSS en las tanques biológicos SBR entre 2000 y 4000 mg/L. 　　35. Al observar la biota bajo el microscopio, ¿qué tipo de microorganismos indican directamente que el tratamiento bioquímico ha sido eficaz? 　　La presencia de microorganismos microscópicos (como rotíferos y nematodos) indica que la comunidad microbiana está creciendo bien y que el ecosistema del lodo activo es bastante estable. En estas condiciones, el proceso de tratamiento bioquímico es óptimo. Es como en los ríos donde se pueden pescar peces grandes con frecuencia; en esos casos, los peces y camarones pequeños también crecen bien. 　36. ¿Cómo se puede evaluar el lodo activo en los métodos de lodo activo y en el método de membrana biológica? 　La determinación y evaluación del crecimiento del lodo activo en el método de lodo activo y en el método de membrana biológica son diferentes. 　　En el método de membranas biológicas, la evaluación del crecimiento del lodo activo se realiza principalmente mediante la observación directa de la comunidad microbiana bajo microscopio. 　　En el método de lodo activo, además de la observación directa de la comunidad microbiana bajo el microscopio, para evaluar el crecimiento del lodo activo se utilizan también indicadores como los sólidos en suspensión en la mezcla (MLSS), los sólidos volátiles en suspensión en la mezcla (MLVSS), el índice de sedimentación del lodo (SV) y el índice de sedimentabilidad del lodo (SVI). 　　37. ¿Qué se entiende por lodo activo? Desde el punto de vista microbiano, el lodo presente en las tanques bioquímicos es un grupo biológico compuesto por diversos microorganismos con actividad biológica. Si se observan las partículas de lodo bajo el microscopio, se pueden ver diversos microorganismos en su interior: bacterias, mohos, protozoos y metazoos (como rotíferos, larvas de insectos y gusanos, etc.). Estos forman una cadena alimentaria; las bacterias y los mohos son capaces de descomponer compuestos orgánicos complejos para obtener la energía necesaria para sus actividades y para construirse a sí mismos. Los protozoos se alimentan de bacterias y hongos; a su vez, son consumidos por los metazoos. Los metazoos también pueden vivir directamente a base de bacterias. Estos gránulos de lodo, repletos de microorganismos y capaces de descomponer los materiales orgánicos, se denominan lodo activo. 　　Además de estar compuesto por microorganismos, el lodo activo también contiene algunas sustancias inorgánicas y materia orgánica que se ha adsorbido en él y que ya no puede ser biodegradada (es decir, residuos del metabolismo de los microorganismos). El contenido de agua en el lodo activo suele estar entre el 98 y el 99 %. 　　El lodo activo, al igual que las flores de alumbre, posee una gran superficie superficial; por lo tanto, tiene una gran capacidad de adsorción y de oxidar y descomponer los compuestos orgánicos. 　　38. ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre el método de membranas biológicas y el método de lodo activo? 　　El método de membranas biológicas y el método de lodo activo son formas diferentes de reactores para el tratamiento bioquímico. La principal diferencia, desde el punto de vista visual, es que en el primer caso los microorganismos no necesitan un soporte en forma de material relleno; el lodo biológico permanece en estado suspendido. En cambio, en el segundo caso los microorganismos están fijados al material relleno. Sin embargo, su mecanismo para tratar las aguas residuales y purificar su calidad es el mismo. Además, los lodos biológicos de ambos son lodos activos aeróbicos, y la composición de dichos lodos también presenta cierta similitud. Además, los microorganismos utilizados en el método de membranas biológicas, al estar fijados en los rellenos, pueden formar ecosistemas bastante estables. La energía que necesitan para sobrevivir y la energía que consumen no es tan grande como la de los microorganismos del método de lodos activos. Por lo tanto, se genera menos lodo residual en el método de membranas biológicas en comparación con el método de lodos activos. El tanque de oxidación por contacto de Shanghai Xinyi Bailuda Pharmaceutical Co., Ltd. utiliza el método de membrana biológica, mientras que el tanque bioquímico SBR emplea el método de lodo activo. 　　