Cheminė medžiaga ir procesas amoniakinio azoto pašalinimui iš vandens

1. Kas yra amoniakinis azotas?

Amoniakinis azotas reiškia amoniaką laisvojo amoniako (arba nejoninio amoniako, NH3) arba joninio amoniako (NH4+) pavidalu. Didesnis pH ir didesnė laisvojo amoniako dalis; priešingai, amonio druskos dalis yra didelė.

Amoniakinis azotas yra vandenyje esanti maistinė medžiaga, galinti sukelti vandens eutrofikaciją, ir pagrindinis deguonį naudojantis teršalas vandenyje, toksiškas žuvims ir kai kuriems vandens organizmams.

Pagrindinis amoniakinio azoto žalingas poveikis vandens organizmams yra laisvasis amoniakas, kurio toksiškumas yra dešimtis kartų didesnis nei amonio druskos ir didėja didėjant šarmingumui. Amoniakinio azoto toksiškumas yra glaudžiai susijęs su baseino vandens pH verte ir vandens temperatūra, paprastai kuo didesnė pH vertė ir vandens temperatūra, tuo stipresnis toksiškumas.

Du apytikslio jautrumo kolorimetriniai metodai, dažniausiai naudojami amoniakui nustatyti, yra klasikinis Neslerio reagento metodas ir fenolio-hipochlorito metodas. Amoniakui nustatyti taip pat dažnai naudojami titravimo ir elektriniai metodai; Kai amoniako azoto kiekis yra didelis, galima naudoti ir distiliavimo titravimo metodą. (Nacionaliniai standartai apima Nato reagento metodą, salicilo rūgšties spektrofotometriją, distiliavimo-titravimo metodą.)

2. Fizinis ir cheminis azoto šalinimo procesas

① Cheminio nusodinimo metodas

Cheminio nusodinimo metodas, dar žinomas kaip MAP nusodinimo metodas, yra magnio ir fosforo rūgšties arba vandenilio fosfato pridėjimas į nuotekas, kuriose yra amoniakinio azoto, kad nuotekose esantis NH4+ reaguotų su Mg+ ir PO4- vandeniniame tirpale ir susidarytų amonio magnio fosfato nusodinimas, kurio molekulinė formulė yra MgNH4P04.6H20, siekiant pašalinti amoniakinį azotą. Magnio amonio fosfatas, paprastai žinomas kaip struvitas, gali būti naudojamas kaip kompostas, dirvožemio priedas arba antipirenas statybiniams konstrukciniams gaminiams. Reakcijos lygtis yra tokia:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką cheminio nusodinimo apdorojimo poveikiui, yra pH vertė, temperatūra, amoniakinio azoto koncentracija ir molinis santykis (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Rezultatai rodo, kad kai pH vertė yra 10, o magnio, azoto ir fosforo molinis santykis yra 1,2:1:1,2, apdorojimo efektas yra geresnis.

Naudojant magnio chloridą ir dinatrio vandenilio fosfatą kaip nusodinimo medžiagas, rezultatai rodo, kad apdorojimo efektas yra geresnis, kai pH vertė yra 9,5, o magnio, azoto ir fosforo molinis santykis yra 1,2:1:1.

Rezultatai rodo, kad MgC12 + Na3PO4.12H20 yra pranašesnis už kitus nusodinimo medžiagų derinius. Kai pH vertė yra 10,0, temperatūra 30 ℃, n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1, amoniakinio azoto masės koncentracija nuotekose po 30 min. maišymo sumažėja nuo 222 mg/l prieš valymą iki 17 mg/l, o pašalinimo greitis yra 92,3 %.

Didelės koncentracijos pramoninių amoniakinio azoto nuotekų valymui buvo sujungti cheminio nusodinimo ir skystos membranos metodai. Optimizavus nusodinimo procesą, amoniakinio azoto pašalinimo greitis pasiekė 98,1 %, o tolesnis apdorojimas skystos plėvelės metodu sumažino amoniakinio azoto koncentraciją iki 0,005 g/l, pasiekdamas nacionalinį pirmos klasės išmetamųjų teršalų standartą.

Buvo tirtas dvivalentių metalų jonų (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+), išskyrus Mg+, šalinimo poveikis amoniakiniam azotui, veikiant fosfatui. Buvo pasiūlytas naujas CaSO4 nusodinimo-MAP nusodinimo procesas amonio sulfato nuotekoms. Rezultatai rodo, kad tradicinį NaOH reguliatorių galima pakeisti kalkėmis.

