La vida útil típica de los equipos de tratamiento de aguas residuales varía según el tipo, el material y el mantenimiento, pero generalmente oscila entre 10 y 50 años. Los equipos subterráneos duran aproximadamente 15 años o más, mientras que las estructuras de acero inoxidable o fibra de vidrio pueden durar hasta 50 años. Los componentes principales, como los de ósmosis inversa, requieren reemplazo periódico.

El método de tratamiento de aguas residuales industriales se selecciona en función del tipo y la concentración de contaminantes y de las características específicas de la industria. Generalmente se utilizan procesos físicos, químicos, biológicos o una combinación de ellos.

La selección de un producto químico para el tratamiento de aguas residuales requiere una consideración exhaustiva de las características de la calidad del agua, los procesos de tratamiento, la rentabilidad y los requisitos ambientales. Los productos químicos de alta calidad deben presentar una alta eficiencia (bajo consumo total), una alta eficacia de tratamiento (altos límites de eliminación de contaminantes), no introducir nuevos contaminantes, ser inocuos para los seres humanos y no dañar los sistemas o equipos bioquímicos.
Eliminación de metales pesados: Se agrega un precipitante (como sulfuro de sodio o hidróxido de sodio) para formar un precipitado poco soluble.
Eliminación de nitrógeno y fósforo: Se utilizan agentes específicos para la eliminación de fósforo (como cloruro férrico o cal) o desnitrificantes.
Materia orgánica refractaria: Se pueden utilizar oxidantes avanzados (como el ozono) para descomponer su estructura.

El precio de un evaporador MVR varía considerablemente según factores como la escala de procesamiento, el material y la configuración. Para obtener más información, póngase en contacto directamente con nuestro servicio de atención al cliente.
Material: El titanio es más de un 50% más caro que el acero inoxidable, pero es más resistente a la corrosión.
Configuración: La marca del compresor, la clasificación de eficiencia energética y el sistema de control inteligente influyen significativamente en el precio.
Escala de procesamiento: Cuanto mayor sea la escala, mayor será el coste.

Un evaporador es un dispositivo que vaporiza y elimina el disolvente de una solución mediante calentamiento, obteniendo así una solución concentrada o un sólido. Los evaporadores se pueden clasificar en varios tipos según su estructura, principio de funcionamiento y aplicación. Entre ellos se incluyen los evaporadores tubulares, los evaporadores de placas, los evaporadores de película raspada, los evaporadores de múltiple efecto, los evaporadores MVR y los evaporadores de baja temperatura.

En términos generales, cuando el medio ambiente y los recursos se dañan y se rompe el equilibrio ecológico, el sistema tarda décadas, a veces incluso cientos de años, en recuperarse, y a veces es imposible que se recupere del todo.

La serie de normas ISO 14000 es un estándar de gestión ambiental desarrollado por el Comité Técnico de Gestión Ambiental de la Organización Internacional de Normalización (ISO). Su principio rector es la "gestión integral, la prevención de la contaminación y la mejora continua", lo que representa una innovación en el pensamiento y los métodos de gestión ambiental. La ISO 14000 cuenta con normas y reglamentos muy estrictos, con estándares de verificación correspondientes para cada proceso de producción y etapa de gestión, desde la compra de materias primas hasta la entrega de productos terminados. Este sistema previene rigurosamente la generación de contaminantes durante el proceso de producción y garantiza su gestión eficaz. El tratamiento de aguas residuales es solo uno de los componentes de la serie de normas ISO 14000. Actualmente, se están llevando a cabo programas piloto e implementando la serie ISO 14000 en algunas de las principales ciudades y grandes empresas de China. La certificación de calidad ambiental ISO 14000 se conoce como un "pasaporte verde" reconocido en el mercado internacional. La certificación otorga acceso directo a los mercados internacionales. Muchos países han anunciado que las importaciones de bienes y productos sin certificación de gestión ambiental estarán sujetas a restricciones de cantidad y precio. Por lo tanto, a medida que nos integramos gradualmente al mercado internacional, la certificación de calidad ambiental ISO 14000 se está implementando plenamente en todas las empresas nacionales, al igual que la ISO 9000 (normas de gestión de la calidad). Así pues, desde la perspectiva de las normas de gestión ambiental, no solo debemos esforzarnos por garantizar un tratamiento eficaz de las aguas residuales en la fuente de contaminación, implementar una gestión ambiental científica y asegurar que los efluentes tratados cumplan con las normas de vertido, sino que también debemos implementar con rigor una gestión de la producción limpia en origen para prevenir y reducir la contaminación.

La protección del medio ambiente se ha convertido en una política nacional fundamental para el desarrollo sostenible de la economía de mi país. Por lo tanto, el tratamiento de aguas residuales debe cumplir con las leyes, reglamentos y políticas de protección ambiental vigentes. En la planificación y el diseño de la protección ambiental, es necesario integrar las perspectivas de producción con los conceptos ecológicos y la protección del medio ambiente, así como combinar el tratamiento de aguas residuales con la mejora de los procesos productivos y la implementación de una producción limpia. Mediante un análisis y una verificación sistemáticos, se puede buscar un plan de tratamiento más adecuado. Los principios fundamentales de la gestión ambiental se pueden resumir de la siguiente manera:
(1) Eliminar los productos inviables. En el caso de algunos productos tradicionales, de bajo valor y considerados desechos, cuyo tratamiento de aguas residuales es extremadamente complejo, debemos estar decididos a sustituirlos por productos de alto valor y tecnología avanzada. Si el beneficio anual de un producto no es suficiente para cubrir los costes anuales del tratamiento de aguas residuales, se debe suspender su producción y sustituirla por productos menos contaminantes y más fáciles de tratar.
(2) Fortalecer la gestión y reducir la contaminación. La gestión empresarial es un factor clave para prevenir y controlar la contaminación. Por ejemplo, las fugas de equipos; los accidentes de producción o el desecho de productos por incumplimiento de los procedimientos operativos generan grandes cantidades de aguas residuales de alta concentración; el uso excesivo de agua para el lavado de equipos y suelos incrementa la cantidad de aguas residuales; y la falta de separación del agua de refrigeración y las aguas residuales de producción en corrientes claras y turbias, lo que aumenta la cantidad de aguas residuales y dificulta su tratamiento.
(3) Establecimiento de pequeñas plantas regionales de tratamiento de aguas residuales. En zonas con alta concentración de fábricas, no es necesario aplicar el principio de "quien contamina, paga"; en cambio, es necesario fortalecer la relación entre las empresas y considerar integralmente las medidas de control de la contaminación. Si es necesario y posible, las aguas residuales de cada fábrica pueden tratarse de forma centralizada y se puede establecer una planta de tratamiento unificada para implementar el método de "quien contamina, paga". Dado que la calidad de las aguas residuales de cada fábrica varía debido a los diferentes productos (por ejemplo, las aguas residuales de algunas fábricas son ácidas, mientras que las de otras son alcalinas), tratarlas conjuntamente puede reducir el costo del tratamiento con agentes neutralizantes. Asimismo, algunas fábricas descargan aguas residuales con alta salinidad y baja DQO, mientras que las de otras son de alta concentración y fácilmente biodegradables. Si se trataran por separado, todas serían difíciles de tratar. Sin embargo, si se tratan conjuntamente mediante tratamiento bioquímico, la mejora de la calidad del agua no solo reduce la dificultad del tratamiento, sino que también aumenta su eficiencia.
(4) Mejorar la tasa de reciclaje de agua
Para reducir la cantidad de aguas residuales, debemos intensificar las intervenciones en el origen de su generación. Por ejemplo, podemos considerar el reciclaje o la reutilización del agua para mejorar su tasa de reciclaje y minimizar la cantidad de agua vertida. En otros países, la tasa de reciclaje de agua en algunas empresas avanzadas supera el 96%, mientras que en las empresas de producción de Shanghái aún se sitúa en un nivel bajo, entre el 20% y el 30%, lo que representa un gran potencial de mejora. Incrementar la tasa de reciclaje del agua de producción no solo reduce la contaminación ambiental, sino que también disminuye la necesidad de recarga de agua dulce y, en cierta medida, contribuye a aliviar el creciente problema de la escasez de agua. Al tratar las aguas residuales, también debemos considerar el reciclaje del agua tratada.
(5) Reciclaje y aprovechamiento integral
Los contaminantes en las aguas residuales son materias primas, productos semielaborados, productos terminados y medios de reacción (como disolventes) que ingresan al agua durante el proceso de producción. En particular, algunas reacciones químicas en la producción de química fina suelen ser poco seguras, y la separación de productos no siempre es exhaustiva. Por lo tanto, a menudo se encuentra cierta cantidad de sustancias útiles en las aguas residuales, especialmente en el licor madre de reacción. El vertido de estos contaminantes perjudica el medio ambiente. Sin embargo, si se reciclan o se aprovechan integralmente, los residuos pueden convertirse en recursos valiosos y los perjuicios en beneficios; o bien, si se combinan con otros residuos, las propiedades beneficiosas de estos pueden compensar las deficiencias, y así se puede llevar a cabo una gestión integral para ahorrar en el tratamiento de aguas.