39. ¿Cuáles son las aplicaciones del tratamiento biológico en la ingeniería de tratamiento de aguas residuales? 　　Existen dos categorías principales de tecnologías de tratamiento biológico que se utilizan con mayor frecuencia y eficacia en los procesos de tratamiento de aguas residuales: una se denomina método de lodo activo, y la otra, método de membrana biológica. 　　El método de lodo activo es una forma de tratamiento aeróbico de aguas residuales que se basa en las reacciones metabólicas de comunidades biológicas en estado suspendido. Durante su proceso de crecimiento y reproducción, los microorganismos pueden formar coloides con una gran superficie superficial. Estos coloides son capaces de aglutinar y absorber grandes cantidades de contaminantes en forma de partículas coloidales o disueltos presentes en las aguas residuales. Luego, estos contaminantes son absorbidos por las células. Con la participación del oxígeno, estos contaminantes se oxidan completamente, liberando energía, CO2 y H2O. La concentración de lodo en el método de lodo activo suele ser de 4 g/L. 　　En el método de membranas biológicas, los microorganismos se adhieren a la superficie del material de relleno, formando una membrana biológica conectada por sustancias gelatinosas. Las membranas biológicas suelen tener una estructura en forma de esponja, con numerosas microporos y una gran superficie de contacto. Esto les confiere una gran capacidad de adsorción, lo que facilita que los microorganismos puedan descomponer y utilizar esos compuestos orgánicos que han sido adsorbidos. Durante el proceso de tratamiento, el flujo del agua y la agitación del aire hacen que la superficie de la biopelícula esté en constante contacto con el agua. Los contaminantes orgánicos presentes en las aguas residuales, así como el oxígeno disuelto, son absorbidos por la biopelícula. Los microorganismos que se encuentran en la biopelícula descomponen continuamente estas sustancias orgánicas. Al mismo tiempo que se oxida y descompone la materia orgánica, la propia biopelícula también está en constante metabolismo. La biopelícula envejecida se desprende y es llevada fuera de las instalaciones de tratamiento junto con el agua residual; allí, se separa del agua en los tanques de sedimentación. La concentración de lodos en el método de biomembranas suele estar entre 6 y 8 g/L. 　　Para aumentar la concentración de lodos y, por lo tanto, mejorar la eficiencia del tratamiento, se puede combinar el método de lodos activos con el método de membranas biológicas. Es decir, se añaden materiales de relleno al tanque de lodos activos. Este tipo de reactor biológico, que contiene tanto microorganismos adheridos a las membranas como microorganismos en estado suspendido, se denomina reactor biológico compuesto. Este tipo de reactor permite alcanzar una alta concentración de lodos, generalmente alrededor de 14 g/L. 　　40. ¿Qué se entiende por tratamiento biológico aeróbico? ¿Qué es el tratamiento biológico aerobio-facultativo? ¿Cuál es la diferencia entre los dos? 　　El tratamiento biológico se puede dividir en dos categorías principales, según las diferentes necesidades de los microorganismos en cuanto al ambiente de oxígeno: el tratamiento biológico aeróbico y el tratamiento biológico anaeróbico. El tratamiento biológico anaeróbico, a su vez, se puede dividir en tratamiento biológico afín a la respiración aeróbica y tratamiento biológico anaeróbico puro. En el proceso de tratamiento biológico aeróbico, los microorganismos aeróbicos deben crecer y reproducirse en presencia de grandes cantidades de oxígeno, a la vez que reducen la cantidad de materia orgánica presente en las aguas residuales ； En el proceso de tratamiento biológico anaerobio-facultativo, los microorganismos anaerobio-facultativos solo necesitan una pequeña cantidad de oxígeno para crecer y reproducirse, así como para descomponer las sustancias orgánicas presentes en las aguas residuales. Si hay demasiado oxígeno en el agua, estos microorganismos no pueden crecer adecuadamente, lo que a su vez afecta su eficiencia en la descomposición de las sustancias orgánicas. 　　