Cheminio nusodinimo metodo privalumas yra tas, kad esant didelei amoniakinio azoto koncentracijai nuotekose, kitų metodų, tokių kaip biologinis metodas, lūžio taško chlorinimo metodas, membraninio atskyrimo metodas, jonų mainų metodas ir kt., taikymas yra ribotas. Šiuo metu cheminio nusodinimo metodas gali būti naudojamas išankstiniam valymui. Cheminio nusodinimo metodo pašalinimo efektyvumas yra geresnis, jo neriboja temperatūra, o operacija yra paprasta. Nusodintas dumblas, kuriame yra magnio amonio fosfato, gali būti naudojamas kaip sudėtinė trąša atliekoms utilizuoti, taip kompensuojant dalį sąnaudų; Jei jį galima derinti su kai kuriomis pramonės įmonėmis, gaminančiomis fosfato nuotekas, ir įmonėmis, gaminančiomis druskos tirpalą, tai gali sutaupyti farmacijos išlaidas ir palengvinti didelio masto naudojimą.

Cheminio nusodinimo metodo trūkumas yra tas, kad dėl amonio magnio fosfato tirpumo produkto apribojimo, kai amoniakinis azotas nuotekose pasiekia tam tikrą koncentraciją, pašalinimo efektas nėra akivaizdus, ​​o sąnaudos labai padidėja. Todėl cheminio nusodinimo metodas turėtų būti naudojamas kartu su kitais metodais, tinkamais pažangiam valymui. Naudojamas didelis reagentų kiekis, susidarantis dumblas yra didelis, o valymo sąnaudos yra didelės. Chlorido jonų ir likutinio fosforo patekimas dozuojant chemines medžiagas gali lengvai sukelti antrinę taršą.

Didmeninė aliuminio sulfato gamintoja ir tiekėja | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Didmeninė dvibazio natrio fosfato gamintojo ir tiekėjo įmonė | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②pūtimo metodas

Amoniakinio azoto šalinimo pūtimo metodu pH vertė sureguliuojama iki šarminės būsenos, kad nuotekose esantis amoniako jonas būtų paverstas amoniaku ir daugiausia būtų laisvojo amoniako pavidalu, o tada laisvasis amoniakas iš nuotekų pašalinamas per nešiklio dujas, taip pasiekiant amoniakinio azoto pašalinimo tikslą. Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką pūtimo efektyvumui, yra pH vertė, temperatūra, dujų ir skysčio santykis, dujų srauto greitis, pradinė koncentracija ir kt. Šiuo metu pūtimo metodas plačiai naudojamas valant nuotekas, kuriose yra didelė amoniakinio azoto koncentracija.

Buvo tirtas amoniakinio azoto šalinimas iš sąvartyno filtrato prapūtimo metodu. Nustatyta, kad pagrindiniai veiksniai, lemiantys prapūtimo efektyvumą, yra temperatūra, dujų ir skysčio santykis bei pH vertė. Kai vandens temperatūra yra aukštesnė nei 2590, dujų ir skysčio santykis yra apie 3500, o pH yra apie 10,5, šalinimo greitis gali siekti daugiau nei 90 % sąvartyno filtrate, o amoniakinio azoto koncentracija siekia 2000–4000 mg/l. Rezultatai rodo, kad kai pH = 11,5, šalinimo temperatūra yra 80 cC, o šalinimo laikas – 120 min., amoniakinio azoto pašalinimo iš nuotekų greitis gali siekti 99,2 %.

Didelės koncentracijos amoniakinio azoto nuotekų išpūtimo efektyvumas buvo matuojamas priešpriešinio srauto išpūtimo bokštu. Rezultatai parodė, kad išpūtimo efektyvumas didėjo didėjant pH vertei. Kuo didesnis dujų ir skysčio santykis, tuo didesnė amoniako šalinimo masės perdavimo varomoji jėga, o tuo labiau didėja ir šalinimo efektyvumas.

Amoniakinio azoto šalinimas pūtimo metodu yra efektyvus, lengvai valdomas ir lengvai kontroliuojamas. Pūtiamas amoniakinis azotas gali būti naudojamas kaip absorberis su sieros rūgštimi, o susidariusios sieros rūgšties lėšos gali būti naudojamos kaip trąšos. Pūtimo metodas šiuo metu yra dažniausiai naudojama fizikinio ir cheminio azoto šalinimo technologija. Tačiau pūtimo metodas turi tam tikrų trūkumų, tokių kaip dažnas nuosėdų susidarymas pūtimo bokšte, mažas amoniakinio azoto šalinimo efektyvumas žemoje temperatūroje ir antrinė tarša, kurią sukelia pūtimo dujos. Pūtimo metodas paprastai derinamas su kitais amoniakinio azoto nuotekų valymo metodais, siekiant iš anksto išvalyti didelės koncentracijos amoniakinio azoto nuotekas.

