Chemikália a proces na odstraňovanie amoniakálneho dusíka z vody

1. Čo je amoniakálny dusík?

Amoniakálny dusík označuje amoniak vo forme voľného amoniaku (alebo neiónového amoniaku, NH3) alebo iónového amoniaku (NH4+). Vyššie pH a vyšší podiel voľného amoniaku; Naopak, podiel amónnej soli je vysoký.

Amoniakálny dusík je živina vo vode, ktorá môže viesť k eutrofizácii vody a je hlavnou znečisťujúcou látkou vo vode spotrebúvajúcou kyslík, ktorá je toxická pre ryby a niektoré vodné organizmy.

Hlavným škodlivým účinkom amoniakálneho dusíka na vodné organizmy je voľný amoniak, ktorého toxicita je desiatkykrát vyššia ako toxicita amónnej soli a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa zásaditosťou. Toxicita amoniakálneho dusíka úzko súvisí s hodnotou pH a teplotou vody v bazéne, vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je hodnota pH a teplota vody, tým silnejšia je toxicita.

Dve bežne používané kolorimetrické metódy s približnou citlivosťou na stanovenie amoniaku sú klasická Nesslerova metóda a fenol-chlórnanová metóda. Na stanovenie amoniaku sa bežne používajú aj titrácie a elektrické metódy. Ak je obsah amoniakového dusíka vysoký, možno použiť aj destilačnú titračnú metódu. (Medzi národné štandardy patrí Nathova metóda s činidlom, spektrofotometria s kyselinou salicylovou a destilačno-titračná metóda.)

2. Proces fyzikálneho a chemického odstraňovania dusíka

① Metóda chemického zrážania

Metóda chemickej zrážacej reakcie, známa aj ako metóda zrážania MAP, spočíva v pridaní horčíka a kyseliny fosforečnej alebo hydrogénfosfátu do odpadovej vody obsahujúcej amoniakálny dusík, takže NH4+ v odpadovej vode reaguje s Mg+ a PO4- vo vodnom roztoku za vzniku zrážaného fosforečnanu amónno-horečnatého s molekulovým vzorcom MgNH4P04.6H20, čím sa dosiahne účel odstránenia amoniakálneho dusíka. Fosforečnan horečnato-amónny, bežne známy ako struvit, sa môže použiť ako kompost, prísada do pôdy alebo retardér horenia pre stavebné konštrukcie. Reakčná rovnica je nasledovná:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi účinok chemického zrážania sú hodnota pH, teplota, koncentrácia amoniakového dusíka a molárny pomer (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Výsledky ukazujú, že pri hodnote pH 10 a molárnom pomere horčíka, dusíka a fosforu 1,2:1:1,2 je účinok čistenia lepší.

Pri použití chloridu horečnatého a hydrogénfosforečnanu disodného ako zrážacích činidiel výsledky ukazujú, že účinok úpravy je lepší, keď je hodnota pH 9,5 a molárny pomer horčíka, dusíka a fosforu je 1,2:1:1.

Výsledky ukazujú, že MgC12+Na3PO4.12H20 je lepší ako iné kombinácie zrážacích činidiel. Pri hodnote pH 10,0, teplote 30 ℃ a pomere n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1 sa hmotnostná koncentrácia amoniakálneho dusíka v odpadovej vode po 30 minútach miešania zníži z 222 mg/l pred úpravou na 17 mg/l a miera odstránenia je 92,3 %.

Na čistenie priemyselnej odpadovej vody s vysokou koncentráciou amoniakového dusíka sa skombinovala metóda chemickej zrážacej reakcie a metóda kvapalnej membrány. Za podmienok optimalizácie procesu zrážania dosiahla miera odstránenia amoniakového dusíka 98,1 % a následné ďalšie čistenie metódou kvapalného filmu znížilo koncentráciu amoniakového dusíka na 0,005 g/l, čím sa dosiahla národná emisná norma prvej triedy.