Los microorganismos anaerobiofílicos pueden adaptarse a aguas residuales con altas concentraciones de COD; la concentración de COD en las aguas de entrada puede llegar a superar los 2000 mg/L. La tasa de eliminación del COD suele estar entre el 50% y el 80% ； Por su parte, los microorganismos aeróbicos solo pueden adaptarse a aguas residuales con una concentración de COD baja. La concentración de COD en las aguas de entrada suele mantenerse por debajo de 1000-1500 mg/L. La tasa de eliminación del COD es generalmente del 50-80%. Tanto el tratamiento biológico anaeróbico como el aeróbico no duran mucho tiempo; normalmente, entre 12 y 24 horas. Se aprovechan las diferencias y similitudes entre el tratamiento biológico anaeróbico y el aeróbico. Se combina, entonces, el tratamiento biológico anaeróbico con el aeróbico: primero, las aguas residuales con un alto contenido de COD son sometidas a tratamiento biológico anaeróbico; posteriormente, el agua resultante de este proceso se utiliza como insumo para el tanque de tratamiento aeróbico. Este enfoque permite reducir el volumen de los tanques de tratamiento biológico, lo que a su vez permite ahorrar en inversiones ambientales y en los costos operativos diarios. 　　Los principios y funciones del tratamiento biológico anaeróbico son los mismos que los del tratamiento biológico facultativamente anaeróbico. La diferencia entre el tratamiento biológico anaeróbico y el tratamiento biológico facultativamente aeróbico es que, en el caso del tratamiento anaeróbico, los microorganismos no necesitan oxígeno para reproducirse y descomponer las sustancias orgánicas. Además, estos microorganismos pueden adaptarse a aguas residuales con concentraciones más altas de COD (4000-10000 mg/L). La desventaja del tratamiento biológico anaeróbico es que el tiempo de tratamiento es muy largo; generalmente, las aguas residuales deben permanecer en los tanques de tratamiento anaeróbico durante más de 40 horas. 　　41. ¿Por qué las aguas residuales con altas concentraciones de sales tienen un impacto tan grande en los microorganismos? 　　Primero, describamos un experimento de ósmosis: se utiliza una membrana semipermeable para separar dos soluciones salinas de diferentes concentraciones. Las moléculas de agua de la solución con menor concentración de sal pasan a través de la membrana semipermeable hacia la solución con mayor concentración de sal. Por su parte, las moléculas de agua de la solución con mayor concentración de sal también pasan a través de la membrana hacia la solución con menor concentración de sal, pero en menor cantidad. Por lo tanto, el nivel del líquido en el lado donde está la solución con mayor concentración de sal aumenta. Cuando la diferencia de nivel entre los dos lados genera una presión suficiente para detener el flujo de agua, la ósmosis cesa. La presión que se genera debido a esta diferencia de nivel es lo que se denomina presión osmótica. En general, cuanto mayor es la concentración de sal, mayor es la presión osmótica. 　　La situación de los microorganismos en soluciones salinas es similar a los experimentos de presión osmótica. La unidad estructural de los microorganismos es la célula. La pared celular funciona como una membrana semipermeable. Cuando la concentración de iones de cloro es menor o igual a 2000 mg/L, la pared celular puede soportar una presión osmótica de 0,5-1,0 atmósferas. Incluso teniendo en cuenta que tanto la pared celular como la membrana citoplásmica tienen cierta resistencia y elasticidad, la presión osmótica que puede soportar la pared celular no supera los 5-6 atmósferas. Pero cuando la concentración de iones cloruro en la solución acuosa supera los 5000 mg/L, la presión osmótica aumenta hasta aproximadamente 10-30 atmósferas. Bajo una presión osmótica tan alta, las moléculas de agua presentes dentro de las células microbianas se filtran en gran cantidad hacia la solución externa, lo que provoca que la célula pierda agua y sufra una separación entre la pared celular y su contenido. En casos graves, esto puede llevar a la muerte del microorganismo. En la vida cotidiana, las personas utilizan sal común (cloruro de sodio) para marinar verduras y pescado, con el fin de esterilizarlos y conservarlos, aplicando así este mismo principio. Los datos obtenidos a partir de experiencias en ingeniería indican que, cuando la concentración de iones de cloro en las aguas residuales supera los 2000 mg/L, la actividad microbiana se ve inhibida, y la tasa de eliminación del COD disminuye significativamente ； Cuando la concentración de iones de cloro en las aguas residuales supera los 8600 mg/L, se produce una expansión del volumen del lodo, aparecen grandes cantidades de espuma en la superficie del agua y los microorganismos mueren uno tras otro. 　　