Para abordar la actual discrepancia entre la aplicación y la gestión de la protección ambiental y las quejas ciudadanas, Shanghái ha puesto en marcha una línea directa de emergencia ambiental, el 62863110, conocida como «Protección Ambiental 110». Este número se simplificará a 63110 (un homófono de «Verde 110»). Se trata de la primera línea «Protección Ambiental 110» del sistema nacional de protección ambiental. A medida que se intensifiquen los esfuerzos en este ámbito, se implementarán líneas directas de emergencia ambiental en todo el país.
Las responsabilidades de la Línea Directa de Emergencias Ambientales incluyen: recibir y responder a reportes de incidentes graves de contaminación en toda la ciudad; recibir reportes de descargas ilegales de contaminantes por parte de unidades contaminantes, tales como descargas ilegales y directas; recibir y gestionar incidentes causados ​​por problemas ambientales que podrían generar inestabilidad social; y brindar asistencia a los departamentos pertinentes en la gestión de incidentes graves que puedan afectar el medio ambiente. Para otros problemas de contaminación ambiental que no requieren una respuesta en el lugar, la Línea Directa de Emergencias Ambientales está disponible las 24 horas del día para recibir quejas del público dentro de las áreas mencionadas.
Para las empresas contaminantes, la entrada en vigor de la normativa de Protección Ambiental 110 supone tanto una presión como una motivación. Solo mediante una gestión y un control diligentes de la contaminación podremos resistir el escrutinio de los organismos encargados de hacer cumplir la ley ambiental y de la ciudadanía.

