Vistas:589 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2024-12-16 Origen:Sitio
El valor del pH es un elemento de medición esencial en aguas residuales. El valor del pH se lleva a cabo en proyectos de análisis diario de aguas residuales como prueba de rutina. En el funcionamiento y gestión de plantas depuradoras, la medición del pH de las aguas residuales no sólo es un factor para controlar la calidad de las aguas residuales, sino que también influye en el entorno de vida de los microorganismos en los lodos activados. Los cambios significativos en el valor del pH de las aguas residuales también son indicadores para juzgar si las aguas residuales están contaminadas o si existen otros factores ambientales.
Tabla de contenido(Haga clic para ir a donde desea ver)
2. ¿Cómo puede afectar el pH al tratamiento de aguas residuales?
2.1 Efectividad de los procesos de tratamiento
2.2 EEfecto del valor del pH en métodos físicos y químicos.
2.3 Efecto del valor del pH en el método químico.
2.4 Efecto del valor del pH en el tratamiento biológico.
2.4.1 Efecto del pH sobre el tratamiento biológico aeróbico.
2.4.2 Efecto del pH sobre los microorganismos anaeróbicos.
3. ¿Cómo se mide y controla el pH en las plantas de tratamiento de aguas residuales?
El pH, también conocido como índice de actividad de los iones de hidrógeno, es una escala de actividad de los iones de hidrógeno en una solución, que también es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución en el sentido habitual. Cuanto más cercano a 0 esté el valor del pH, más ácida será la solución. Por el contrario, cuanto más se acerque el valor del pH a 14, más alcalina será la solución. A temperatura ambiente, una solución con un pH de 7 es neutra.
Los métodos estándar de tratamiento de aguas residuales incluyen procesos físicos, químicos y biológicos. En estos métodos de tratamiento se deben llevar a cabo muchas reacciones químicas a un valor de pH específico; de lo contrario, no se podrá obtener el producto deseado.
El control de indicadores en el proceso de tratamiento de aguas residuales es de gran importancia, lo que se refleja principalmente en los siguientes aspectos:
Asegurar que la calidad del agua efluente cumpla con los estándares: Asegúrese de que las aguas residuales tratadas cumplan con los estándares de descarga nacionales y locales para evitar la contaminación del cuerpo de agua receptor.
Mantener el funcionamiento estable del sistema de tratamiento de aguas residuales: Un control razonable de varios indicadores ayuda a optimizar el proceso de tratamiento y a mantener la actividad de los microorganismos y el estado de funcionamiento estándar de las instalaciones de tratamiento.
Ahorre costos y recursos: Mediante un control preciso de los indicadores, se puede mejorar la eficiencia del tratamiento, reducir el uso de productos químicos y el consumo de energía, y reducir los costos operativos.
Promover el desarrollo sostenible: El control eficaz de los indicadores del tratamiento de aguas residuales ayuda a reciclar los recursos hídricos y aliviar la presión de la escasez de agua.
Proteger la salud pública: Evite que los patógenos, metales pesados y otras sustancias nocivas en las aguas residuales amenacen la salud humana. Las aguas residuales tratadas con un control eficaz de los indicadores pueden reducir el riesgo de transmisión de enfermedades.
El nivel de pH de las aguas residuales afecta significativamente varios procesos de tratamiento de varias maneras:
Coagulación y Floculación: La eficiencia de los procesos de coagulación y floculación, que implican la agregación de partículas para formar flóculos más grandes que pueden eliminarse fácilmente, depende en gran medida del pH. Los niveles óptimos de pH garantizan la eficacia de los coagulantes y floculantes, lo que conduce a una mejor eliminación de sólidos suspendidos y otros contaminantes.
Sedimentación y Filtración: El control adecuado del pH es esencial para los procesos de sedimentación y filtración. Afecta la tasa de sedimentación de partículas y la eficiencia de filtración, asegurando que el agua tratada cumpla con los estándares requeridos.
Los métodos físicos y químicos utilizados para el tratamiento de aguas residuales incluyen la coagulación, flotación, adsorción, adsorción magnética, procesos electroquímicos, etc., entre los que se utilizan más comúnmente la flotación y la sedimentación por coagulación.
La sedimentación por coagulación es una tecnología de separación de contaminantes insolubles. Se refiere a un método de tratamiento de agua que hace que los coloides y las delicadas materias suspendidas en las aguas residuales se condensen en flóculos bajo la acción de coagulantes para luego separarlos y eliminarlos.