Sin embargo, tras una larga periodode de domesticación, los microorganismos logran adaptarse gradualmente para crecer y reproducirse en aguas con altas concentraciones de sal. Ya se han domesticado microorganismos capaces de adaptarse a concentraciones de iones de cloro o sulfato superiores a 10000 mg/L. Sin embargo, el principio de la osmosis nos indica que los microorganismos que se han adaptado a crecer y reproducirse en aguas con altas concentraciones de sal tienen una concentración elevada de sales en su líquido celular. Cuando la concentración de sales en las aguas residuales es baja o muy baja, las moléculas de agua de dichas aguas penetran en las células microbianas en grandes cantidades, lo que provoca que las células se inflen y, en casos graves, se rompan y mueran. Por lo tanto, los microorganismos que han sido domesticados a lo largo del tiempo y pueden adaptarse gradualmente para crecer y reproducirse en aguas con altas concentraciones de sal, requieren que la concentración de sal en las aguas de entrada se mantenga siempre en un nivel bastante alto. No se puede permitir que esta concentración varíe mucho, de lo contrario, muchos microorganismos morirán. 　　42. ¿Qué es el oxígeno disuelto? ¿Cuál es la relación entre el oxígeno disuelto y los microorganismos? 　　El oxígeno disuelto en las aguas se denomina oxígeno disuelto. Los organismos acuáticos y los microorganismos aeróbicos dependen del oxígeno disuelto para poder sobrevivir. Los diferentes microorganismos tienen requisitos diferentes en cuanto al oxígeno disuelto. Los microorganismos aeróbicos necesitan un suministro adecuado de oxígeno disuelto. En general, es conveniente que el nivel de oxígeno disuelto se mantenga en 3 mg/L; no debe ser inferior a 2 mg/L ； Los microorganismos aerobiofílicos requieren que el nivel de oxígeno disuelto esté entre 0,2 y 2,0 mg/L ； Por su parte, los microorganismos anaerobios requieren que el nivel de oxígeno disuelto sea inferior a 0,2 mg/L. 　　43. ¿Cuál debería ser el rango de pH óptimo para los microorganismos? 　　Las actividades vitales de los microorganismos, su metabolismo y el valor del pH están estrechamente relacionados entre sí. La mayoría de los microorganismos pueden adaptarse a un rango de pH de 4,5 a 9, mientras que el rango de pH óptimo es de 6,5 a 7,5. Cuando el pH es inferior a 6.5, los hongos comienzan a competir con las bacterias. Cuando el pH llega a 4.5, los hongos adquieren una ventaja abrumadora dentro del tanque bioquímico. Como resultado, esto afecta negativamente la capacidad de sedimentación del lodo ； Cuando el pH supera los 9, la velocidad de metabolismo de los microorganismos se ve afectada. 　　Los diferentes microorganismos tienen requisitos distintos en cuanto al rango de pH al que pueden adaptarse. En el tratamiento biológico aeróbico, el pH puede variar entre 6.5 y 8.5 ； En el tratamiento biológico anaeróbico, los microorganismos tienen requisitos bastante estrictos en cuanto al pH; este debe estar entre 6.7 y 7.4. 　　44. ¿En qué rango de temperaturas es óptimo para que los microorganismos crezcan y se reproduzcan? 　　En el tratamiento biológico de aguas residuales, el rango de temperatura óptimo para los microorganismos es generalmente de 16 a 30 °C; la temperatura máxima aceptable es de 37 a 43 °C. Cuando la temperatura es inferior a 10 °C, los microorganismos dejan de crecer. 　　Dentro del rango de temperaturas adecuado, por cada aumento de 10 °C en la temperatura, la tasa metabólica de los microorganismos aumenta en consecuencia, y la tasa de eliminación del COD también aumenta en aproximadamente un 10 % ； Por el contrario, por cada 10°C que disminuye la temperatura, la tasa de eliminación del COD disminuye en un 10%. Por lo tanto, en invierno, la tasa de eliminación biológica del COD es significativamente más baja que en las demás estaciones del año. 　　45. ¿Con qué factores están relacionados los microorganismos? 　　