¿Qué instrumentos hay en el laboratorio de la planta de tratamiento de aguas residuales? ¿Cuál es el proceso específico?
El proceso de tratamiento de aguas residuales generalmente consta de tres partes: tratamiento mecánico, tratamiento bioquímico y tratamiento químico, que involucra tres componentes materiales: fase líquida, fase sólida y fase gaseosa. Los instrumentos para monitorear estas fases se pueden dividir simplemente en dos categorías amplias: de propósito general y especializados.
2. Instrumentos generales en el proceso de tratamiento de aguas residuales
Los instrumentos de medición generales incluyen temperatura, presión, nivel de líquido, flujo, valor de pH, conductividad, sólidos suspendidos y otros sensores.
① Dado que el control de la temperatura a menudo se implementa durante la digestión anaeróbica, los sensores de temperatura se vuelven más importantes. Un elemento típico de medición de temperatura es una resistencia térmica.
② La medición de la presión se utiliza a menudo como parámetro de alarma para procesos de aireación y digestión anaeróbica.
③ La medición del nivel del agua se utiliza para monitorear el nivel del agua, generalmente utilizando métodos como boyas, transmisores de presión diferencial, medición de volumen y detección ultrasónica del nivel del agua.
④Los instrumentos de monitoreo de flujo incluyen principalmente aletas, medidores de flujo de rotor, medidores de flujo de turbina, tanques de medición objetivo, medidores de flujo electromagnéticos, medidores de flujo ultrasónicos, etc.
5 El valor del pH es una variable importante en el proceso bioquímico, y también es un valor clave en el proceso de digestión anaeróbica y nitrificación. Habitualmente, los electrodos de pH sumergidos en lodos se instalan en plantas de tratamiento de aguas residuales mediante diferentes limpiezas. La estrategia permite un funcionamiento sin mantenimiento a largo plazo. Para aguas residuales con alta capacidad amortiguadora, las mediciones de pH pueden ser insensibles a los cambios del proceso y, por lo tanto, no adecuadas para el monitoreo y control del proceso, en cuyo caso se puede usar un sistema de medición de carbonato en su lugar.
6 Los sensores de conductividad se utilizan para monitorear los cambios en la composición del agua entrante y también son la base de las estrategias de control de eliminación química de fósforo.
⑦La medición tradicional de biomasa se estima en función de la dispersión y absorbancia de la luz incidente por las partículas en suspensión. Con la llegada de los detectores de luz sensibles, surgieron sensores que pueden medir automáticamente los efectos de la luz. La mayoría de los sensores comerciales utilizan fuentes de luz que emiten poca luz visible o infrarroja en áreas donde la mayoría de los medios tienen baja absorbancia. La concentración de biomasa también se puede determinar a partir de la diferencia de velocidad ultrasónica en la solución libre entre la materia suspendida y los microorganismos.
3. Sensores en Digestión Anaeróbica
La medición del flujo de biogás se utiliza ampliamente en procesos de digestión anaeróbica para indicar la actividad general del reactor. En los últimos años, se han utilizado muchas técnicas especializadas para controlar la composición del gas. Un método de laboratorio típico es el método de separación por lavado de botellas, que determina la composición del gas en función de la relación de los caudales antes de entrar en la botella y después de salir de la botella. Por ejemplo, una botella de cáustico puede recoger todo el CO2, el H2S y permitir el paso del CH4. Analizadores de gas más especializados pueden monitorear directamente los niveles de los componentes del gas, como absorbentes de infrarrojos que pueden determinar los niveles de C02 y CH4, y también se han desarrollado analizadores de hidrógeno especializados basados en fuentes de energía química. Los medidores de H2S en fase gaseosa pueden determinar los niveles de H2S monitoreando la reacción de separación del sulfuro con plomo.
El principal problema de los sistemas de monitorización basados en análisis de gases es la incapacidad de predecir directamente la concentración del gas correspondiente en la fase líquida. Se han desarrollado sensores de inmersión que pueden medir directamente el hidrógeno disuelto. Las pilas de combustible son el núcleo de estos sensores. No se han reportado instrumentos de medición directa de H2S y CH4.
En digestores anaeróbicos desequilibrados, especialmente si la alcalinidad de la mezcla es alta, las mediciones de pH no se detectan fácilmente. En este caso, es posible medir el CO2 y el carbonato en la mezcla.
La alcalinidad depende en gran medida de la amortiguación de carbonatos y, por lo tanto, se utiliza a menudo en estrategias de control para la digestión anaeróbica. El monitor de carbonato fue desarrollado para procesos prácticos de digestión anaeróbica.
Existen dos principios básicos para estimar la alcalinidad de los carbonatos. Uno es el método de titulación, en el que sensores avanzados de titulación en línea pueden monitorear simultáneamente diferentes componentes como amoníaco y carbonato. Otro método de determinación online de alcalinidad es la cuantificación del CO2 gaseoso obtenido mediante acidificación de la muestra. Los medidores de flujo de gas se pueden utilizar para medir el volumen de gas producido.
Todas las actividades biológicas se pueden caracterizar por la producción de calor. La medición del calor con un calorímetro proporciona información directa sobre los cambios en los procesos biológicos. Los calorímetros de flujo son la primera opción para los procesos de tratamiento de aguas residuales.