Las aguas residuales y los contaminantes que contienen son productos del proceso productivo. Por lo tanto, la reforma del proceso de producción y la implementación de prácticas de producción limpia son medidas fundamentales para eliminar o reducir los riesgos que representan las aguas residuales. Mediante la reforma de los procesos y equipos, se pueden eliminar las aguas residuales del proceso productivo, lo que no solo mejora la tasa de utilización de materias primas y auxiliares, sino que también reduce el costo del tratamiento de aguas residuales. Este trabajo debe realizarse en colaboración entre los ingenieros de procesos de producción y los ingenieros ambientales. Es importante reconocer que la protección del medio ambiente no es solo responsabilidad de los ingenieros ambientales, sino que también requiere el control de la fuente de contaminación para una gestión eficaz de las aguas residuales. Por consiguiente, al diseñar procesos y realizar pruebas de producción, es necesario considerar los posibles problemas de contaminación ambiental en el futuro. Al elegir una ruta de síntesis, se debe procurar utilizar procesos de producción con menor o ninguna contaminación, optar por la ruta con la mayor tasa de utilización de materias primas, evitar o minimizar el uso de sustancias biodegradables o tóxicas y nocivas en el proceso de producción, incluyendo materias primas, auxiliares y disolventes, y fortalecer la recuperación y el aprovechamiento integral de disolventes y subproductos. Los métodos específicos son, a grandes rasgos, los siguientes:
(1) Adopción de nuevos procesos, tecnologías y rutas. En primer lugar, se puede verificar la proporción de ingredientes en el proceso de producción. Se deben reducir las materias primas con alto contenido de contaminantes y que excedan la proporción teórica para aumentar la tasa de utilización de las materias primas y la tratabilidad de las aguas residuales. En la producción química, a veces se adoptan nuevas rutas, lo que no solo mejora los niveles de producción, sino que también resuelve los problemas de tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, antes, la materia prima del fármaco antituberculoso ácido isonicotínico debía prepararse mediante oxidación electrolítica utilizando ácido sulfúrico como electrolito. La cantidad de aguas residuales ácidas generadas en el proceso era grande y difícil de tratar. Ahora, se utiliza la nueva tecnología de oxidación catalítica con aire para llevar a cabo la reacción en un lecho fluidizado. La cantidad de aguas residuales también es menor y el problema de la contaminación es más fácil de resolver.
(2) Sustitución de materias primas y auxiliares. Este es un método común, como la sustitución de materias primas altamente tóxicas o extremadamente tóxicas por materias primas no tóxicas o de baja toxicidad, y la sustitución de sustancias biodegradables por otras biodegradables. Además, es necesario evitar o utilizar menos sustancias restringidas especificadas en las normas de emisión, especialmente aquellas con requisitos estrictos, para reducir la carga del tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, actualmente existen requisitos más estrictos para la concentración de nitrógeno amoniacal en las aguas residuales, lo que exige el uso de la menor cantidad posible de agua amoniacal o amoníaco líquido en la producción. Anteriormente, al ajustar el pH de las aguas residuales, algunos procesos de tratamiento utilizaban agua amoniacal, lo que aumentaba considerablemente el contenido de nitrógeno amoniacal en el efluente y dificultaba el tratamiento bioquímico de las aguas residuales. Con base en el mismo principio, se debe utilizar menos dicromato de potasio como oxidante y menos compuestos nitro e hidrocarburos clorados como disolventes. Al seleccionar un disolvente, además de cumplir con los requisitos del proceso de producción, también se debe considerar su biodegradabilidad y toxicidad.
(3) Seleccionar un nuevo proceso de postratamiento para reducir o eliminar la contaminación en el proceso de producción. Este método es muy útil para los técnicos de la industria química. Por ejemplo, en la síntesis orgánica, se suele utilizar la dilución con agua de los reactivos (separación acuosa) para precipitar los productos de reacción del disolvente orgánico. El licor madre resultante de la separación acuosa contiene una gran cantidad de agua, y el disolvente orgánico (como metanol, etanol y otros disolventes hidrosolubles) que contiene es difícil de recuperar, lo que provoca su contaminación en las aguas residuales. Si se recupera la mayor parte del disolvente mediante destilación antes de la dilución y posteriormente se diluye con agua, el contenido de materia orgánica en las aguas residuales puede reducirse significativamente. Para garantizar la calidad de los productos resultantes, a menudo es necesario lavar los productos de reacción o los intermedios para eliminar las impurezas presentes. La eficacia del lavado influye considerablemente en el grado de contaminación de las aguas residuales. Sin embargo, si se adopta una nueva tecnología de postratamiento, las aguas residuales de lavado pueden eliminarse por completo durante el proceso, logrando así un vertido cero. Un contenido excesivo de sal en las aguas residuales inhibe el crecimiento y la reproducción de microorganismos y afecta la eficacia del tratamiento bioquímico. También podemos adoptar un nuevo proceso de postratamiento para solucionar esta dificultad en el tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, en una fábrica se hace reaccionar p-nitroclorobenceno con hidróxido de sodio en metanol para obtener p-nitroanisol. El proceso de postratamiento original consiste en lavar con agua para eliminar el cloruro de sodio (NaCl) de los reactivos. Este proceso genera un gran volumen de aguas residuales con un alto contenido de sal, lo que dificulta el tratamiento bioquímico posterior. Posteriormente, la planta mejoró el proceso de postratamiento, filtrando primero el NaCl de la fase orgánica, lavando después con agua y precipitando el p-nitroanisol. El proceso mejorado no solo redujo la cantidad de aguas residuales en un 50%, sino que también recuperó el 97,4% de la sal en las aguas residuales, redujo la carga orgánica de las aguas residuales en un 58,7% y mejoró enormemente la biodegradabilidad de las aguas residuales.
(4) Fortalecimiento de la recuperación de solventes. En la mayoría de las plantas de producción de materias primas químicas, la proporción de solventes utilizados en las materias primas y auxiliares es bastante alta. Se puede afirmar que la carga orgánica en muchas aguas residuales de producción proviene principalmente de los solventes. Por lo tanto, prestar atención y realizar una buena recuperación de solventes no solo es una medida importante para prevenir y reducir la contaminación, sino también una forma importante de reducir costos, aumentar la eficiencia y mejorar las ganancias, con beneficios tanto ambientales como económicos. Por ejemplo, una fábrica farmacéutica en Shanghái que produce hormonas tiene una emisión diaria total de carga orgánica (DQO) de 8 toneladas, lo que la convierte en una de las principales fuentes de contaminación en la región. La gestión ambiental de la planta comenzó con la recuperación de solventes. El agua residual madre que contenía el mismo solvente se recolectó y recicló. Como resultado, la descarga diaria total de carga orgánica en las aguas residuales se redujo de 8 toneladas a 3 toneladas. Los ingresos por la recuperación de solventes superaron los costos operativos de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Las aguas residuales contienen numerosas sustancias orgánicas, a menudo decenas, incluso cientos. El análisis cualitativo y cuantitativo de cada sustancia orgánica en las aguas residuales es un proceso laborioso y que requiere un gran esfuerzo químico. Por lo tanto, ¿es posible utilizar un único indicador de contaminación que represente todas las sustancias orgánicas presentes en las aguas residuales y sus cantidades? La investigación realizada por científicos ambientales ha revelado que todas las sustancias orgánicas comparten dos características comunes: primero, están compuestas por al menos un átomo de carbono y uno de hidrógeno; segundo, la gran mayoría de las sustancias orgánicas pueden oxidarse química o microbiológicamente, reaccionando su carbono e hidrógeno con el oxígeno para formar dióxido de carbono y agua, respectivamente. Tanto si se oxidan química como biológicamente, las sustancias orgánicas en las aguas residuales consumen oxígeno. Cuanto mayor sea la cantidad de materia orgánica en las aguas residuales, mayor será el consumo de oxígeno, y ambos son directamente proporcionales. Por consiguiente, los científicos ambientales denominan demanda química de oxígeno (DQO) a la cantidad de oxígeno consumido cuando las aguas residuales se oxidan con productos químicos, y demanda biológica de oxígeno (DBO) a la cantidad de oxígeno consumido cuando se oxidan con microorganismos. Debido a que la DQO y la DBO reflejan de manera integral la cantidad de toda la materia orgánica en las aguas residuales y son relativamente sencillas de analizar, se utilizan ampliamente en el análisis de aguas residuales y la ingeniería ambiental.
De hecho, la DQO no solo indica la materia orgánica en el agua, sino también las sustancias inorgánicas con propiedades reductoras, como sulfuros, iones ferrosos, sulfito de sodio e incluso iones cloruro. Por ejemplo, si los iones ferrosos presentes en el efluente del depósito de hierro y carbono no se eliminan por completo en el tanque de neutralización, la DQO del efluente del tratamiento biológico podría superar el límite permitido debido a la presencia de dichos iones.

La demanda química de oxígeno (DQO) se refiere a la cantidad de oxígeno que requieren las sustancias oxidables en las aguas residuales al oxidarse con un oxidante químico, medida en miligramos de oxígeno por litro. Actualmente, es el método más utilizado para medir el contenido de materia orgánica en las aguas residuales. Entre los oxidantes comunes empleados en el análisis de la DQO se encuentran el permanganato de potasio (método del manganeso, DQOm) y el dicromato de potasio (método del cromo, DQOcr), siendo este último el más utilizado. La materia orgánica se oxida calentando las aguas residuales con un ácido fuerte a reflujo y ebullición. El uso de sulfato de plata como catalizador puede aumentar la tasa de oxidación de la mayoría de la materia orgánica hasta un 85-95 %. Si las aguas residuales contienen altas concentraciones de iones cloruro, se debe utilizar sulfato mercúrico para filtrar dichos iones y reducir la interferencia en la determinación de la DQO.

La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) también puede indicar el grado de contaminación orgánica en las aguas residuales. La medida más utilizada es la DBO5, que indica la cantidad de oxígeno necesaria para que las aguas residuales se biodegraden en presencia de microorganismos durante un período de 5 días. En adelante, utilizaremos con frecuencia la DBO5.

Algunas sustancias orgánicas son biodegradables (como la glucosa y el etanol), otras solo se biodegradan parcialmente (como el metanol) y otras no se biodegradan y son tóxicas (como el ginkgo biloba, el ácido ginkgólico y ciertos tensioactivos). Por lo tanto, la materia orgánica en el agua se puede dividir en dos componentes: materia orgánica biodegradable y materia orgánica no biodegradable.
La DQO se considera generalmente representativa de prácticamente toda la materia orgánica presente en el agua. La DBO, en cambio, representa la materia orgánica biodegradable. Por lo tanto, la diferencia entre la DQO y la DBO representa la materia orgánica no biodegradable en las aguas residuales.

La relación B/C representa la proporción de DBO5 a DQO, que indica la biodegradabilidad de las aguas residuales. Si DQO no biodegradable (DQONB) representa la fracción no biodegradable de la DQO, entonces la proporción de materia orgánica en las aguas residuales que no es biodegradable por microorganismos se puede expresar como DQONB/DQO.
Cuando la relación DBO5/DQO es ≥ 0,45, la materia orgánica no biodegradable representa menos del 20 % de la materia orgánica total. Cuando la relación DBO5/DQO es ≤ 0,2, la materia orgánica no biodegradable representa más del 60 % de la materia orgánica total.
La relación B/C es de gran importancia y relevancia práctica en la ingeniería ambiental.