③Lūžio taško chloravimas

Amoniako šalinimo lūžio taško chlorinimo būdu mechanizmas yra toks: chloro dujos reaguoja su amoniaku ir susidaro nekenksmingos azoto dujos, o N2 išsiskiria į atmosferą, todėl reakcijos šaltinis tęsiasi į dešinę. Reakcijos formulė yra:

HOCl NH4 + + 1,5 – > 0,5 N2 H20 H++ Cl – 1,5 + 2,5 + 1,5)

Kai chloro dujos patenka į nuotekas iki tam tikro taško, laisvojo chloro kiekis vandenyje yra mažas, o amoniako koncentracija lygi nuliui. Kai chloro dujų kiekis peržengia šią tašką, laisvojo chloro kiekis vandenyje padidėja, todėl ši būsena vadinama lūžio tašku, o chloravimas šioje būsenoje vadinamas lūžio taško chloravimu.

Lūžio taško chlorinimo metodas naudojamas gręžinių nuotekoms valyti po amoniakinio azoto pūtimo, o valymo efektui tiesiogiai įtakos turi išankstinio apdorojimo amoniakinio azoto pūtimo procesas. Kai 70 % nuotekose esančio amoniakinio azoto pašalinama pūtimo būdu ir po to apdorojama lūžio taško chlorinimo būdu, amoniakinio azoto masės koncentracija nuotekose yra mažesnė nei 15 mg/l. Zhang Shengli ir kt. tyrimo objektu pasirinko imituotas amoniakinio azoto nuotekas, kurių masės koncentracija yra 100 mg/l, ir tyrimo rezultatai parodė, kad pagrindiniai ir antriniai veiksniai, darantys įtaką amoniakinio azoto pašalinimui oksiduojant natrio hipochloritą, buvo chloro ir amoniakinio azoto kiekio santykis, reakcijos laikas ir pH vertė.

Lūžio taško chlorinimo metodas pasižymi dideliu azoto šalinimo efektyvumu, šalinimo greitis gali siekti 100 %, o amoniako koncentracija nuotekose gali būti sumažinta iki nulio. Poveikis yra stabilus ir nepriklauso nuo temperatūros; Reikalinga mažiau investicijų į įrangą, greitas ir visapusiškas atsakas; Jis sterilizuoja ir dezinfekuoja vandens telkinį. Lūžio taško chlorinimo metodo taikymo sritis yra ta, kad amoniakinio azoto koncentracija nuotekose yra mažesnė nei 40 mg/l, todėl lūžio taško chlorinimo metodas dažniausiai naudojamas pažangiam amoniakinio azoto nuotekų valymui. Saugaus naudojimo ir sandėliavimo reikalavimai yra aukšti, valymo išlaidos yra didelės, o šalutiniai produktai chloraminai ir chloruotos organinės medžiagos sukels antrinę taršą.

④katalizinio oksidacijos metodas

Katalizinio oksidavimo metodas yra katalizatoriaus veikimas, esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui, oro oksidacijos būdu, nuotekose esančios organinės medžiagos ir amoniakas gali būti oksiduojami ir skaidomi į nekenksmingas medžiagas, tokias kaip CO2, N2 ir H2O, siekiant valymo tikslo.

Katalizinio oksidavimo poveikį įtakojantys veiksniai yra katalizatoriaus savybės, temperatūra, reakcijos laikas, pH vertė, amoniakinio azoto koncentracija, slėgis, maišymo intensyvumas ir kt.

Buvo tirtas ozonuoto amoniakinio azoto skaidymo procesas. Rezultatai parodė, kad padidėjus pH vertei, susidarė HO radikalas, pasižymintis stipriu oksidaciniu gebėjimu, ir oksidacijos greitis žymiai padidėjo. Tyrimai rodo, kad ozonas gali oksiduoti amoniakinį azotą į nitritus, o nitritus – į nitratus. Amoniakinio azoto koncentracija vandenyje mažėja laikui bėgant, o amoniakinio azoto pašalinimo greitis yra apie 82 %. CuO-Mn02-Ce02 buvo naudojamas kaip sudėtinis katalizatorius amoniakinio azoto nuotekoms valyti. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad naujai paruošto sudėtinio katalizatoriaus oksidacinis aktyvumas žymiai pagerėjo, o tinkamos proceso sąlygos yra 255 ℃, 4,2 MPa ir pH = 10,8. Valant amoniakinio azoto nuotekas, kurių pradinė koncentracija yra 1023 mg/l, amoniakinio azoto pašalinimo greitis per 150 min. gali pasiekti 98 %, pasiekiant nacionalinį antrinio išleidimo standartą (50 mg/l).