Los ácidos grasos volátiles (AGV) son los productos intermedios más importantes en el proceso de digestión anaeróbica. Su acumulación puede provocar una caída del pH, provocando que falle el proceso de digestión anaeróbica. La concentración de VFA a menudo se monitorea como un indicador del desempeño del proceso, pero rara vez se utilizan sensores en línea. Los instrumentos de medición más modernos incluyen cromatógrafos de gases o cromatógrafos de líquidos de alta presión. La espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) se puede utilizar como un sensor multiparamétrico en línea para medir simultáneamente DQO, TOC, VFA, etc. Los espectrómetros infrarrojos por transformada de Fourier no requieren la adición de ningún reactivo químico y no requieren mucho mantenimiento, pero son difíciles de calibrar. Un método de medición más fiable es utilizar un titulador, que proporciona el contenido de AGV en la muestra mediante una valoración en dos pasos o una valoración-retrovaloración.
En los últimos años, los biosensores se han utilizado ampliamente en la industria del tratamiento de aguas residuales. Los analizadores de VFA pueden determinar las concentraciones de VFA en los fluidos digestivos, los biosensores MAIA pueden medir la actividad metabólica y los biosensores RANTOX pueden detectar sobrecargas y sustancias orgánicas. carga tóxica.
4. Sensores en el proceso de lodos activados
El oxígeno juega un papel muy importante en el proceso de lodos activados, y los costos de aireación relacionados representan aproximadamente el 40% de los costos operativos totales. Por ello, los sensores de oxígeno se han convertido en los instrumentos de medición y monitorización más utilizados en plantas de tratamiento de aguas residuales. La medición de oxígeno se basa en la reacción electroquímica de difundir oxígeno en líquidos. Los sensores de oxígeno disuelto (OD) son instrumentos de medición confiables y precisos, pero se debe tener cuidado al seleccionar una ubicación de medición adecuada y evitar incrustaciones. Los sensores de oxígeno disuelto son muy utilizados en el control de procesos de aireación, ahorrando mucha inversión, y la información obtenida también puede utilizarse para monitorizar cualquier proceso de tratamiento de lodos activados.
La respiración es la medición e interpretación de la tasa de respiración de lodos activados, que se define como el oxígeno consumido por los microorganismos en unidad de volumen de lodos activados por unidad de tiempo. Es una herramienta común para caracterizar la dinámica de aguas residuales y lodos. El respirómetro es esencialmente un reactor y los resultados de las mediciones son susceptibles a cambios en las condiciones experimentales.
El contenido de biodegradación en aguas residuales se obtuvo mediante un método estándar de medición fuera de línea de la demanda biológica de oxígeno (DBO5), que se refiere a la cantidad de oxígeno disuelto necesaria para la oxidación biológica de solutos orgánicos en un plazo de 5 días.
Los experimentos de DBO5 no son adecuados para el seguimiento y control automatizados porque tardan mucho en completarse y es difícil lograr mediciones consistentemente precisas. La medición en línea de las cargas de aguas residuales se realiza sobre la base de estimaciones de DBO a corto plazo. El sensor de medición de la respiración RODTOX propuesto por Vanrolleghem et al. es capaz de monitorear la DBOst y la toxicidad potencial de las aguas residuales. El sensor microbiano consta de un tanque de solidificación, una membrana y un detector de oxígeno disuelto, y es más adecuado para sistemas de lodos activados que contienen una variedad de microorganismos. Para mantener su eficacia, los sensores microbianos de DBO requieren un mantenimiento y almacenamiento cuidadosos. La mayoría de los sensores microbianos de DBO tienen una vida útil corta, que oscila entre días y meses.
La variable más monitorizada en las plantas de tratamiento de aguas residuales es la demanda química de oxígeno (DQO). El monitor automático de DQO puede monitorear automáticamente cada 1 a 2 horas y se divide en ácido y alcalino según las condiciones de descomposición oxidativa.
El COT representa el contenido de carbono orgánico total (COT) en las aguas residuales y también es un indicador del grado de contaminación orgánica en las masas de agua. El principio fundamental de la medición de TOC es convertir el carbono orgánico en CO2 y luego medir este producto en la fase gaseosa, obteniendo así la concentración de carbono orgánico en la fase acuosa. Un instrumento de medición típico es un analizador de bombas de infrarrojos.
El TOC se considera un buen parámetro de seguimiento, especialmente en el seguimiento de la calidad del agua de drenaje.
Muchos componentes de las aguas residuales absorben los rayos UV. La absorción de rayos UV está estrechamente relacionada con la materia orgánica en las aguas residuales. La introducción de un monitor automático de absorbancia ultravioleta en el sistema de tratamiento de aguas residuales se puede utilizar para detectar el grado de contaminación del agua o evaluar la calidad del agua descargada. En los últimos 10 años, grandes avances en la tecnología óptica han hecho posibles mediciones remotas y multipunto, facilitando enormemente la implementación del monitoreo del proceso de tratamiento de aguas residuales. Las mediciones de espectroscopia infrarroja tienen un gran potencial para estimar y monitorear en línea parámetros específicos como TOC, DQO y DBO. La principal desventaja de la espectroscopia infrarroja es que la contaminación de los componentes fotovoltaicos puede provocar una sensibilidad reducida y la necesidad de una recalibración frecuente.