La sedimentación por coagulación se utiliza ampliamente en el suministro de agua y el tratamiento de aguas residuales. Puede reducir los indicadores sensoriales de la calidad del agua, como la turbidez y el color del agua cruda, pero también puede eliminar diversos contaminantes tóxicos y nocivos.
Hay dos tipos principales de coagulantes para el tratamiento de aguas residuales: sales metálicas inorgánicas y polímeros orgánicos. El primero incluye principalmente sales metálicas de alta valencia, como hierro y aluminio, que se pueden dividir en sales ordinarias de hierro, aluminio y sales de polímeros alcalinos; este último se divide en dos tipos: de síntesis artificial y natural. El equipo líder utilizado en el método de coagulación incluye un tanque de mezcla para mezclar coagulantes y agua cruda, un tanque de reacción para el proceso de reacción y un tanque de sedimentación para separar agua y flóculos.
La influencia del pH del agua en la coagulación varía según el tipo de coagulante. Cuando se utiliza sulfato de aluminio para eliminar la turbidez del agua, el rango de pH óptimo está entre 6,5 y 7,5; cuando se usa para eliminar color, el rango de pH está entre 4,5 y 5; cuando se utilizan sales de hierro trivalente, el rango de pH óptimo está entre 6,0 y 8,4, que es más amplio que el del sulfato de aluminio. Por ejemplo, cuando se utiliza sulfato ferroso, Fe3+ sólo puede formarse rápidamente cuando el pH es superior a 8,5 y hay suficiente oxígeno disuelto en el agua, lo que complica el equipo y el funcionamiento. Por esta razón, a menudo se utiliza el método de oxidación por cloración.
El efecto de coagulación de los coagulantes poliméricos, especialmente los coagulantes poliméricos orgánicos, se ve menos afectado por el pH. Se puede ver en la fórmula de la reacción de hidrólisis de las sales de aluminio y las sales de hierro que la generación continua de H+ durante el proceso de hidrólisis reducirá inevitablemente el valor del pH del agua. Deben estar presentes sustancias alcalinas para neutralizar el valor del pH dentro del rango óptimo.
Cuando la alcalinidad del agua cruda es suficiente, no afectará el efecto de coagulación. Aún así, cuando la alcalinidad del agua cruda es insuficiente o la cantidad de coagulante agregado es grande, el valor del pH del agua disminuirá significativamente, afectando el efecto de coagulación. En este momento se debe agregar cal o bicarbonato de sodio.
En el tratamiento de aguas residuales de yacimientos petrolíferos, los métodos químicos se utilizan principalmente para el tratamiento profundo de aguas residuales aceitosas, incluida la demulsificación química, la oxidación química (oxidación por aire, oxidación por ozono, oxidación por cloro, oxidación por peróxido de hidrógeno, oxidación por reactivo de Fenton, oxidación por KMn04, oxidación por K2FeO4), oxidación fotoquímica. , etc. Actualmente, los métodos más investigados y aplicados son la oxidación del reactivo de Fenton y la oxidación de K2FeO4.
La oxidación del reactivo de Fenton utiliza H2O2 y FeSO4 mezclados en proporción para obtener un agente altamente oxidante para tratar aguas residuales aceitosas, que tiene el doble efecto de oxidación y coagulación. Según los resultados de experimentos y aplicaciones prácticas, se cree que el efecto del tratamiento es mejor cuando el pH ≤3. El BACALAO La tasa de eliminación es superior al 90% y la tasa de decoloración promedio es superior al 95%.
Los investigadores pertinentes aplicaron el método Fenton para tratar aguas residuales de yacimientos petrolíferos que contienen polímeros y observaron el efecto del valor inicial del pH en la tasa de eliminación de poliacrilamida. Como se muestra en la Tabla 1, la tasa de eliminación es máxima cuando el pH = 3,0 y los valores de pH demasiado altos o demasiado bajos no pueden lograr el efecto de tratamiento ideal.