Ceolitu paremto TiO2 fotokatalizatoriaus katalizinis veikimas buvo ištirtas tiriant amoniakinio azoto skaidymo greitį sieros rūgšties tirpale. Rezultatai rodo, kad optimali Ti02/ceolito fotokatalizatoriaus dozė yra 1,5 g/l, o reakcijos laikas – 4 val., veikiant ultravioletiniais spinduliais. Amoniakinio azoto pašalinimo iš nuotekų greitis gali siekti 98,92 %. Buvo tirtas didelės geležies koncentracijos ir nanomedžiagų dioksido šalinimo poveikis fenoliui ir amoniakiniam azotui, veikiant ultravioletiniams spinduliams. Rezultatai rodo, kad amoniakinio azoto pašalinimo greitis yra 97,5 %, kai amoniakinio azoto tirpalui, kurio koncentracija yra 50 mg/l, taikomas pH = 9,0, tai yra 7,8 % ir 22,5 % daugiau nei naudojant tik didelę geležies koncentraciją arba kinidiolį.

Katalizinio oksidavimo metodas pasižymi dideliu valymo efektyvumu, paprastu procesu, mažu dugno plotu ir kt., todėl dažnai naudojamas didelės koncentracijos amoniakinio azoto nuotekoms valyti. Taikymo sudėtingumas yra tai, kaip išvengti katalizatoriaus nuostolių ir apsaugoti įrangą nuo korozijos.

5. Elektrocheminis oksidacijos metodas

Elektrocheminis oksidacijos metodas – tai teršalų šalinimo iš vandens metodas, naudojant elektrooksidaciją su kataliziniu aktyvumu. Įtakojantys veiksniai yra srovės tankis, įleidimo srautas, išleidimo laikas ir tirpimo taško laikas.

Buvo tirta amoniako-azoto nuotekų elektrocheminė oksidacija cirkuliuojančio srauto elektrolizės elemente, kur teigiamas krūvis yra Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 tinklo elektra, o neigiamas – Ti tinklo elektra. Rezultatai rodo, kad kai chlorido jonų koncentracija yra 400 mg/l, pradinė amoniako azoto koncentracija yra 40 mg/l, įtekančio vandens srautas yra 600 ml/min., srovės tankis yra 20 mA/cm², o elektrolizės laikas yra 90 min., amoniako azoto pašalinimo greitis yra 99,37 %. Tai rodo, kad amoniako-azoto nuotekų elektrolizė turi geras taikymo perspektyvas.

3. Biocheminis azoto šalinimo procesas

①visa nitrifikacija ir denitrifikacija

Viso proceso nitrifikacija ir denitrifikacija yra biologinis metodas, plačiai naudojamas jau ilgą laiką. Jis paverčia amoniakinį azotą nuotekose į azotą per įvairias reakcijas, tokias kaip nitrifikacija ir denitrifikacija, veikiant įvairiems mikroorganizmams, kad būtų pasiektas nuotekų valymo tikslas. Nitrifikacijos ir denitrifikacijos procesas, skirtas amoniakiniam azotui pašalinti, turi vykti dviem etapais:

Nitrifikacijos reakcija: Nitrifikacijos reakciją užbaigia aerobiniai autotrofiniai mikroorganizmai. Aerobinėje būsenoje neorganinis azotas naudojamas kaip azoto šaltinis NH4+ konvertuojant į NO2-, o po to oksiduojamas į NO3-. Nitrifikacijos procesą galima suskirstyti į du etapus. Antrajame etape nitrifikuojančios bakterijos nitritus paverčia nitratais (NO3-), o nitritus – nitratais (NO3-).

Denitrifikacijos reakcija: Denitrifikacijos reakcija yra procesas, kurio metu denitrifikuojančios bakterijos hipoksijos būsenoje redukuoja nitrito azotą ir nitrato azotą į dujinį azotą (N2). Denitrifikuojančios bakterijos yra heterotrofiniai mikroorganizmai, kurių dauguma priklauso amfiktinėms bakterijoms. Hipoksijos būsenoje jos naudoja nitrate esantį deguonį kaip elektronų akceptorių, o organinę medžiagą (BDS komponentą nuotekose) – kaip elektronų donorą, kad gautų energijos ir būtų oksiduojamos bei stabilizuojamos.

Visas nitrifikacijos ir denitrifikacijos inžinerijos procesas daugiausia apima AO, A2O, oksidacijos griovius ir kt., kurie yra brandesnis metodas, naudojamas biologinio azoto šalinimo pramonėje.