Bol skúmaný účinok odstraňovania dvojmocných kovových iónov (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) iných ako Mg+ na amoniakálny dusík pôsobením fosfátu. Pre odpadovú vodu zo síranu amónneho bol navrhnutý nový proces zrážania CaSO4 - zrážania MAP. Výsledky ukazujú, že tradičný regulátor NaOH je možné nahradiť vápnom.

Výhodou metódy chemického zrážania je, že pri vysokej koncentrácii odpadovej vody s amoniakálnym dusíkom je použitie iných metód obmedzené, ako napríklad biologická metóda, metóda chlorácie s bodovým zlomom, metóda membránovej separácie, metóda iónovej výmeny atď. V tomto prípade je možné na predčistenie použiť metódu chemického zrážania. Účinnosť odstraňovania chemickej zrážacej metódy je lepšia a nie je obmedzená teplotou a prevádzka je jednoduchá. Zrážaný kal obsahujúci fosforečnan horečnato-amónny sa môže použiť ako kompozitné hnojivo na zhodnotenie odpadu, čím sa kompenzuje časť nákladov. Ak sa dá kombinovať s niektorými priemyselnými podnikmi, ktoré produkujú fosfátovú odpadovú vodu, a podnikmi, ktoré vyrábajú soľanku, môže to ušetriť náklady na farmaceutické výrobky a uľahčiť rozsiahle využitie.

Nevýhodou metódy chemického zrážania je, že kvôli obmedzeniu produktu rozpustnosti fosforečnanu amónno-horečnatého, po dosiahnutí určitej koncentrácie amoniakového dusíka v odpadovej vode, nie je účinok odstránenia zrejmý a vstupné náklady sa výrazne zvyšujú. Preto by sa metóda chemického zrážania mala používať v kombinácii s inými metódami vhodnými na pokročilé čistenie. Množstvo použitého činidla je veľké, produkovaný kal je veľký a náklady na čistenie sú vysoké. Zavedenie chloridových iónov a zvyškového fosforu počas dávkovania chemikálií môže ľahko spôsobiť sekundárne znečistenie.

Veľkoobchodný výrobca a dodávateľ síranu hlinitého | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Veľkoobchodný výrobca a dodávateľ dvojsýtneho fosforečnanu sodného | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②metóda odfúknutia

Odstraňovanie amoniakálneho dusíka metódou fúkania spočíva v úprave hodnoty pH na zásaditú, aby sa amoniakálny ión v odpadovej vode premenil na amoniak, ktorý existuje prevažne vo forme voľného amoniaku. Voľný amoniak sa potom z odpadovej vody odstráni nosným plynom, čím sa dosiahne účel odstránenia amoniakálneho dusíka. Hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi účinnosť fúkania sú hodnota pH, teplota, pomer plyn-kvapalina, prietok plynu, počiatočná koncentrácia atď. V súčasnosti sa metóda fúkania široko používa pri čistení odpadových vôd s vysokou koncentráciou amoniakálneho dusíka.

Bolo študované odstraňovanie amoniakálneho dusíka zo skládkového výluhu metódou odfukovania. Zistilo sa, že kľúčovými faktormi ovplyvňujúcimi účinnosť odfukovania boli teplota, pomer plyn-kvapalina a hodnota pH. Keď je teplota vody vyššia ako 2590 °C, pomer plyn-kvapalina je približne 3500 a pH je približne 10,5, miera odstránenia môže dosiahnuť viac ako 90 % pre skládkový výluh s koncentráciou amoniakálneho dusíka až 2000 – 4000 mg/l. Výsledky ukazujú, že pri pH = 11,5, teplote odfukovania 80 °C a čase odfukovania 120 minút môže miera odstránenia amoniakálneho dusíka z odpadovej vody dosiahnuť 99,2 %.

Účinnosť odfukovania odpadovej vody s vysokou koncentráciou amoniakového dusíka sa merala pomocou protiprúdovej odfukovacej veže. Výsledky ukázali, že účinnosť odfukovania sa zvyšovala so zvyšujúcou sa hodnotou pH. Čím väčší je pomer plyn-kvapalina, tým väčšia je hnacia sila prenosu hmoty pri stripovaní amoniaku a tým sa zvyšuje aj účinnosť stripovania.

