Textos traducidos

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Se diseñó y estudió experimentalmente un proceso integrado de reducción de sulfato, desnitrificación autotrófica y nitrificación (SANI) (Lau et al., 2006; Tsang et al., 2009; Wang et al., 2009). Este novedoso proceso aprovecha las aguas residuales salinas ricas en sulfato para eliminar la materia orgánica de las bacterias reductoras de sulfato (SRB) y para realizar la desnitrificación autótrofa utilizando el sulfuro disuelto generado por la reducción de sulfato. Como resultado, este proceso integrado de reducción de sulfato, desnitrificación autotrófica y nitrificación conduce a una eliminación biológica de nitrógeno de bajo consumo de energía, debido a su extracción de lodo cero y la pequeña demanda de oxígeno para la eliminación de la demanda química de oxígeno (DQO). Nuestro sistema SANI a escala de laboratorio que se operó durante 500 días ha confirmado que este proceso puede lograr una alta COD y eliminación de nitratos (95% DQO y 99% nitrato), sin la necesidad de retirar lodo durante un período de operación suficientemente largo con solución salina sintética aguas residuales cuando las condiciones de operación, como el tiempo de retención hidráulica (TRH) y la relación de flujo de recirculación, se controlan de manera apropiada.

Este nuevo proceso es un beneficio para Hong Kong debido a que el inodoro de agua de mar, del cual el agua residual contiene 3000–6000 mg / L de cloruro, se utiliza para ahorrar agua fresca. Al utilizar este proceso, el volumen de lodo de aguas residuales generado a partir del tratamiento secundario existente de aguas negras salinas puede reducirse en más de la mitad si la sedimentación primaria se puede reemplazar por un lecho de lodos de flujo ascendente anaeróbico (UASB) para la hidrólisis de partículas DQO y sulfato reducción. Esto es posible porque el TRH del proceso SANI es inferior a 10 h, que es mucho más corto que el de las obras de tratamiento de aguas residuales secundarias existentes en Hong Kong (16-18 h). Además, Hong Kong actualmente trata una gran parte de sus aguas residuales salinas utilizando un tratamiento primario mejorado químicamente (CEPT, por sus siglas en inglés), que debe convertirse en un tratamiento biológico en un futuro próximo. Debido a la eliminación de aproximadamente 60% de DQO por parte de la CEPT, la fuente de carbono para la desnitrificación se vuelve insuficiente, por lo que se requieren fuentes externas de carbono, lo que es costoso.

Si se utiliza este nuevo proceso, la DQO residual (alrededor de 160 mg / L) es adecuada para producir 60 mg S / L de sulfuro (que consume 60 / 0.67 ¼ 90 mg / L DQO) para desnitrificar el efluente de CEPT de forma autótrofa sin fuentes externas de carbono, por lo tanto reduciendo significativamente el costo del tratamiento además del beneficio de la reducción de lodos.

China planea usar agua de mar para reducir la demanda de agua dulce en sus ciudades costeras. La demanda del suministro de agua de mar en China alcanzará los 50.000 millones de metros cúbicos por año para 2020. El proceso SANI podría proporcionar una solución ideal para resolver el problema de los lodos en el tratamiento de aguas residuales salinas en muchas ciudades costeras densamente pobladas de China en el futuro. Teniendo en cuenta el hecho de que casi el 100% del sulfato que se origina en el agua de mar es reciclable por este proceso, el sulfato puede considerarse un portador de electrones para reducir al mínimo los lodos en diversos sistemas de tratamiento biológico cuando se puede proporcionar una fuente inicial de sulfato al proceso a bajo costo. En este sentido, prevemos muchas aplicaciones atractivas de nuestro proceso SANI para ayudar a reducir el consumo de energía en el tratamiento de aguas residuales más allá de Hong Kong y China continental. Por lo tanto, estamos motivados a modelar el proceso SANI para mejorar el diseño y la optimización del proceso. Debido a su complicada naturaleza. del proceso SANI que involucra a tres poblaciones microbianas principales y la competencia entre SRB y bacterias productoras de metano ( MBR) bajo condiciones hidráulicas variables en los reactores individuales en el proceso, buscamos desarrollar un modelo de estado estable basado en la estequiometria del proceso y los balances de masa para evaluar el desempeño del proceso en diversas condiciones operacionales, así como para comprender las razones exactas de la baja Producción de lodos en el proceso. Este documento describe el desarrollo del modelo, determina los parámetros, verifica el modelo y hace predicciones para el proceso SANI.