Visas nitrifikacijos ir denitrifikacijos metodas pasižymi stabiliu poveikiu, paprastu veikimu, antrinės taršos nebuvimu ir mažomis sąnaudomis. Šis metodas taip pat turi tam tikrų trūkumų, pavyzdžiui, anglies šaltinis turi būti pridedamas, kai nuotekų C/N santykis yra mažas, temperatūros reikalavimas yra gana griežtas, efektyvumas yra mažas esant žemai temperatūrai, plotas yra didelis, deguonies poreikis yra didelis, o kai kurios kenksmingos medžiagos, tokios kaip sunkiųjų metalų jonai, daro spaudimo poveikį mikroorganizmams, kuriuos reikia pašalinti prieš taikant biologinį metodą. Be to, didelė amoniakinio azoto koncentracija nuotekose taip pat slopina nitrifikacijos procesą. Todėl prieš valant didelės koncentracijos amoniakinio azoto nuotekas, reikia atlikti išankstinį valymą, kad amoniakinio azoto koncentracija nuotekose būtų mažesnė nei 500 mg/l. Tradicinis biologinis metodas tinka mažos koncentracijos amoniakinio azoto nuotekoms, kuriose yra organinių medžiagų, pavyzdžiui, buitinėms nuotekoms, cheminėms nuotekoms ir kt., valyti.

②Vienalaikė nitrifikacija ir denitrifikacija (VNI)

Kai nitrifikacija ir denitrifikacija atliekamos kartu tame pačiame reaktoriuje, tai vadinama vienalaikiu skaidymu (SND). Ištirpusio deguonies kiekis nuotekose yra ribojamas difuzijos greičio, kad susidarytų ištirpusio deguonies gradientas mikroaplinkos srityje ant mikrobinio floko arba bioplėvelės, dėl kurio ištirpusio deguonies gradientas ant išorinio mikrobinio floko arba bioplėvelės paviršiaus yra palankus aerobinių nitrifikuojančių ir amoniakinių bakterijų augimui ir dauginimuisi. Kuo giliau į floko arba membranos vidų, tuo mažesnė ištirpusio deguonies koncentracija, dėl kurios susidaro anoksinė zona, kurioje vyrauja denitrifikuojančios bakterijos. Taip susidaro vienalaikis skaidymas ir denitrifikacija. Vienalaikį skaidymą ir denitrifikaciją įtakojantys veiksniai yra pH vertė, temperatūra, šarmingumas, organinės anglies šaltinis, ištirpęs deguonis ir dumblo amžius.

Karuselio oksidacijos griovyje vyko vienalaikė nitrifikacija / denitrifikacija, o ištirpusio deguonies koncentracija tarp aeruojamo sparnuotės Karuselio oksidacijos griovyje palaipsniui mažėjo, o ištirpusio deguonies kiekis apatinėje Karuselio oksidacijos griovio dalyje buvo mažesnis nei viršutinėje. Nitratų azoto susidarymo ir sunaudojimo greičiai kiekvienoje kanalo dalyje yra beveik vienodi, o amoniakinio azoto koncentracija kanale visada yra labai maža, o tai rodo, kad nitrifikacijos ir denitrifikacijos reakcijos Karuselio oksidacijos kanale vyksta vienu metu.

Buitinių nuotekų valymo tyrimas rodo, kad kuo didesnis CODCr, tuo pilnesnė denitrifikacija ir geresnis azoto pašalinimas. Ištirpusio deguonies poveikis vienalaikiam nitrifikavimui ir denitrifikavimui yra didelis. Kai ištirpusio deguonies kiekis kontroliuojamas ties 0,5–2 mg/l, bendras azoto pašalinimo efektas yra geras. Tuo pačiu metu nitrifikacijos ir denitrifikacijos metodas taupo reaktorių, sutrumpina reakcijos laiką, sunaudoja mažai energijos, taupo investicijas ir lengvai palaiko stabilią pH vertę.

③Trumpalaikis skaidymas ir denitrifikacija

Tame pačiame reaktoriuje amoniaką oksiduojančios bakterijos aerobinėmis sąlygomis oksiduoja amoniaką į nitritą, o tada hipoksijos sąlygomis nitritas tiesiogiai denitrifikuojamas, kad būtų pagamintas azotas, naudojant organines medžiagas arba išorinį anglies šaltinį kaip elektronų donorą. Trumpojo nuotolio nitrifikacijos ir denitrifikacijos įtakos veiksniai yra temperatūra, laisvas amoniakas, pH vertė ir ištirpęs deguonis.