Además de los nutrientes, los microorganismos necesitan también factores ambientales adecuados, como la temperatura, el valor de pH, el oxígeno disuelto y la presión osmótica, para poder sobrevivir. Si las condiciones ambientales no son normales, afectan las actividades vitales de los microorganismos, e incluso pueden causar mutaciones o su muerte. 　　46. ¿De qué manera los microorganismos descomponen y eliminan los contaminantes orgánicos presentes en las aguas residuales? 　　Dado que en las aguas residuales existen carbohidratos, grasas, proteínas y otros compuestos orgánicos, estos compuestos inanimados sirven como alimento para los microorganismos. Una parte de ellos se degrada y se sintetiza en sustancias celulares (productos del metabolismo anabólico), mientras que otra parte se degrada y se oxida, convirtiéndose en agua, dióxido de carbono, etc. (productos del metabolismo catabólico). En este proceso, los contaminantes orgánicos presentes en las aguas residuales son degradados y eliminados por los microorganismos. 　　47. ¿Qué se entiende por tratamiento biológico de aguas residuales? 　　El tratamiento bioquímico de las aguas residuales es uno de los procesos más importantes en los sistemas de tratamiento de aguas residuales; se le conoce también como tratamiento biológico. El tratamiento bioquímico consiste en utilizar los procesos vitales de los microorganismos para eliminar de forma eficaz las sustancias orgánicas solubles y algunas de las sustancias orgánicas insolubles presentes en las aguas residuales, logrando así la purificación del agua. De hecho, no nos resulta algo desconocido el tratamiento bioquímico. En los cuerpos de agua naturales existe una cadena alimentaria: los peces grandes se comen a los peces pequeños, estos a los camarones, los camarones a los insectos pequeños, y estos a los microorganismos. Los microorganismos, a su vez, se alimentan de las aguas residuales. Sin esta cadena alimentaria, la naturaleza quedaría en desorden. En los ríos naturales, existen grandes cantidades de microorganismos que se alimentan de materia orgánica. Estos microorganismos, día y noche, oxidan o reducen las sustancias orgánicas que la gente vierte en los ríos, como aguas residuales industriales, pesticidas, fertilizantes y excrementos, convirtiéndolas finalmente en sustancias inorgánicas. Sin la presencia de estos microorganismos, los ríos a nuestro alrededor se convertirían en ríos malolientes en cuestión de meses, o incluso uno o dos años. Pero como los microorganismos son muy pequeños y están dispersos, el ojo humano no puede verlos. Por su parte, el proceso de tratamiento biológico de las aguas residuales consiste en intensificar este proceso en condiciones artificiales. Las personas concentran un número incalculable de microorganismos en un mismo recipiente, creando así un entorno muy adecuado para su reproducción y crecimiento (como la temperatura, el valor de pH, el oxígeno, los nutrientes como nitrógeno y fósforo, etc.). De esta manera, los microorganismos se multiplican en gran cantidad, lo que permite aumentar la velocidad y eficiencia con la que descomponen los materiales orgánicos. Luego, se bombea agua residual al estanque, de modo que las sustancias orgánicas presentes en ella sean oxidadas y degradadas durante las actividades vitales de los microorganismos, lo que permite purificar y tratar el agua residual. En comparación con otros métodos de tratamiento, el método bioquímico se caracteriza por un bajo consumo energético, la ausencia de necesidad de aditivos químicos, un buen rendimiento en el tratamiento y costos reducidos. 　　48. ¿Cómo se puede estimar la cantidad de lodos químicos que se generan? 　　El lodo que se genera a través de reacciones químicas (como la neutralización) y tratamientos físico-químicos (como la coagulación con aditivos) se denomina habitualmente lodo químico. El lodo que se forma tras el tratamiento de neutralización y coagulación del agua con hierro y carbono está compuesto principalmente por hidróxido de hierro(II) y sulfato de calcio. La cantidad de lodo que se genera puede calcularse a partir de la cantidad de ácido sulfúrico y cal en polvo que se añaden. En la ingeniería también se puede utilizar la experiencia para hacer estimaciones. En general, si el pH del agua que contiene hierro y carbono es de alrededor de 2, entonces la cantidad de lodo químico que se genera por cada tonelada de aguas residuales, después del proceso de neutralización y coagulación (con un contenido de humedad del 80%), es de aproximadamente 50 kilogramos. 　　