El pH es un método para expresar la acidez o alcalinidad de una solución acuosa. A menudo, expresamos el pH de una solución acuosa como un porcentaje, por ejemplo, una solución de ácido sulfúrico al 1 % o una solución alcalina al 1 %. Sin embargo, cuando el pH de una solución acuosa es muy bajo, expresarlo como porcentaje resulta engorroso. En tales casos, se puede utilizar el valor absoluto del pH. El rango de pH es de 0 a 14. Cuando el pH es 7, el agua es neutra; cuando el pH es menor que 7, el agua es ácida, y cuanto menor sea el pH, mayor será su acidez. Cuando el pH es mayor que 7, el agua es alcalina, y cuanto mayor sea el pH, mayor será su alcalinidad.
Todos los seres vivos del planeta necesitan agua para sobrevivir, pero el rango de pH óptimo para su supervivencia suele ser muy estrecho. Por ello, la Agencia Nacional de Protección Ambiental regula estrictamente el pH del agua tratada, manteniéndolo entre 6 y 9.
El valor del pH en el agua se suele comprobar utilizando papel indicador de pH, pero también se puede medir con instrumentos como los medidores de pH.

En general, las concentraciones de sustancias orgánicas e inorgánicas en las aguas residuales son muy bajas, lo que dificulta y complica su expresión en porcentajes u otras concentraciones. Por ejemplo, una tonelada de aguas residuales suele contener solo unos pocos gramos, decenas de gramos, cientos de gramos o incluso unos pocos kilogramos de contaminantes. La unidad utilizada es gramos por tonelada (g/T). La conversión de toneladas a litros da como resultado miligramos por litro (mg/L). Para los cálculos, consulte la siguiente tabla de conversión:
1 mg/L = 1 parte por millón
1000 mg/L = 1 parte por mil
10.000 mg/L = 1 por ciento

El pretratamiento se refiere generalmente al tratamiento previo al tratamiento bioquímico. Debido a que el tratamiento bioquímico es relativamente económico y estable, se utiliza comúnmente para el tratamiento de aguas residuales industriales y es el método principal de gestión de aguas residuales. Sin embargo, las aguas residuales contienen ciertas sustancias orgánicas que son inhibidoras o tóxicas para los microorganismos. Por lo tanto, el pretratamiento es necesario antes de que las aguas residuales ingresen al tanque bioquímico. El objetivo es minimizar o eliminar estas sustancias inhibidoras o tóxicas para garantizar el funcionamiento normal de los microorganismos en el tanque bioquímico.
El pretratamiento tiene dos objetivos: primero, minimizar y eliminar las sustancias inhibidoras, tóxicas o perjudiciales presentes en las aguas residuales, o convertirlas en sustancias inocuas o beneficiosas para los microorganismos, garantizando así su correcto funcionamiento en el tanque bioquímico; segundo, reducir la carga de DQO durante el pretratamiento para aliviar la carga operativa del tanque. El proceso de pretratamiento se basa en la microelectrólisis de hierro-carbono y el método de reducción-oxidación Fe²⁺/Fe³⁺. Las innumerables células primarias de hierro-carbono que se forman favorecen la reacción redox, la cual destruye y elimina las sustancias tóxicas y perjudiciales de las aguas residuales. Durante la neutralización y precipitación, los flóculos activos formados por hierro divalente y trivalente en condiciones alcalinas adsorben la materia orgánica presente en las aguas residuales, reduciendo la carga de DQO y asegurando el correcto funcionamiento del sistema de tratamiento bioquímico posterior.

Un tanque de recolección de aguas residuales recoge, almacena y equilibra la calidad y cantidad de las mismas. El volumen y la calidad de las aguas residuales vertidas por los distintos talleres suelen ser desiguales. Se generan aguas residuales durante la producción, pero no durante los periodos de inactividad. Esto puede incluso fluctuar significativamente en un mismo día o entre turnos. Esto se observa especialmente en las aguas residuales de la industria química fina. Si no se separan las aguas residuales claras de las turbias, la calidad y cantidad de las aguas residuales de proceso concentradas y menos contaminadas pueden variar considerablemente. Esta variabilidad resulta perjudicial, e incluso dañina, para el correcto funcionamiento y la eficacia del tratamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Por lo tanto, antes de que las aguas residuales entren en la red principal de alcantarillado, debe instalarse un tanque de recolección de aguas residuales con una capacidad determinada para almacenarlas y homogeneizarlas, garantizando así el correcto funcionamiento de los equipos e instalaciones de tratamiento.

Muchas impurezas en suspensión con una gravedad específica mayor que 1, partículas grandes y sólidos suspendidos que se sedimentan fácilmente en aguas residuales pueden eliminarse mediante sedimentación natural, centrifugación y otros métodos. Sin embargo, las partículas en suspensión con una gravedad específica menor que 1, partículas diminutas incluso invisibles a simple vista, son difíciles de sedimentar naturalmente. Por ejemplo, las partículas coloidales tienen un tamaño de 10⁻⁴ a 10⁻⁶ mm. Son muy estables en agua y tienen una tasa de sedimentación extremadamente lenta. Se necesitan 200 años de labranza para que se sedimenten 1 metro. Existen dos razones para la lenta sedimentación: (1) En general, las partículas coloidales tienen carga negativa. Debido a que las cargas iguales se repelen, las partículas coloidales no pueden entrar en contacto entre sí, por lo que no pueden unirse ni suspenderse en el agua. (2) Además, existe una capa de moléculas que rodea estrechamente la superficie de las partículas coloidales. Esta capa de hidratación también dificulta y aísla el contacto entre las partículas coloidales, impidiendo que se unan entre sí y queden suspendidas en agua.

Para precipitar partículas coloidales, estas deben entrar en contacto entre sí, formando partículas de mayor tamaño. Esto implica su agregación, lo que provoca que su densidad supere 1 y, por consiguiente, la precipitación. Existen numerosos métodos disponibles, y entre las técnicas de ingeniería más utilizadas se encuentran la coagulación, la floculación y la precipitación.

Cuando se añade un coagulante que contiene iones positivos a las aguas residuales, la presencia de una gran cantidad de iones positivos entre las partículas coloidales elimina la repulsión electrostática entre ellas, lo que provoca su aglomeración. Este proceso de aglomeración de partículas coloidales mediante la adición de electrolitos de iones positivos se denomina coagulación. Entre los coagulantes de uso común se encuentran el sulfato de aluminio, el sulfato ferroso, el alumbre y el cloruro férrico.

La floculación consiste en añadir un coagulante polimérico a las aguas residuales. Al disolverse, el polímero forma polímeros. Este polímero tiene una estructura lineal, donde un extremo tira de una partícula diminuta y el otro extremo tira de otra, actuando como puente entre las dos partículas distantes. Esto crea un enlace que provoca que las partículas aumenten gradualmente de tamaño, formando finalmente grandes flóculos (comúnmente conocidos como flóculos de alumbre), que aceleran la sedimentación de las partículas. Entre los floculantes más utilizados se encuentran la poliacrilamida (PAM) y el hierro poliférrico (PE).