| Valor de pH inicial del sistema. | 2.0 | 3.0 | 3.5 | 4.5 | 5.9 |
| Tasa residual de PAM /% | 62 | 5 | 30 | 70 | 75 |
Tabla 1 Efecto del valor de pH inicial en la eliminación de poliacrilamida mediante el reactivo de Fenton
La oxidación de K2FeO4 es un método eficiente de tratamiento de agua desarrollado en los últimos años. El potencial del electrodo estándar de K2FeO4 es 1,90 V, que es más oxidante que el permanganato de potasio, etc. Puede eliminar contaminantes orgánicos y metales pesados en el agua y decolorar y desodorizar. Chen Ying et al. utilizaron ferrato de potasio para tratar aguas residuales de campos petrolíferos que contenían polímeros y observaron el efecto del pH en el efecto del tratamiento. La tasa de degradación por oxidación era alta en condiciones de pH bajo, pero la tasa de degradación disminuiría cuando el valor del pH fuera inferior a 2. Generalmente, el valor del pH se controló en aproximadamente 3 para obtener un buen efecto de degradación.
El tratamiento biológico de las aguas residuales se divide en tratamiento biológico aeróbico y tratamiento biológico anaeróbico. El tratamiento biológico anaeróbico de aguas residuales se refiere al proceso de descomposición de diversas sustancias orgánicas complejas en las aguas residuales en metano, dióxido de carbono y otras sustancias mediante la acción de microorganismos anaeróbicos (incluidos los microorganismos anaeróbicos facultativos) en condiciones de ausencia de oxígeno molecular, lo que también se denomina digestión anaeróbica. El tratamiento biológico aeróbico utiliza el metabolismo de organismos aeróbicos en condiciones aeróbicas para oxidar y descomponer diversas sustancias orgánicas complejas en aguas residuales en dióxido de carbono y agua.
Los factores que afectan el tratamiento biológico aeróbico son principalmente los nutrientes, la temperatura, el pH, el oxígeno disuelto en el agua, los venenos y la naturaleza de la materia orgánica en las aguas residuales. Generalmente, el pH más adecuado para los microorganismos aeróbicos está entre 6,5 y 9; a pH 6,5, los hongos dominarán y provocarán la expansión del lodo. En este momento, se puede adoptar la adición de cal, el control de la ingesta de agua y la reducción de la aireación para inhibir la expansión del lodo.
El proceso de digestión anaeróbica se divide en tres etapas consecutivas: hidrólisis y acidificación, producción de hidrógeno y ácido acético y metanogénesis. La primera etapa es la etapa de hidrólisis y acidificación. Las macromoléculas complejas y la materia orgánica insoluble se hidrolizan primero en pequeñas moléculas bajo la acción de enzimas extracelulares. La materia orgánica soluble penetra en el cuerpo celular y se descompone para producir ácidos orgánicos volátiles, alcoholes, aldehídos, etc.
La segunda etapa es la etapa de producción de hidrógeno y ácido acético. Bajo la acción de las bacterias productoras de hidrógeno y ácido acético, los ácidos orgánicos producidos en la primera etapa se descompusieron y se convirtieron en ácido acético y H2, ácido carbónico y nuevas sustancias celulares.
La tercera etapa es la metanogénesis, en la que las bacterias metanogénicas convierten el ácido acético, acetato, CO2 y H2 en metano, dióxido de carbono y nuevas sustancias celulares.
El método anaeróbico tiene requisitos más estrictos en cuanto a las condiciones ambientales que el método aeróbico. Los factores esenciales controlan la eficiencia del tratamiento anaeróbico: uno son los factores cruciales, incluida la biomasa microbiana (concentración de lodos), la proporción de nutrientes, las condiciones de contacto mixto, la carga orgánica, etc.; el otro son los factores ambientales, como la temperatura, el valor del pH, el potencial redox, las sustancias tóxicas, etc.
Las bacterias metanogénicas son los principales microorganismos que determinan la eficiencia y el éxito de la digestión anaeróbica. La etapa metanogénica es el paso limitante de la velocidad del proceso anaeróbico. Cada organismo puede estar activo dentro de un rango de pH específico. Las bacterias acidogénicas no son tan sensibles al pH como las bacterias metanogénicas, y su rango de pH adecuado es más amplio, entre 4,5 y 8,0.
Las bacterias metanogénicas requieren que el valor de pH del medio ambiental sea casi neutro, siendo el valor de pH más adecuado entre 7,0 y 7,2. Ph 6,6 a 7,4 es más apropiado en la aplicación del tratamiento anaeróbico de aguas residuales, ya que la acetogénesis y la metanogénesis se llevan a cabo principalmente en la misma estructura, para mantener el equilibrio y evitar la acumulación excesiva de ácido, el valor de pH en el reactor a menudo se mantiene dentro del rango de 6,5. a 7,5 (preferiblemente de 6,8 a 7,2).