Odstraňovanie amoniakálneho dusíka metódou fúkania je účinné, ľahko sa ovláda a ľahko sa reguluje. Fúkaný amoniakálny dusík sa môže použiť ako absorbér s kyselinou sírovou a vytvorený kyselinový prach sa môže použiť ako hnojivo. Metóda fúkania je v súčasnosti bežne používanou technológiou na fyzikálne a chemické odstraňovanie dusíka. Metóda fúkania má však určité nevýhody, ako je časté usadzovanie vodného kameňa v fúkacej veži, nízka účinnosť odstraňovania amoniakálneho dusíka pri nízkej teplote a sekundárne znečistenie spôsobené fúkacím plynom. Metóda fúkania sa vo všeobecnosti kombinuje s inými metódami čistenia odpadových vôd s amoniakálnym dusíkom na predčistenie odpadových vôd s vysokou koncentráciou amoniakálneho dusíka.

③Chlórácia v bode zlomu

Mechanizmus odstraňovania amoniaku chloráciou s dosiahnutím bodu zlomu spočíva v reakcii plynného chlóru s amoniakom za vzniku neškodného plynného dusíka a N2 uniká do atmosféry, čím sa zdroj reakcie posúva doprava. Reakčný vzorec je:

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

Keď sa plynný chlór prenesie do odpadovej vody do určitého bodu, obsah voľného chlóru vo vode je nízky a koncentrácia amoniaku je nulová. Keď množstvo plynného chlóru prekročí tento bod, množstvo voľného chlóru vo vode sa zvýši, preto sa tento bod nazýva bod zlomu a chlórovanie v tomto stave sa nazýva bod zlomu chlórovania.

Metóda chlorácie v bode zlomu sa používa na čistenie odpadovej vody z vrtov po vháňaní amoniakového dusíka a účinok čistenia je priamo ovplyvnený procesom predbežného vháňania amoniakového dusíka. Keď sa 70 % amoniakového dusíka z odpadovej vody odstráni procesom vháňania a následne sa upraví chloráciou v bode zlomu, hmotnostná koncentrácia amoniakového dusíka v odpadovej vode je menšia ako 15 mg/l. Zhang Shengli a kol. použili ako výskumný objekt simulovanú odpadovú vodu s amoniakovým dusíkom s hmotnostnou koncentráciou 100 mg/l a výsledky výskumu ukázali, že hlavnými a sekundárnymi faktormi ovplyvňujúcimi odstraňovanie amoniakového dusíka oxidáciou chlórnanu sodného boli pomer množstva chlóru k amoniakovému dusíku, reakčný čas a hodnota pH.

Metóda chlorácie v bode zlomu má vysokú účinnosť odstraňovania dusíka, rýchlosť odstraňovania môže dosiahnuť 100 % a koncentráciu amoniaku v odpadovej vode je možné znížiť na nulu. Účinok je stabilný a nie je ovplyvnený teplotou; menej investícií do zariadenia, rýchla a úplná odozva; má sterilizačný a dezinfekčný účinok na vodné útvary. Rozsah použitia metódy chlorácie v bode zlomu spočíva v tom, že koncentrácia amoniakového dusíka v odpadovej vode je nižšia ako 40 mg/l, takže metóda chlorácie v bode zlomu sa väčšinou používa na pokročilé čistenie odpadovej vody s amoniakovým dusíkom. Požiadavky na bezpečné používanie a skladovanie sú vysoké, náklady na čistenie sú vysoké a vedľajšie produkty chlóramíny a chlórované organické látky spôsobujú sekundárne znečistenie.

④metóda katalytickej oxidácie

Metóda katalytickej oxidácie spočíva v tom, že pôsobením katalyzátora sa pri určitej teplote a tlaku organická hmota a amoniak v odpadových vodách oxidujú vzduchom a rozkladajú na neškodné látky, ako sú CO2, N2 a H2O, čím sa dosiahne účel čistenia.