Durante el proceso de coagulación, el hierro poliférrico forma flóculos de hidróxido férrico, los cuales poseen una alta capacidad de adsorción de materia orgánica en aguas residuales. Datos experimentales demuestran que la floculación y adsorción con hierro poliférrico permite eliminar entre un 10 % y un 20 % de la DQO en aguas residuales, reduciendo significativamente la carga operativa del tanque bioquímico y facilitando el tratamiento de aguas residuales que cumplen con los estándares de vertido. Además, el pretratamiento con hierro poliférrico elimina sustancias traza tóxicas o inhibidoras para los microorganismos, garantizando así su correcto funcionamiento en el tanque bioquímico. Entre los diversos coagulantes, el hierro poliférrico es relativamente económico (25-300 yuanes/ton), lo que se traduce en costos de tratamiento relativamente bajos y lo hace idóneo para el pretratamiento de aguas residuales de proceso.
El hierro poliférrico es una sustancia ácida y altamente corrosiva, por lo que los equipos de tratamiento deben estar debidamente protegidos contra la corrosión.

La coagulación es el proceso combinado de coagulación y floculación. Se utiliza con frecuencia en experimentos e ingeniería. Por ejemplo, primero se añade sulfato ferroso y otros productos químicos al agua para eliminar la repulsión electrostática entre las partículas coloidales. A continuación, se añade poliacrilamida (PAM) para aumentar gradualmente el tamaño de las partículas, formando flóculos visibles que, en última instancia, provocan la sedimentación.

La adsorción es el proceso que utiliza sólidos porosos (como el carbón activado) o materiales floculantes (como el hierro poliférrico) para adsorber sustancias tóxicas y nocivas presentes en las aguas residuales, ya sea en su superficie o dentro de los microporos, purificando así el agua. Las sustancias adsorbidas pueden ser tanto sólidas insolubles como solubles. El tratamiento por adsorción es altamente eficiente y produce efluentes de alta calidad, lo que lo convierte en un método común para el tratamiento avanzado de aguas residuales. La adsorción también puede incorporarse a unidades de tratamiento bioquímico para mejorar su eficiencia (por ejemplo, el método PACT).

El método de tratamiento hierro-carbono, también conocido como método de microelectrólisis hierro-carbono o método de electrólisis interna hierro-carbono, es una aplicación de la tecnología de tratamiento de aguas residuales con hierro metálico. Su uso como tecnología de pretratamiento resulta excepcionalmente eficaz para tratar aguas residuales tóxicas y peligrosas con altas concentraciones de DQO. Si bien el mecanismo de tratamiento aún no se comprende del todo, una explicación generalmente aceptada es que, en condiciones ácidas, se forman innumerables microcorrientes de reacción entre el hierro y el carbono, donde la materia orgánica se reduce y oxida por acción de la microcorriente. El efluente hierro-carbono se neutraliza posteriormente con cal o lechada de cal, lo que da lugar a la formación de flóculos coloidales de Fe(OH)₂ con una alta capacidad floculante y de adsorción de materia orgánica. Por lo tanto, el método hierro-carbono combina las propiedades reductoras del hierro, las propiedades electroquímicas del hierro-carbono y los efectos floculantes y de adsorción de los iones de hierro. Es la combinación de estas tres propiedades lo que permite que el método hierro-carbono logre excelentes resultados de tratamiento. Las desventajas del método hierro-carbono son: (1) Las limaduras de hierro tienden a formar grumos después de estar sumergidas en un medio ácido durante mucho tiempo, lo que provoca obstrucciones y canalizaciones, lo que dificulta la operación y reduce la eficacia del tratamiento;
(2) El hierro disuelve una gran cantidad de hierro en condiciones ácidas y se produce una gran cantidad de lodo después de la neutralización con álcali.

Después de ajustar el pH de las aguas residuales a 2 con ácido sulfúrico y tratarlas con carbón de hierro, el ácido sulfúrico se convierte en sulfato ferroso y el pH de las aguas residuales aumenta de 2 a 5-6. Entonces, ¿por qué se sigue necesitando cal en polvo para neutralizar el efluente del carbón de hierro? ¿O se puede añadir menos cal durante el proceso de neutralización? El efluente de la planta de tratamiento de carbón de hierro contiene una gran cantidad de sulfato ferroso. Si no se elimina, afectará el crecimiento y la reproducción de los microorganismos en el tanque bioquímico posterior. Por lo tanto, se debe usar cal para elevar el pH de las aguas residuales de 5-6 a más de 9. Esto convierte el sulfato ferroso soluble en agua en hidróxido ferroso y sulfato de calcio insolubles. Estos se precipitan mediante coagulación y sedimentación para garantizar que las aguas residuales que ingresan al tanque bioquímico estén libres de sulfato ferroso.

Los lodos producidos por reacciones químicas (como la neutralización) y tratamientos fisicoquímicos (como la coagulación química) se denominan convencionalmente lodos químicos. Los lodos formados tras la neutralización y coagulación del efluente del carbón vegetal se componen principalmente de hidróxido ferroso y sulfato de calcio. La cantidad de lodos producidos se puede calcular en función de la cantidad de ácido sulfúrico y cal en polvo añadidos. En ingeniería, también se pueden utilizar estimaciones empíricas. En general, si el pH del agua residual tratada con carbón vegetal es de alrededor de 2, la cantidad de lodos químicos producidos por tonelada de aguas residuales (con un 80 % de contenido de agua) tras la neutralización y coagulación es de aproximadamente 50 kg.

El tratamiento bioquímico de aguas residuales es uno de los procesos más importantes en un sistema de tratamiento de aguas residuales, y a menudo se le denomina simplemente tratamiento bioquímico. Este tratamiento utiliza la actividad biológica de los microorganismos para eliminar eficazmente la materia orgánica soluble y parte de la insoluble, purificando así el agua. De hecho, todos estamos familiarizados con el tratamiento bioquímico. Los cuerpos de agua naturales mantienen una cadena alimentaria: los peces grandes se alimentan de peces pequeños, estos de camarones, los camarones de insectos, los insectos de microorganismos y estos descomponen las aguas residuales. Sin esta cadena alimentaria, la naturaleza estaría sumida en el caos. Los ríos naturales albergan una gran cantidad de microorganismos que se alimentan de materia orgánica. Día y noche, oxidan o reducen la materia orgánica (como aguas residuales industriales, pesticidas, fertilizantes y heces) vertida en los ríos, convirtiéndola finalmente en materia inorgánica. Sin microorganismos, los ríos que nos rodean se contaminarían en cuestión de meses, o incluso de uno o dos años. Los microorganismos son demasiado pequeños y están demasiado dispersos para ser visibles a simple vista. Los proyectos de tratamiento bioquímico de aguas residuales intensifican este proceso en condiciones artificiales. Innumerables microorganismos se concentran en un único depósito, creando un entorno ideal para su reproducción y crecimiento (por ejemplo, temperatura, pH, oxígeno y nutrientes como nitrógeno y fósforo). Esto permite que los microorganismos proliferen rápidamente, aumentando su velocidad y eficiencia en la descomposición de la materia orgánica. Posteriormente, las aguas residuales se bombean al depósito, donde la materia orgánica se oxida y degrada mediante la acción microbiana, logrando así la purificación y el tratamiento de las aguas residuales. En comparación con otros métodos de tratamiento, el método bioquímico presenta ventajas como un bajo consumo energético, la ausencia de adición de productos químicos, una alta eficacia de tratamiento y un bajo coste.