Temperatūros įtaka trumpojo nuotolio nitrifikacijai komunalinėse nuotekose be jūros vandens ir su 30 % jūros vandens. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad komunalinėse nuotekose be jūros vandens temperatūros didinimas yra palankus trumpojo nuotolio nitrifikacijai. Kai jūros vandens dalis buitinėse nuotekose sudaro 30 %, trumpojo nuotolio nitrifikacija gali būti geriau vykdoma esant vidutinės temperatūros sąlygoms. Delfto technologijos universitetas sukūrė SHARON procesą, kuriame aukštos temperatūros (apie 30–4090 °F) naudojimas skatina nitritų bakterijų dauginimąsi, todėl nitritų bakterijos praranda konkurenciją, o kontroliuojant dumblo amžių, nitritų bakterijos pašalinamos, kad nitrifikacijos reakcija vyktų nitritų stadijoje.

Remdamasi nitritų bakterijų ir nitritų bakterijų deguonies afiniteto skirtumu, Gento mikrobų ekologijos laboratorija sukūrė OLAND procesą, skirtą nitrito azoto kaupimui kontroliuoti ištirpusio deguonies kiekį ir taip pašalinti nitritų bakterijas.

Bandomųjų kokso nuotekų valymo trumpojo nuotolio nitrifikacijos ir denitrifikacijos metodais bandymų rezultatai rodo, kad kai įtekančio vandens COD, amoniako azoto, TN ir fenolio koncentracijos yra 1201,6, 510,4, 540,1 ir 110,4 mg/l, vidutinė nuotekų COD, amoniako azoto, TN ir fenolio koncentracija yra atitinkamai 197,1, 14,2, 181,5 ir 0,4 mg/l. Atitinkami pašalinimo rodikliai buvo atitinkamai 83,6 %, 97,2 %, 66,4 % ir 99,6 %.

Trumpojo nuotolio nitrifikacijos ir denitrifikacijos procesas nepraeina nitratų etapo, todėl taupomas anglies šaltinis, reikalingas biologiniam azoto šalinimui. Jis turi tam tikrų pranašumų amoniakinio azoto nuotekoms, kuriose mažas C/N santykis. Trumpojo nuotolio nitrifikacija ir denitrifikacija turi privalumų dėl mažesnio dumblo kiekio, trumpo reakcijos laiko ir taupomo reaktoriaus tūrio. Tačiau trumpojo nuotolio nitrifikacijai ir denitrifikacijai reikalingas stabilus ir ilgalaikis nitritų kaupimasis, todėl svarbiausia yra tai, kaip veiksmingai slopinti nitrifikuojančių bakterijų aktyvumą.

④ Anaerobinis amoniako oksidavimas

Anaerobinis amoksidavimas yra tiesioginis amoniakinio azoto oksidavimas į azotą, kurį atlieka autotrofinės bakterijos hipoksijos sąlygomis, o elektronų akceptorius yra azoto azotas arba azoto azotas.

Buvo tirtas temperatūros ir pH poveikis anammoX biologiniam aktyvumui. Rezultatai parodė, kad optimali reakcijos temperatūra buvo 30 ℃, o pH vertė – 7,8. Buvo tirtas anaerobinio anammoX reaktoriaus tinkamumas valyti didelio druskingumo ir didelės azoto koncentracijos nuotekas. Rezultatai parodė, kad didelis druskingumas reikšmingai slopino anammoX aktyvumą, ir šis slopinimas buvo grįžtamas. Neaklimatizuoto dumblo anaerobinis anammoX aktyvumas buvo 67,5 % mažesnis nei kontrolinio dumblo, esant 30 g.L-1 (NaC1) druskingumui. Aklimatizuoto dumblo anaerobinis anammoX aktyvumas buvo 45,1 % mažesnis nei kontrolinio. Kai aklimatizuotas dumblas buvo perkeltas iš didelio druskingumo aplinkos į mažo druskingumo aplinką (be sūrymo), anaerobinis anammoX aktyvumas padidėjo 43,1 %. Tačiau reaktoriaus veikimas yra linkęs sumažėti, kai jis ilgą laiką veikia esant dideliam druskingumui.

Lyginant su tradiciniu biologiniu procesu, anaerobinis amoX yra ekonomiškesnė biologinio azoto šalinimo technologija, kuriai nereikia papildomo anglies šaltinio, mažo deguonies poreikio, nereikia reagentų neutralizavimui ir susidaro mažiau dumblo. Anaerobinio amoX trūkumai yra lėtas reakcijos greitis, didelis reaktoriaus tūris ir nepalankus anglies šaltinis anaerobiniam amMOX, o tai turi praktinę reikšmę sprendžiant amoniakinio azoto nuotekų, kurios yra prastai biologiškai skaidomos, problemas.