Faktory ovplyvňujúce účinok katalytickej oxidácie sú vlastnosti katalyzátora, teplota, reakčný čas, hodnota pH, koncentrácia amoniakového dusíka, tlak, intenzita miešania atď.

Bol študovaný proces degradácie ozonovaného amoniakálneho dusíka. Výsledky ukázali, že pri zvýšení hodnoty pH vzniká druh HO radikálu so silnou oxidačnou schopnosťou a rýchlosť oxidácie sa výrazne zrýchľuje. Štúdie ukazujú, že ozón dokáže oxidovať amoniakálny dusík na dusitany a dusitany na dusičnany. Koncentrácia amoniakálneho dusíka vo vode s časom klesá a rýchlosť odstraňovania amoniakálneho dusíka je približne 82 %. CuO-MnO2-CeO2 bol použitý ako kompozitný katalyzátor na čistenie odpadovej vody s amoniakálnym dusíkom. Experimentálne výsledky ukazujú, že oxidačná aktivita novo pripraveného kompozitného katalyzátora sa výrazne zlepšuje a vhodné procesné podmienky sú 255 ℃, 4,2 MPa a pH = 10,8. Pri čistení odpadovej vody s amoniakálnym dusíkom s počiatočnou koncentráciou 1023 mg/l môže rýchlosť odstraňovania amoniakálneho dusíka dosiahnuť 98 % v priebehu 150 minút, čím sa dosiahne národný štandard pre sekundárne vypúšťanie (50 mg/l).

Katalytický výkon fotokatalyzátora TiO2 naneseného na zeolit ​​bol skúmaný štúdiom rýchlosti degradácie amoniakálneho dusíka v roztoku kyseliny sírovej. Výsledky ukazujú, že optimálne dávkovanie fotokatalyzátora TiO2/zeolit ​​je 1,5 g/l a reakčný čas je 4 hodiny pri ultrafialovom ožiarení. Rýchlosť odstránenia amoniakálneho dusíka z odpadovej vody môže dosiahnuť 98,92 %. Bol skúmaný účinok odstránenia fenolového a amoniakálneho dusíka s vysokým obsahom železa a nano-chlórdioxidu pod ultrafialovým svetlom. Výsledky ukazujú, že rýchlosť odstránenia amoniakálneho dusíka je 97,5 % pri použití roztoku amoniakálneho dusíka s koncentráciou 50 mg/l pri pH = 9,0, čo je o 7,8 % a 22,5 % viac ako pri použití samotného chlórdioxidu s vysokým obsahom železa.

Metóda katalytickej oxidácie má výhody vysokej účinnosti čistenia, jednoduchého procesu, malej plochy dna atď. a často sa používa na čistenie odpadových vôd s vysokou koncentráciou amoniakového dusíka. Problémom aplikácie je, ako zabrániť strate katalyzátora a ochrániť zariadenie pred koróziou.

⑤elektrochemická oxidačná metóda

Elektrochemická oxidačná metóda označuje metódu odstraňovania znečisťujúcich látok z vody pomocou elektrooxidácie s katalytickou aktivitou. Ovplyvňujúce faktory sú hustota prúdu, vstupný prietok, výstupný čas a čas bodového roztoku.

Bola študovaná elektrochemická oxidácia odpadovej vody s amoniakom a dusíkom v cirkulačnej elektrolytickej cele, kde kladný náboj predstavuje elektrinu zo siete Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2 a záporný náboj je elektrina zo siete Ti. Výsledky ukazujú, že pri koncentrácii chloridových iónov 400 mg/l je počiatočná koncentrácia amoniakového dusíka 40 mg/l, prietok prítoku je 600 ml/min, hustota prúdu je 20 mA/cm a čas elektrolýzy je 90 minút, rýchlosť odstraňovania amoniakového dusíka je 99,37 %. To ukazuje, že elektrolytická oxidácia odpadovej vody s amoniakom a dusíkom má dobrý potenciál uplatnenia.