49. ¿Por qué es necesario utilizar cal en polvo para neutralizar el agua resultante de la reacción entre hierro y carbón? 　　Después de que las aguas residuales, cuyo pH se ha ajustado a 2 con ácido sulfúrico, pasan por un tratamiento con hierro y carbón, el ácido sulfúrico se convierte en sulfato de hierro. El pH de las aguas residuales aumenta de 2 a 5-6. Entonces, ¿por qué es necesario neutralizar las aguas resultantes del tratamiento con hierro y carbón utilizando cal? ¿O quizás, al realizar el tratamiento de neutralización, se podría usar menos cal en polvo? 　　El agua resultante del proceso de tratamiento con hierro y carbón contiene grandes cantidades de sulfato de hierro(II). Si no se elimina, esto afectará el crecimiento y reproducción de los microorganismos en las piscinas biológicas posteriores. Por lo tanto, es necesario utilizar cal para elevar el valor de pH de las aguas residuales, de 5-6 a más de 9. De esta manera, el sulfato de hierro(II) soluble se convierte en óxido de hierro(II) e hidróxido de calcio, que son sustancias insolubles. Luego, mediante el método de coagulación y sedimentación, estas sustancias se precipitan, asegurando así que las aguas residuales que llegan a las piscinas biológicas no contengan sulfato de hierro(II). 　　¿Se puede usar menos cal en el proceso de neutralización? Podemos realizar un experimento de comparación en el laboratorio. Se toma la misma cantidad de agua con hierro y carbono (con un pH de alrededor de 2) y agua resultante del proceso con hierro y carbono (con un pH de 5-6). Estas muestras se colocan en dos vasos de precipitados, respectivamente. Luego, se añade cal en cantidades medidas para neutralizar y coagular las sustancias presentes en cada muestra. Cuando el pH del agua residual en ambos vasos llega a 9, podemos observar que la cantidad de cal añadida en ambos casos es la misma. Esto se debe a que el hierro no es un agente neutralizante. El sulfato de hierro, que se forma a partir del ácido sulfúrico, sigue siendo una sustancia ácida. Durante el proceso de neutralización, el sulfato de hierro se convierte en óxido de hierro hidróxido y calcio sulfato; por lo tanto, la cal es un elemento indispensable en este proceso. Por lo tanto, al tratar las aguas resultantes de la utilización de hierro y carbón, es indispensable añadir cal en polvo. 　　50. ¿Qué se entiende por adsorción? 　Se utiliza a los sólidos porosos (como el carbón activo) o a las sustancias en forma de flocos (como el poliferrito) para que adsorban las sustancias tóxicas y dañinas presentes en las aguas residuales en la superficie o en los poros de esos sólidos o flocos. De esta manera, se logra purificar el agua. Este método de tratamiento se denomina tratamiento por adsorción. Los objetos que pueden ser adsorbidos pueden ser sustancias sólidas insolubles, o bien sustancias solubles. El tratamiento por adsorción es eficiente y permite obtener agua de calidad, por lo que se utiliza con frecuencia para el tratamiento avanzado de aguas residuales. También se puede introducir un proceso de adsorción en la unidad de tratamiento bioquímico, con el fin de mejorar su eficiencia (el método PACT es uno de ellos). 　　51. ¿Qué se entiende por coagulación? 　　El proceso en el que se combinan la coagulación y la flocculación se denomina proceso de coagulación-flocculación. La coagulación se utiliza con frecuencia en experimentos o en aplicaciones ingenieriles. Por ejemplo, primero se añaden sustancias como sulfato de hierro al agua, con el fin de eliminar la repulsión electrostática entre las partículas coloidales. Luego se añade poliacrilonamida (PAM), lo que hace que las partículas crezcan gradualmente y formen grumos visibles a simple vista. Finalmente, estos grumos se depositan en el fondo. 　　52. ¿Por qué es necesario utilizar poliferroso para la coagulación y adsorción como paso previo en el tratamiento de las aguas residuales? 　　