4. atskyrimo ir adsorbcijos azoto šalinimo procesas

① membraninio atskyrimo metodas

Membraninio atskyrimo metodas – tai selektyvaus membranos pralaidumo panaudojimas skysčio komponentams selektyviai atskirti, siekiant pašalinti amoniakinį azotą. Tai apima atvirkštinį osmosą, nanofiltraciją, deamonikuojančią membraną ir elektrodializę. Membraninį atskyrimą įtakojantys veiksniai yra membranos charakteristikos, slėgis arba įtampa, pH vertė, temperatūra ir amoniakinio azoto koncentracija.

Remiantis retųjų žemių lydymo krosnies išleidžiamo amoniakinio azoto nuotekų vandens kokybe, buvo atliktas atvirkštinio osmoso eksperimentas su NH4C1 ir NaCI imituotomis nuotekomis. Nustatyta, kad tomis pačiomis sąlygomis atvirkštinio osmoso metu NaCI pašalinamas greičiau, o NHCl – greičiau. NH4C1 pašalinimo greitis po atvirkštinio osmoso apdorojimo yra 77,3 %, todėl amoniakinio azoto nuotekas galima iš anksto apdoroti. Atvirkštinio osmoso technologija taupo energiją, pasižymi geru terminiu stabilumu, tačiau pasižymi prastu atsparumu chlorui ir taršai.

Sąvartyno filtratui valyti buvo naudojamas biocheminis nanofiltracijos membraninis atskyrimo procesas, todėl 85–90 % pralaidaus skysčio buvo išleidžiama pagal standartą, o tik 0–15 % koncentruoto nuotekų skysčio ir purvo buvo grąžinta į šiukšlių rezervuarą. Ozturki ir kt. Turkijos Odayeri sąvartyno filtratą apdorojo nanofiltracijos membrana, o amoniakinio azoto pašalinimo greitis buvo apie 72 %. Nanofiltracijos membranai reikia mažesnio slėgio nei atvirkštinio osmoso membranai, todėl ją lengva valdyti.

Amoniaką šalinanti membraninė sistema paprastai naudojama nuotekoms, kuriose yra daug amoniakinio azoto, valyti. Vandenyje esantis amoniakinis azotas turi tokią pusiausvyrą: NH4- +OH- = NH3 + H2O. Veikimo metu amoniaką turinčios nuotekos teka membraninio modulio apvalkale, o rūgštį sugeriantis skystis teka membraninio modulio vamzdyje. Kai nuotekų pH padidėja arba temperatūra pakyla, pusiausvyra pasislenka į dešinę, ir amonio jonas NH4- tampa laisvu dujiniu NH3. Šiuo metu dujinis NH3 gali patekti į rūgščių absorbcijos skystąją fazę vamzdyje iš nuotekų fazės apvalkale per tuščiavidurio pluošto paviršiaus mikroporas, kurias absorbuoja rūgšties tirpalas ir iš karto tampa joniniu NH4-. Nuotekų pH reikia palaikyti virš 10, o temperatūrą virš 35 °C (žemiau 50 °C), kad NH4 nuotekų fazėje nuolat virstų NH3 ir migruotų į absorbcijos skystąją fazę. Dėl to amoniakinio azoto koncentracija nuotekų pusėje nuolat mažėjo. Rūgšties absorbcijos skystoji fazė, kadangi joje yra tik rūgštis ir NH4-, sudaro labai gryną amonio druską, kuri po nuolatinės cirkuliacijos pasiekia tam tikrą koncentraciją, kurią galima perdirbti. Viena vertus, šios technologijos naudojimas gali gerokai padidinti amoniakinio azoto pašalinimo iš nuotekų greitį, kita vertus, sumažinti bendras nuotekų valymo sistemos eksploatavimo išlaidas.

②elektrodializės metodas

Elektrodializė – tai ištirpusių kietųjų dalelių pašalinimo iš vandeninių tirpalų metodas, kai tarp membranų porų prijungiama įtampa. Veikiant įtampai, amoniako jonai ir kiti jonai amoniako-azoto nuotekose per membraną praturtinami amoniako turinčiu koncentruotu vandeniu, kad būtų pasiektas pašalinimo tikslas.

Elektrodializės metodas buvo naudojamas neorganinėms nuotekoms, kuriose yra didelė amoniakinio azoto koncentracija, valyti ir pasiekė gerų rezultatų. Iš 2000–3000 mg/l amoniakinio azoto koncentracijos nuotekų amoniakinio azoto pašalinimo greitis gali siekti daugiau nei 85 %, o koncentruoto amoniakinio vandens galima gauti 8,9 %. Elektrodializės metu suvartojamos elektros energijos kiekis yra proporcingas amoniakinio azoto kiekiui nuotekose. Elektrodializės būdu valant nuotekas neribojama pH vertė, temperatūra ir slėgis, todėl ją lengva valdyti.