Las aguas residuales contienen materia orgánica como carbohidratos, grasas y proteínas. Esta materia orgánica inerte sirve de alimento para los microorganismos. Parte de esta materia se degrada y se sintetiza en sustancias celulares (metabolitos combinados), mientras que otra parte se degrada y se oxida en agua, dióxido de carbono y otras sustancias (metabolitos de descomposición). En este proceso, los microorganismos degradan y eliminan los contaminantes orgánicos presentes en las aguas residuales.

Además de nutrientes, los microorganismos también requieren factores ambientales adecuados, como temperatura, pH, oxígeno disuelto y presión osmótica, para sobrevivir. Las condiciones ambientales anormales pueden afectar las actividades vitales microbianas e incluso causar mutaciones o la muerte.

En el tratamiento biológico de aguas residuales, el rango de temperatura óptimo para los microorganismos suele ser de 16 a 30 °C, con una temperatura máxima de 37 a 43 °C. Los microorganismos dejan de crecer cuando la temperatura desciende por debajo de los 10 °C. Dentro de este rango de temperatura, cada aumento de 10 °C incrementa la tasa metabólica microbiana y la tasa de eliminación de DQO en aproximadamente un 10 %. Por el contrario, cada disminución de 10 °C reduce la tasa de eliminación de DQO en un 10 %. Por lo tanto, en invierno, la tasa de eliminación bioquímica de DQO es significativamente menor que en otras estaciones.

La actividad y el metabolismo microbianos están estrechamente relacionados con el pH. La mayoría de los microorganismos se adaptan a un rango de pH de 4,5 a 9, con un rango óptimo de 6,5 a 7,5. Cuando el pH desciende por debajo de 6,5, los hongos comienzan a competir con las bacterias. Con un pH de 4,5, los hongos dominan por completo el tanque bioquímico, lo que afecta gravemente la sedimentación de lodos. Cuando el pH supera 9, la tasa metabólica microbiana se ve afectada.
Los distintos microorganismos tienen diferentes requerimientos de pH. En el tratamiento biológico aeróbico, el pH puede variar entre 6,5 y 8,5; en el tratamiento biológico anaeróbico, los microorganismos tienen requerimientos de pH más estrictos, y el pH debe estar entre 6,7 y 7,4.

El oxígeno disuelto en el agua se denomina oxígeno disuelto. Los organismos y microorganismos aerobios presentes en el agua dependen del oxígeno disuelto para sobrevivir. Los distintos microorganismos tienen diferentes requerimientos de oxígeno disuelto. Los microorganismos aerobios requieren un suministro adecuado de oxígeno disuelto. Generalmente, el nivel de oxígeno disuelto debe mantenerse en 3 mg/L, con un mínimo de 2 mg/L. Los microorganismos anaerobios facultativos requieren un rango de oxígeno disuelto de 0,2 a 2,0 mg/L, mientras que los microorganismos anaerobios requieren un rango inferior a 0,2 mg/L.

Describamos primero un experimento de presión osmótica: una membrana semipermeable separa dos soluciones salinas de distinta concentración. Las moléculas de agua de la solución de menor concentración atraviesan la membrana hacia la solución de mayor concentración. Del mismo modo, las moléculas de agua de la solución de mayor concentración también atraviesan la membrana hacia la solución de menor concentración, pero en menor cantidad. Por lo tanto, el nivel del líquido en el lado de la solución de mayor concentración asciende. Cuando la diferencia de altura entre los dos niveles de líquido genera suficiente presión como para impedir que el agua siga fluyendo, la ósmosis se detiene. Esta presión generada por la diferencia de altura es la presión osmótica. En general, cuanto mayor es la concentración de sal, mayor es la presión osmótica.
El comportamiento de los microorganismos en soluciones salinas es similar al experimento de presión osmótica. Los microorganismos están compuestos por células, cuyas paredes celulares actúan como membranas semipermeables. A concentraciones de iones cloruro de 2000 mg/L o menos, la pared celular puede soportar una presión osmótica de 0,5 a 1,0 atmósferas. Incluso con la mayor resistencia y elasticidad de la pared celular y la membrana citoplasmática, la presión osmótica que la pared celular puede soportar no supera las 5-6 atmósferas. Sin embargo, cuando la concentración de iones cloruro en una solución acuosa supera los 5000 mg/L, la presión osmótica aumenta a aproximadamente 10-30 atmósferas. Bajo una presión osmótica tan elevada, una gran cantidad de moléculas de agua dentro de los microorganismos se filtran a la solución externa, causando deshidratación celular y plasmólisis, y en casos graves, la muerte microbiana. Este principio se utiliza en la vida cotidiana, por ejemplo, en el uso de sal (cloruro de sodio) para encurtir verduras y pescado, esterilizar y conservar alimentos. Los datos experimentales muestran que cuando la concentración de iones cloruro en las aguas residuales supera los 2000 mg/L, la actividad microbiana se inhibe y la eliminación de la DQO disminuye significativamente. Cuando la concentración de iones cloruro en las aguas residuales supera los 8000 mg/L, el volumen de lodos aumenta, aparece gran cantidad de espuma en la superficie y los microorganismos mueren.
Sin embargo, tras un largo periodo de aclimatación, los microorganismos se adaptan gradualmente al crecimiento y la reproducción en agua salada de alta concentración. Estos microorganismos ya se han aclimatado a concentraciones de iones cloruro o sulfato superiores a 10 000 mg/L. No obstante, el principio de presión osmótica indica que los microorganismos adaptados al crecimiento y la reproducción en agua salada de alta concentración presentan una elevada concentración de sal en su savia celular. Cuando la concentración de sal en las aguas residuales es baja o muy baja, grandes cantidades de moléculas de agua penetran en los microorganismos, provocando la hinchazón de sus células y, en casos graves, su ruptura y muerte. Por lo tanto, los microorganismos que se han aclimatado durante un largo periodo y se han adaptado gradualmente al crecimiento y la reproducción en agua salada de alta concentración requieren que la concentración de sal en su afluente bioquímico se mantenga a un nivel consistentemente alto. No se recomiendan fluctuaciones en este rango, ya que provocarían una mortalidad microbiana masiva.