El poliferrito, que se forma durante el proceso de coagulación, genera floculos de óxido de hierro-hidróxido que tienen una excelente capacidad para adsorber las sustancias orgánicas presentes en las aguas residuales. Los datos experimentales demuestran que, tras la adsorción de las aguas residuales con poliferrito, es posible eliminar entre el 10% y el 20% del COD presente en ellas. Esto permite **reducir significativamente la carga de trabajo en las plantas de tratamiento biológico, lo cual facilita el cumplimiento de los estándares de calidad en la eliminación de las aguas residuales**. Además, el tratamiento previo por coagulación con poliferrito permite eliminar las sustancias en pequeñas cantidades que son tóxicas e inhibidoras para los microorganismos presentes en las aguas residuales, lo que garantiza que los microorganismos en las piscinas biológicas puedan funcionar adecuadamente. Entre los numerosos agentes coagulantes, el poliferro es relativamente económico (25-300 yuanes por tonelada); por lo tanto, su costo de tratamiento es bajo, lo que lo hace adecuado para el pretratamiento de aguas residuales industriales. 　　El poliferro es una sustancia ácida y muy corrosiva; por lo tanto, los equipos utilizados para su manejo deben estar protegidos contra la corrosión. 　　53. ¿Qué se entiende por flocculación? 　　La coagulación consiste en añadir a las aguas residuales agentes coagulantes de alto peso molecular. Una vez que estos agentes se disuelven, se forman polímeros de alto peso molecular. La estructura de este polímero es lineal: en un extremo de la cadena hay una partícula diminuta, y en el otro extremo hay otra partícula diminuta. Estas dos partículas, que se encuentran a cierta distancia una de la otra, actúan como un puente que une las partículas, lo que permite que estas crezcan gradualmente hasta formar granos más grandes (conocidos popularmente como “flor de alumbre”), acelerando así la sedimentación de las partículas. Los coagulantes más utilizados son la poliacrilonamida (PAM), el poliferroso (PE), entre otros. 　54. ¿Qué se entiende por cohesión? 　　Al añadir a las aguas residuales agentes coagulantes con iones positivos, una gran cantidad de estos iones se encuentra entre las partículas coloidales, lo que permite eliminar la repulsión electrostática entre ellas. De este modo, las partículas se unen entre sí. Este proceso de unión de las partículas coloidales mediante la adición de electrolitos con iones positivos se denomina coagulación. Los coagulantes más comúnmente utilizados son el aluminio sulfato, el hierro sulfato, el alumbre y el cloruro de hierro. 　　55. ¿Cómo hacer que las partículas coloidales se precipiten? Para que las partículas coloidales se precipiten, es necesario hacer que estas entren en contacto entre sí, de modo que formen partículas más grandes. En otras palabras, deben aglomerarse para que su densidad sea mayor que 1 y así puedan precipitarse. 　　Existen muchos métodos que se pueden utilizar; las técnicas más comunes en la ingeniería son: el método de coagulación, el método de floculación y el método de coagulación-floculación. 　　56. ¿Por qué las partículas coloidales presentes en las aguas residuales no se depositan fácilmente de forma natural? Muchos de los contaminantes presentes en las aguas residuales, cuya densidad es mayor que 1, así como las partículas grandes y aquellos sólidos que sí se depositan fácilmente, pueden eliminarse mediante métodos como la sedimentación natural o la centrifugación. 　　Pero las partículas en suspensión cuya densidad es menor que 1, que son muy pequeñas e incluso invisibles a simple vista, tienen dificultades para sedimentarse de forma natural. Por ejemplo, las partículas coloidales tienen un tamaño de 10-4 a 10-6 mm; son muy estables en el agua, y su velocidad de sedimentación es extremadamente lenta. Se necesitan 200 años para que estas partículas se sedimenten una distancia de 1 metro. Existen dos razones por las cuales la sedimentación es lenta: (1) En general, las partículas coloidales tienen carga negativa. Debido a la repulsión entre partículas con carga similar, esto impide que estas se contacten entre sí y se unan, por lo que permanecen suspendidas en el agua. (2) La superficie de las partículas coloidales está también rodeada por una capa de moléculas. Esta capa hidratante impide y separa el contacto entre las partículas coloidales, impidiendo que estas se unan entre sí y permanezcan suspendidas en el agua.