Controlul spumei în tratarea apelor reziduale: De ce alegerea corectă a antispumantului contează de fapt la fața locului

După mai mult de douăzeci de ani de lucru cu stațiile de epurare a apelor uzate industriale și municipale, am învățat că spuma este una dintre acele probleme care par simple pe hârtie, dar care pot distruge în liniște operațiunile dacă nu o gestionați corespunzător. Un strat gros de spumă pe un rezervor de aerare sau pe un clarificator secundar nu arată doar murdar. Acesta reduce eficiența transferului de oxigen, crește riscul de revărsări în timpul furtunilor, creează pericole de siguranță alunecoase și poate chiar împinge solidele peste diguri în efluentul final. În multe cazuri, diferența dintre o instalație care funcționează constant și una care se confruntă cu perturbări constante se reduce la selectarea și aplicarea antispumantului potrivit pentru chimia și biologia de tratare a apelor reziduale implicate.

Spuma din tratarea apelor reziduale se formează de obicei atunci când compușii activi la suprafață stabilizează bulele de aer. Acești compuși provin din detergenții și agenții tensioactivi din apele uzate menajere, dar sunt adesea mult mai nocivi în fluxurile industriale - proteine și grăsimi din prelucrarea alimentelor, lignine și rășini din fabricile de celuloză și hârtie sau uleiuri și unsori din rafinării și prelucrarea metalelor. În sistemele cu nămol activ, combinația de bule fine provenite din aerare și substanțele polimerice extracelulare produse de biomasă poate crea o spumă foarte stabilă și persistentă, care nu se sparge singură. Odată ce pătura de spumă devine groasă, aceasta izolează suprafața lichidului, reduce dizolvarea oxigenului și poate chiar încuraja creșterea filamentelor care produc spumă, precum Nocardia sau Microthrix.

Un antispumant acționează prin întreruperea peliculei de suprafață care menține bulele unite. Antispumantele bune pentru apele reziduale sunt formulate astfel încât să se răspândească rapid pe interfața aer-lichid, să deplaseze agenții tensioactivi stabilizatori și să provoace subțierea și ruperea pereților bulei. Deoarece apele reziduale sunt rareori curate, antispumantul trebuie să funcționeze și în prezența unui conținut ridicat de solide în suspensie, a unui pH variabil și, uneori, a unor temperaturi sau salinități ridicate. Acesta trebuie să facă acest lucru fără a dăuna procesului de tratare biologică sau fără a crea noi probleme în aval.

Nu toate substanțele antispumant sunt adecvate pentru sistemele biologice de ape reziduale. Produsele pe bază de silicon sunt rapide și eficiente la doze mici, dar unele pot acoperi biomasa sau pot reduce transferul de oxigen dacă sunt supradozate și pot persista prin instalație în apa receptoare. Antispumanții pe bază de ulei mineral sau hidrocarburi sunt mai ieftini și utilizați pe scară largă, însă pot crește cererea chimică de oxigen a efluentului și uneori pot interfera cu deshidratarea nămolului. În ultimii ani, din ce în ce mai multe instalații s-au orientat către spumanți pe bază de alcool gras, ulei vegetal sau polimeri, care oferă profiluri de mediu mai bune și toxicitate mai scăzută pentru viața acvatică. Aceste opțiuni tind să fie mai compatibile cu procesele biologice sensibile, deși pot necesita doze ușor mai mari sau puncte de aplicare mai atente.

În practică, cele mai bune rezultate provin din adaptarea antispumantului la sursa de spumă și la etapa de tratare. În bazinele de aerare, dozarea continuă la nivel scăzut funcționează adesea mai bine decât adaosurile șoc. Multe instalații alimentează cu antispumant direct în bazinul de aerare sau chiar în amonte de acesta, folosind o pompă de dozare conectată la senzori de nivel al spumei sau la cronometre simple. În instalațiile de tratare a nămolului sau în digestoarele anaerobe, poate fi necesar un produs diferit sau o doză mai mare, deoarece chimia spumei este diferită. Am văzut cazuri în care un singur agent antispumant a funcționat bine în bazinele de aerare, dar a provocat probleme în clarificatoarele finale, deoarece a afectat caracteristicile de sedimentare. Acesta este motivul pentru care testele în borcan și testele la scară mică pe apa reală a instalației sunt esențiale înainte de a vă angaja în utilizarea la scară largă.

Ratele de dozare variază de obicei între 5 și 50 mg/L, în funcție de gravitatea spumei și de concentrația produsului, dar adevărata cheie este aplicarea consecventă, mai degrabă decât urmărirea vârfurilor cu doze mari. Supradozarea este o greșeală frecventă - risipește bani și poate uneori să agraveze spuma sau să creeze alte probleme operaționale, cum ar fi creșterea volumului nămolului sau probleme cu dezinfecția din aval. Subdozarea lasă problema spumei rezolvată doar pe jumătate. Operatorii buni sunt atenți și la modul în care antispumantul pentru tratarea apelor reziduale afectează alte părți ale instalației. Unele produse pot reduce eficiența dezinfecției cu UV sau pot cauza transferuri în efluenți care încalcă limitele locale de descărcare privind uleiurile sau agenții tensioactivi.

Din experiență, instalațiile care tratează selecția agentului antispumant ca parte a controlului general al procesului, mai degrabă decât ca un gând ulterior, obțin cele mai bune rezultate. Acestea monitorizează nivelurile de spumă împreună cu oxigenul dizolvat, indicele de volum al nămolului și calitatea efluentului înainte și după modificări. De asemenea, lucrează cu furnizori care înțeleg atât chimia, cât și biologia tratării apelor reziduale, nu doar cu cei care vând spumanți industriali generici. Într-o uzină municipală cu care am lucrat, trecerea de la o emulsie standard de silicon la un produs mai specific, pe bază de acid gras, a redus la mai mult de jumătate tulburările legate de spumă și a îmbunătățit transferul de oxigen suficient pentru a reduce considerabil consumul de energie pentru aerare.

Există limite, desigur. Niciun agent de dezamorsare nu rezolvă problemele de bază, cum ar fi controlul defectuos al vârstei nămolului sau încărcarea excesivă cu agenți tensioactivi din partea industriilor din amonte. Separatoarele mecanice de spumă, sistemele de pulverizare sau modificările în proiectarea difuzorului de aerare pot reduce uneori dependența de substanțele chimice. Presiunea legislativă împinge, de asemenea, uzinele către opțiuni mai puțin toxice și mai biodegradabile, ceea ce înseamnă că vechile produse pe bază de uleiuri minerale sunt eliminate treptat în multe regiuni.

În cele din urmă, controlul eficient al spumei în tratarea apelor reziduale se reduce la înțelegerea chimiei specifice a spumei, la alegerea unui agent antispumant care funcționează cu biologia dvs. mai degrabă decât împotriva ei și la aplicarea consecventă a acestuia în punctele potrivite. Atunci când această combinație este corectă, instalația funcționează mai ușor, siguranța se îmbunătățește și se evită lupta constantă împotriva incendiilor pe care o creează de obicei problemele cu spuma. Dacă aveți de-a face cu o spumă persistentă, primul pas este același pe care l-am recomandat de ani de zile: acordați timp caracterizării spumei și efectuați teste de compatibilitate adecvate înainte de a alege un produs. Acest efort inițial este aproape întotdeauna răsplătit printr-o funcționare zilnică mai stabilă.