El tratamiento bioquímico se divide en dos categorías: aeróbico y anóxico, según los requerimientos de oxígeno para el crecimiento microbiano. El tratamiento bioquímico anóxico se subdivide en anaerobio facultativo y anóxico. Durante el tratamiento bioquímico aeróbico, los microorganismos aerobios requieren grandes cantidades de oxígeno para reducir la materia orgánica en las aguas residuales. En cambio, durante el tratamiento bioquímico facultativo, estos microorganismos solo requieren una pequeña cantidad de oxígeno para desarrollarse y degradar la materia orgánica. El exceso de oxígeno en el agua dificulta el crecimiento de los microorganismos facultativos, afectando su eficacia en el tratamiento de la materia orgánica.
Los microorganismos facultativos pueden adaptarse a aguas residuales con altas concentraciones de DQO, con concentraciones de DQO en el afluente superiores a 2000 mg/L y tasas de eliminación de DQO que generalmente oscilan entre el 50 % y el 80 %. Los microorganismos aerobios, en cambio, solo pueden adaptarse a aguas residuales con concentraciones de DQO más bajas, generalmente controladas por debajo de 1000-1500 mg/L, con tasas de eliminación de DQO que generalmente oscilan entre el 50 % y el 80 %. Tanto los tratamientos bioquímicos facultativos como los aerobios requieren tiempos de tratamiento relativamente cortos, típicamente de 12 a 24 horas. Aprovechando tanto las diferencias como las similitudes entre los procesos bioquímicos facultativos y aerobios, los investigadores han combinado ambos tratamientos. Las aguas residuales con mayores concentraciones de DQO se someten primero a un tratamiento bioquímico facultativo, y el efluente del tanque bioquímico facultativo sirve como afluente para el tanque aerobio. Este tratamiento combinado reduce el volumen del tanque bioquímico, lo que supone un ahorro tanto en inversión ambiental como en costes operativos.
Los principios y funciones de los tratamientos bioquímicos anaeróbicos y facultativos son idénticos. La diferencia radica en que los microorganismos anaeróbicos no requieren oxígeno para su crecimiento y degradación de la materia orgánica, y pueden adaptarse a aguas residuales con concentraciones de DQO más elevadas (4000-10 000 mg/L). Una desventaja del tratamiento bioquímico anaeróbico es su largo proceso, que suele requerir más de 40 horas de residencia en el tanque.

Las tecnologías de tratamiento biológico más utilizadas y prácticas en el tratamiento de aguas residuales se dividen en dos categorías: lodos activados y biopelículas.
El proceso de lodos activados utiliza el metabolismo bioquímico de la biota en suspensión para el tratamiento aeróbico de aguas residuales. Durante su crecimiento y reproducción, los microorganismos forman grandes flóculos que pueden flocular y adsorber grandes cantidades de contaminantes suspendidos, coloidales o disueltos en las aguas residuales. Estos contaminantes son absorbidos por las células y, en presencia de oxígeno, se oxidan completamente liberando energía, CO₂ y H₂O. La concentración de lodos en el proceso de lodos activados suele ser de 4 g/L.
En el proceso de biopelícula, los microorganismos se adhieren a la superficie del material de relleno, formando una biopelícula coloidal. Esta biopelícula presenta típicamente una estructura esponjosa y floculenta con numerosos microporos y una gran superficie, lo que resulta en una alta capacidad de adsorción y facilita la descomposición y utilización de la materia orgánica adsorbida por los microorganismos. Durante el tratamiento, el flujo de agua y la agitación del aire mantienen la superficie de la biopelícula en contacto constante con el agua. Los contaminantes orgánicos y el oxígeno disuelto en las aguas residuales son absorbidos por la biopelícula, y los microorganismos presentes en ella descomponen continuamente estas sustancias orgánicas. Al oxidar y descomponer la materia orgánica, la propia biopelícula experimenta un metabolismo continuo. El lodo de biopelícula envejecido se desprende y es arrastrado fuera de la planta de tratamiento biológico por el agua tratada, donde se separa del agua en el tanque de sedimentación. La concentración de lodo del proceso de biopelícula suele ser de 6-8 g/L.
Para aumentar la concentración de lodos y, por lo tanto, la eficiencia del tratamiento, el proceso de lodos activados puede combinarse con el proceso de biopelícula. Se pueden añadir rellenos al tanque de lodos activados. Este biorreactor, que contiene microorganismos formadores de biopelícula y microorganismos en suspensión, se denomina biorreactor híbrido. Alcanza una concentración de lodos muy elevada, generalmente en torno a 14 g/L.

El proceso de biopelícula y el proceso de lodos activados son formatos distintos de reactores de tratamiento bioquímico. La principal diferencia radica en que, en el proceso de biopelícula, los microorganismos no requieren un soporte y el biolodo se encuentra en suspensión, mientras que en el proceso de lodos activados los microorganismos están adheridos al soporte. Sin embargo, los mecanismos para el tratamiento de aguas residuales y la purificación del agua son los mismos. Además, el biolodo producido por ambos procesos es lodo activado aerobio, y su composición es bastante similar. Asimismo, debido a que los microorganismos en el proceso de biopelícula están adheridos al soporte, pueden formar un ecosistema más estable. Su consumo energético es menor que en el proceso de lodos activados, lo que resulta en una menor cantidad de lodo residual en el proceso de biopelícula. Shanghai Xinyi Bailuda Pharmaceutical Co., Ltd. utiliza el proceso de biopelícula en sus tanques de oxidación por contacto, mientras que sus tanques bioquímicos SBR utilizan el proceso de lodos activados.

Desde una perspectiva microbiológica, el lodo en un tanque bioquímico constituye una comunidad de diversos microorganismos biológicamente activos. Al examinar las partículas de lodo bajo un microscopio, se puede observar una variedad de microorganismos en su interior: bacterias, hongos, protozoos y metazoos (como rotíferos, larvas de insectos y gusanos). Estos forman una cadena alimentaria. Las bacterias y los hongos pueden descomponer compuestos orgánicos complejos, obteniendo la energía necesaria para sus actividades y su propio crecimiento. Los protozoos se alimentan de bacterias y hongos, que a su vez son consumidos por los metazoos. Los metazoos también pueden depender directamente de las bacterias para su supervivencia. Este lodo floculento, repleto de microorganismos y capaz de degradar la materia orgánica, se denomina lodo activado.
Además de estar compuesto por microorganismos, el lodo activado contiene sustancias inorgánicas y materia orgánica adsorbida que no se biodegrada (es decir, residuos del metabolismo microbiano). Su contenido de humedad suele ser del 98-99%. Al igual que los flóculos, el lodo activado presenta una gran superficie, lo que le confiere una alta capacidad de adsorción y descomposición oxidativa de la materia orgánica.

La evaluación y el análisis del crecimiento de lodos activados difieren entre el proceso de lodos activados y el proceso de biopelículas.
En el proceso de biopelícula, el crecimiento de lodos activados se evalúa principalmente mediante la observación microscópica directa de la biomasa. Además de esta observación, otros indicadores comúnmente utilizados para evaluar dicho crecimiento incluyen los sólidos suspendidos en licor mixto (SSLM), los sólidos suspendidos volátiles en licor mixto (SSVLM), la relación de sedimentación de lodos (SV) y el índice de sedimentación de lodos (ISL).

La presencia de micrometazoos (como rotíferos y nematodos) indica un crecimiento saludable de la comunidad microbiana y un ecosistema de lodos activados relativamente estable. En esta etapa, el tratamiento bioquímico es más eficaz, de forma similar a como los peces pequeños y los camarones prosperan en un río donde se capturan peces grandes con frecuencia.

Los sólidos suspendidos en licor mixto (SSLM), también conocidos como concentración de lodos, se refieren al peso de lodo seco por unidad de volumen del licor mixto del tanque bioquímico. Los SSLM se miden en miligramos por litro y se utilizan para caracterizar la concentración de lodos activados. Incluyen tanto materia orgánica como inorgánica. Generalmente, el valor de SSLM en un tanque bioquímico SBR debe controlarse entre 2000 y 4000 mg/L.

Los sólidos volátiles suspendidos en licor mixto (SVSM) se refieren al peso de la materia volátil en lodos secos por unidad de volumen de licor mixto del tanque bioquímico, y se miden en miligramos por litro. Dado que excluyen la materia inorgánica de los lodos activados, representan con mayor precisión la cantidad de microorganismos presentes en ellos.