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Se desarrolló un modelo de estado estable para evaluar el proceso SANI basado en el ciclo del azufre. El modelo comprende: 1) un modelo de cinética de hidrólisis anaeróbica basada en DQO para determinar la eliminación de DQO y sulfato biodegradables en diferentes tiempos de retención hidráulica (TRH) y tiempo de retención de lodo (TRS), 2) un elemento (C, H, O, N) , P, S), DQO y carga estequiometria equilibrada de la masa de carga para la predicción de las concentraciones de alcalinidad (alcalinidad H2CO3 + alcalinidad H 2S), DQO, sulfato, sulfuro, nitrato y solución salina de amoníaco en la reducción anaeróbica de sulfato, desnitrificación autotrófica anóxica y autótrofa aeróbica nitrificación, y 3) un ácido débil mixto de carbono inorgánico (HCO3) y sulfuro (H2S / HS)

Pieza de química básica para la predicción del pH. A través de la caracterización de la materia orgánica de aguas residuales y la determinación de la tasa cinética de hidrólisis anaeróbica y otros parámetros relevantes, el modelo de estado estacionario se calibró a una planta piloto para el proceso SANI. Las predicciones del modelo coincidieron con los datos experimentales del ensayo a escala piloto, lo que demuestra que el modelo desarrollado a partir de este estudio puede explicar las causas y las condiciones de los diferentes bioprocesos y la producción mínima de lodos en el proceso SANI.

Como un recurso de agua natural alternativo, el lavado de inodoros con agua de mar se ha practicado en Hong Kong desde la década de 1950 (WSD, 2010). El lavado del inodoro de agua de mar genera aguas residuales salinas que poseen una proporción típica de DQO a azufre sulfatado a 2,4 mg DQO / mg S. Nos permite desarrollar un proceso novedoso de reducción de sulfato, desnitrificación autotrófica y nitrificación integrada (SANI) (Lau et al., 2006; Lu et al., 2009; Tsang et al., 2009; Wang et al., 2009). Este proceso innovador elimina la materia orgánica por las bacterias reductoras de sulfato (SRB) en condiciones anaeróbicas y el nitrato por denitrificadores autótrofos en condiciones anóxicas utilizando el sulfuro completamente disuelto de la reducción biológica de sulfato (BSR). Nuestro estudio a escala de laboratorio de 500 días (Tsang et al., 2009; Wang et al., 2009) no ha demostrado emisión de H2S y CH4, así como poca producción de exceso de lodo. Tras el exitoso estudio de laboratorio, se desarrolló un modelo de estado estable para el sistema a escala de laboratorio SANI que comprende una parte estequiometria para cada reducción de sulfato en el reactor anaeróbico, desnitrificación autótrofa en el bioreactor anóxico y nitrificación en el bioreactor aeróbico (Lu et al. 2009). Recientemente, hemos realizado un ensayo a escala piloto de este nuevo proceso para el tratamiento de 10 m3 / d de aguas residuales salinas en la estación de bombeo de aguas residuales de Tung Chung en Hong Kong, cerca del Aeropuerto Internacional de Hong Kong (Fig. 1). Lu et al. Dan algunos aspectos de la evaluación experimental de este ensayo piloto. (2011). Este documento evalúa el ensayo a escala piloto del proceso SANI mediante (1) la aplicación del modelo de estado estacionario de Poinapen y Ekama (2010a) para la reducción biológica de sulfato (BSR) con lodos de aguas residuales primarias en un lecho de lodos anaeróbicos de flujo ascendente (UASB) reactor a BSR con el flujo completo de aguas residuales sin tratar también en el reactor de lecho de fangos de reducción de sulfato (SRUSB) y (2) la medición de la desnitrificación volumétrica y específica de superficie y las tasas de nitrificación en los reactores de biopelículas aeróxicas y anóxicas (BAR1 y BAR2). Los modelos calibrados se pueden usar para optimizar el diseño del reactor del proceso y la operación de un proceso SANI a gran escala para Hong Kong, que ha sido programado por el Departamento de Servicios de Drenaje del Gobierno de la RAE de Hong Kong (Fig. 2). Esto será presentado en un proyecto futuro.

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