Efecto del pH sobre la actividad de las bacterias metanogénicas El rango de pH más adecuado para el crecimiento de bacterias metanogénicas es de aproximadamente 6,8 a 7,2. El desarrollo y la reproducción se verán significativamente afectados si el valor del pH es inferior a seis o superior a 8.
El pH se mide y controla en plantas de tratamiento de aguas residuales mediante una combinación de sistemas automatizados, sensores y aditivos químicos. Estos son los métodos y tecnologías clave utilizados:
Sensores de pH: Sensores de pH especializados monitorean continuamente los niveles de pH de las aguas residuales. Estos sensores suelen instalarse en varios puntos del proceso de tratamiento para proporcionar datos en tiempo real.
Sistemas Automáticos de Medición de pH: Sistemas como el Liquiline Control CDC90 de Endress+Hauser se utilizan para la medición automática del pH. Estos sistemas pueden limpiar automáticamente los sensores para mantener la precisión y confiabilidad a lo largo del tiempo.
Sistemas de control automático basados en PLC: Los controladores lógicos programables (PLC) automatizan el proceso de control del pH. Estos sistemas pueden ajustar la adición de productos químicos ácidos o alcalinos basándose en mediciones de pH en tiempo real para mantener el nivel de pH deseado.
Cuatro límites de pH: Un método estándar implica establecer cuatro límites de pH (límite de cambio ácido, límite de cambio alcalino, etc.) para activar la adición de agentes neutralizantes cuando el pH se desvía del rango establecido.
Controladores PID y Lógica Difusa: Los sistemas de control avanzados, como la lógica difusa y los controladores Proporcional-Integral-Derivativo (PID), se utilizan para mejorar la precisión y la estabilidad del control del pH. Estos sistemas pueden adaptarse a la naturaleza no lineal y variable en el tiempo de los procesos de neutralización del pH.
Control PID adaptativo difuso: Este método combina lógica difusa con control PID para mejorar el tiempo de respuesta y la precisión de los sistemas de control de pH.
3.2.1 Aditivos químicos: Se utilizan varios productos químicos para ajustar el pH de las aguas residuales. Los aditivos ácidos comunes incluyen ácido sulfúrico y dióxido de carbono, mientras que los aditivos alcalinos incluyen hidróxido de sodio y cal.
Ácido sulfúrico: Ampliamente utilizado por su eficacia y disponibilidad. Sin embargo, puede causar corrosión y acumulación de calcio si no se maneja adecuadamente.
Dióxido de carbono: Una alternativa más segura al ácido sulfúrico, el CO2 es menos corrosivo y no produce subproductos dañinos. Se utiliza cada vez más para ajustar el pH en el tratamiento de aguas residuales.
3.2.2 Procesos Mecánicos: Algunas plantas de tratamiento utilizan métodos de ósmosis inversa y electrocoagulación para controlar el pH sin aditivos químicos. Estos métodos filtran sustancias que afectan los niveles de pH.
Ósmosis Inversa: Elimina contaminantes que pueden alterar los niveles de pH, proporcionando un entorno de pH más estable.
Electrocoagulación: Utiliza una corriente eléctrica para unir los contaminantes, haciéndolos más fáciles de filtrar y controlando así los niveles de pH indirectamente.
3.2.3 Procesamiento por lotes versus procesamiento continuo: Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden elegir entre métodos de procesamiento continuo y por lotes para controlar el pH.
Procesamiento por lotes: Trata el agua en lotes controlados, ajustando los niveles de pH en cada lote antes de su liberación.
Procesamiento continuo: Mantiene un flujo de agua constante a través de los tanques de tratamiento, ajustando continuamente los niveles de pH a medida que ingresa agua nueva al sistema.
El pH en las plantas de tratamiento de aguas residuales se mide mediante sensores de pH especializados y se controla mediante sistemas automatizados como PLC, algoritmos de control avanzados (lógica difusa y PID) y la adición de aditivos químicos como ácido sulfúrico y dióxido de carbono. También se utilizan procesos mecánicos como la ósmosis inversa y la electrocoagulación para controlar el pH sin productos químicos. La elección entre procesamiento por lotes y continuo influye aún más en cómo se gestionan los niveles de pH en el proceso de tratamiento.