La relación de sedimentación de lodos (SV) se refiere al porcentaje de volumen de lodo sedimentado con respecto al licor mixto en el tanque de aireación, después de 30 minutos de sedimentación en una probeta graduada de 100 ml. A veces se expresa como SV30. Generalmente, la SV en tanques bioquímicos oscila entre el 20 % y el 40 %. La relación de sedimentación de lodos es relativamente fácil de medir y es uno de los indicadores clave para evaluar los lodos activados. Se utiliza frecuentemente para controlar el vertido excesivo de lodos y abordar rápidamente anomalías como el hinchamiento de los lodos. Obviamente, la SV también está relacionada con la concentración de lodos.

El Índice Volumétrico de Lodos (IVL) mide el volumen en mililitros que ocupa 1 gramo de lodo seco en estado húmedo. La fórmula de cálculo es la siguiente:
SVI = SV * 10 / MLSS
El índice volumétrico de lodos (IVL) elimina la influencia de la concentración de lodos y refleja mejor la cohesión y las propiedades de sedimentación de los lodos activados. Generalmente se cree que:
Cuando 60 < SVI < 100, el rendimiento de sedimentación de los lodos es bueno; cuando 100 < SVI < 200, el rendimiento de sedimentación de los lodos es promedio; cuando 200 < SVI < 300, los lodos muestran signos de hinchamiento; y cuando SVI > 300, los lodos ya están hinchados.

El oxígeno disuelto (OD) indica la cantidad de oxígeno disuelto en el agua, expresada en mg/L. Los distintos métodos de tratamiento bioquímico tienen diferentes requisitos de oxígeno disuelto. En los procesos bioquímicos aerobios facultativos, los niveles de oxígeno disuelto en el agua generalmente se encuentran entre 0,2 y 2,0 mg/L, mientras que en los procesos bioquímicos aerobios SBR, generalmente se encuentran entre 2,0 y 8,0 mg/L. Por lo tanto, al operar un tanque aerobio facultativo, el volumen y el tiempo de aireación deben ser bajos. En cambio, al operar un tanque aerobio SBR, el volumen y el tiempo de aireación son mucho mayores y más prolongados. Dado que utilizamos oxidación por contacto, el nivel de oxígeno disuelto se controla entre 2,0 y 4,0 mg/L.

La concentración de oxígeno disuelto en el agua se puede expresar utilizando la ley de Henry: Cuando se alcanza el equilibrio: C = KH2*P.
Donde: C es la solubilidad del oxígeno en agua en equilibrio; P es la presión parcial del oxígeno en la fase gaseosa; KH2 es el coeficiente de Henry, que depende de la temperatura. El aumento de la aireación busca acercar la disolución del oxígeno al equilibrio, mientras que los lodos activados también consumen oxígeno del 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), el volumen de aireación, la concentración de lodos y la salinidad.

El oxígeno que requieren los microorganismos en los procesos bioquímicos es suministrado principalmente por los sopladores Roots.

El proceso bioquímico utiliza principalmente el metabolismo microbiano, y los procesos vitales microbianos, como la síntesis celular, requieren cantidades y variedades suficientes de nutrientes (incluidos oligoelementos). En el caso de las aguas residuales químicas, debido al único producto generado, su calidad es relativamente monótona y carece de nutrientes esenciales para los microorganismos. Por ejemplo, las aguas residuales de la producción de la empresa *** contienen únicamente carbono y nitrógeno, pero no fósforo. Estas aguas residuales no pueden satisfacer las necesidades metabólicas de los microorganismos. Por lo tanto, es necesario añadir fósforo a las aguas residuales para mejorar el metabolismo microbiano y promover la síntesis de células microbianas. Esto es similar a la necesidad de consumir cantidades adecuadas de vitaminas al ingerir arroz y harina.

Al igual que los animales y las plantas, los microorganismos también requieren nutrientes esenciales para crecer y reproducirse. Los nutrientes que necesitan son principalmente carbono (C), nitrógeno (N) y fósforo (P). La proporción de estos nutrientes principales en las aguas residuales debe cumplir ciertos requisitos. Para el tratamiento bioquímico aeróbico, la proporción C:N:P suele ser de 100:5:1 (en peso).

Durante el tratamiento bioquímico, los microorganismos presentes en los lodos activados consumen continuamente materia orgánica de las aguas residuales. Parte de esta materia orgánica se oxida para proporcionar energía a las actividades microbianas, mientras que otra parte se utiliza para sintetizar nuevo citoplasma, lo que permite la reproducción de los microorganismos. A medida que los microorganismos metabolizan, algunos de los más viejos mueren, lo que genera un exceso de lodos.

Durante el metabolismo microbiano, parte de la materia orgánica (DBO) es utilizada por los microorganismos para sintetizar nuevo citoplasma y reemplazar a los microorganismos muertos. Por lo tanto, la cantidad de lodo excedente producido está relacionada con la cantidad de DBO descompuesta, y ambas están correlacionadas.
Durante el diseño del proyecto, se suele asumir que por cada kilogramo de DBO5 tratado, se producen entre 0,6 y 0,8 kilogramos de lodo en exceso (100%). Esto equivale a entre 3 y 4 kilogramos de lodo seco con un 80% de humedad.

En el caso de algunas aguas residuales farmacéuticas de difícil biodegradación, resulta complicado alcanzar un nivel de DQO inferior al estándar nacional de vertido primario (100 mg/L) en el efluente del tratamiento bioquímico. Por consiguiente, es fundamental emplear la tecnología de adsorción con carbón activado granular para garantizar que el efluente cumpla con dicho estándar. Sin embargo, este tratamiento presenta una importante desventaja: su elevado coste. La razón principal radica en que la capacidad de adsorción dinámica del carbón activado granular para el tratamiento de la DQO es de tan solo un 10 % (en peso). Esto significa que una tonelada de carbón activado solo puede adsorber y tratar aproximadamente 100 kg de DQO en las aguas residuales. Debido a la dificultad para regenerar el carbón activado granular y al alto coste del tratamiento, la aplicación y promoción de esta tecnología aún no se ha generalizado en China. Por lo tanto, ¿es posible desarrollar una nueva tecnología que permita aumentar significativamente la capacidad de adsorción dinámica del carbón activado y reducir eficazmente los costes del tratamiento de aguas residuales? Se añade carbón activado en polvo al agua de entrada del tratamiento bioquímico (o al tanque de aireación) y se mezcla con el lodo carbonoso retornado en dicho tanque. El exceso de lodo descargado del tanque de espesamiento se introduce posteriormente en la unidad de deshidratación. En el tanque de aireación, el lodo activado se adhiere a la superficie del carbón activado en polvo. La gran superficie específica y la alta capacidad de adsorción del carbón activado en polvo incrementan la capacidad de adsorción del lodo. En particular, las concentraciones de oxígeno disuelto y de sustratos de degradación en la interfase entre el lodo activado y el carbón activado en polvo aumentan significativamente, mejorando así la degradación y la tasa de eliminación de la DQO. En general, dentro de un sistema PACT, la capacidad de adsorción dinámica del carbón activado para la eliminación de la DQO oscila entre el 100 % y el 350 % (en peso). Esto significa que un kilogramo de carbón activado en polvo puede eliminar entre 1,0 y 3,5 kilogramos de DQO. Además, el método PACT puede tratar contaminantes orgánicos tóxicos y peligrosos que son difíciles de biodegradar.