Membraninio atskyrimo privalumai yra didelis amoniakinio azoto atgavimas, paprastas valdymas, stabilus valymo efektas ir antrinės taršos nebuvimas. Tačiau valant didelės koncentracijos amoniakinio azoto nuotekas, išskyrus deamonizuotas membranas, kitos membranos lengvai užsikemša, o regeneracija ir atbulinis plovimas yra dažni, todėl padidėja valymo sąnaudos. Todėl šis metodas labiau tinka išankstiniam valymui arba mažos koncentracijos amoniakinio azoto nuotekoms.

③ Jonų mainų metodas

Jonų mainų metodas – tai amoniakinio azoto pašalinimo iš nuotekų metodas, naudojant medžiagas, pasižyminčias stipria selektyvia amoniako jonų adsorbcija. Dažniausiai naudojamos adsorbcijos medžiagos yra aktyvuota anglis, ceolitas, montmorilonitas ir mainų derva. Ceolitas yra silikoaliuminato rūšis, turinti trimatę erdvinę struktūrą, taisyklingą porų struktūrą ir skylutes, iš kurių klinoptilolitas pasižymi stipriu selektyviu amoniako jonų adsorbcijos pajėgumu ir maža kaina, todėl jis dažniausiai naudojamas kaip adsorbcinė medžiaga amoniakiniam azotui nuotekose inžinerijoje. Klinoptilolito valymo poveikį įtakojantys veiksniai yra dalelių dydis, įtekančio amoniako azoto koncentracija, sąlyčio laikas, pH vertė ir kt.

Ceolito adsorbcijos poveikis amoniakiniam azotui yra akivaizdus, ​​po jo seka ranitas, o dirvožemio ir keramizito poveikis yra silpnas. Pagrindinis būdas pašalinti amoniakinį azotą iš ceolito yra jonų mainai, o fizikinis adsorbcijos efektas yra labai mažas. Keramito, dirvožemio ir ranito jonų mainų efektas yra panašus į fizikinį adsorbcijos efektą. Keturių užpildų adsorbcijos pajėgumas mažėjo didėjant temperatūrai 15–35 ℃ intervale ir didėjo didėjant pH vertei 3–9 intervale. Adsorbcijos pusiausvyra buvo pasiekta po 6 valandų svyravimo.

Buvo tirtas amoniakinio azoto pašalinimo iš sąvartyno filtrato ceolito adsorbcijos būdu įgyvendinamumas. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad kiekvienas ceolito gramas turi ribotą 15,5 mg amoniakinio azoto adsorbcijos potencialą, kai ceolito dalelių dydis yra 30–16 akių, amoniakinio azoto pašalinimo greitis siekia 78,5 %, o esant tokiam pačiam adsorbcijos laikui, dozei ir ceolito dalelių dydžiui, kuo didesnė įtekančio amoniakinio azoto koncentracija, tuo didesnis adsorbcijos greitis, ir ceolitas kaip adsorbentas gali pašalinti amoniakinį azotą iš filtrato. Tuo pačiu metu pabrėžiama, kad amoniakinio azoto adsorbcijos greitis ceolitu yra mažas, ir praktiškai ceolitui sunku pasiekti prisotinimo adsorbcijos pajėgumą.

Buvo tirtas biologinio ceolito sluoksnio poveikis azoto, COD ir kitų teršalų šalinimui modeliuojamose kaimo nuotekose. Rezultatai rodo, kad amoniakinio azoto pašalinimo greitis biologiniu ceolito sluoksniu yra didesnis nei 95 %, o nitratų azoto pašalinimui didelę įtaką daro hidraulinio rezidavimo laikas.

Jonų mainų metodas turi mažų investicijų, paprasto proceso, patogaus eksploatavimo, nejautrumo nuodams ir temperatūrai bei pakartotinio ceolito panaudojimo regeneracijos būdu privalumus. Tačiau valant didelės koncentracijos amoniakinio azoto nuotekas, regeneracija yra dažna, o tai sukelia nepatogumų eksploatavimui, todėl jį reikia derinti su kitais amoniakinio azoto valymo metodais arba naudoti mažos koncentracijos amoniakinio azoto nuotekoms valyti.

Didmeninė 4A ceolito gamintoja ir tiekėja | EVERBRIGHT (cnchemist.com)