3. Proces biochemického odstraňovania dusíka

①celá nitrifikácia a denitrifikácia

Celoprocesná nitrifikácia a denitrifikácia je druh biologickej metódy, ktorá sa v súčasnosti už dlho bežne používa. Premieňa amoniakálny dusík v odpadovej vode na dusík prostredníctvom série reakcií, ako je nitrifikácia a denitrifikácia, pôsobením rôznych mikroorganizmov, aby sa dosiahol účel čistenia odpadových vôd. Proces nitrifikácie a denitrifikácie na odstránenie amoniakálneho dusíka musí prejsť dvoma fázami:

Nitrifikačná reakcia: Nitrifikačnú reakciu dokončujú aeróbne autotrofné mikroorganizmy. V aeróbnom stave sa ako zdroj dusíka používa anorganický dusík na premenu NH4+ na NO2- a potom sa oxiduje na NO3-. Proces nitrifikácie možno rozdeliť do dvoch fáz. V druhej fáze sa dusitany premieňajú na dusičnany (NO3-) nitrifikačnými baktériami a dusitany sa premieňajú na dusičnany (NO3-) nitrifikačnými baktériami.

Denitrifikačná reakcia: Denitrifikačná reakcia je proces, pri ktorom denitrifikačné baktérie redukujú dusitanový dusík a dusičnanový dusík na plynný dusík (N2) v stave hypoxie. Denitrifikačné baktérie sú heterotrofné mikroorganizmy, z ktorých väčšina patrí medzi amfiktické baktérie. V stave hypoxie používajú kyslík v dusičnanoch ako akceptor elektrónov a organickú hmotu (zložku BSK v odpadových vodách) ako donor elektrónov na zabezpečenie energie, oxidáciu a stabilizáciu.

Celé aplikácie v oblasti nitrifikácie a denitrifikácie zahŕňajú najmä AO, A2O, oxidačnú priekopu atď., čo je zrelšia metóda používaná v priemysle biologického odstraňovania dusíka.

Celá metóda nitrifikácie a denitrifikácie má výhody stabilného účinku, jednoduchej prevádzky, žiadneho sekundárneho znečistenia a nízkych nákladov. Táto metóda má aj určité nevýhody, ako napríklad nutnosť pridania zdroja uhlíka, keď je pomer C/N v odpadovej vode nízky, požiadavky na teplotu sú relatívne prísne, účinnosť je nízka pri nízkej teplote, plocha je veľká, spotreba kyslíka je vysoká a niektoré škodlivé látky, ako sú ióny ťažkých kovov, majú negatívny vplyv na mikroorganizmy, ktoré je potrebné odstrániť pred vykonaním biologickej metódy. Okrem toho má vysoká koncentrácia amoniakového dusíka v odpadovej vode tiež inhibičný účinok na proces nitrifikácie. Preto by sa pred čistením odpadovej vody s vysokou koncentráciou amoniakového dusíka mala vykonať predbežná úprava, aby koncentrácia amoniakového dusíka v odpadovej vode bola nižšia ako 500 mg/l. Tradičná biologická metóda je vhodná na čistenie odpadovej vody s nízkou koncentráciou amoniakového dusíka obsahujúcej organické látky, ako sú domové odpadové vody, chemické odpadové vody atď.

②Súčasná nitrifikácia a denitrifikácia (SND)

Keď sa nitrifikácia a denitrifikácia vykonávajú spoločne v tom istom reaktore, nazýva sa to simultánna digesčná denitrifikácia (SND). Rozpustený kyslík v odpadovej vode je obmedzený rýchlosťou difúzie, čo vytvára gradient rozpusteného kyslíka v mikroprostredí na mikrobiálnom floku alebo biofilme, čo spôsobuje, že gradient rozpusteného kyslíka na vonkajšom povrchu mikrobiálneho floku alebo biofilmu je priaznivý pre rast a množenie aeróbnych nitrifikačných baktérií a amoniakálnych baktérií. Čím hlbšie vo floku alebo membráne, tým nižšia je koncentrácia rozpusteného kyslíka, čo vedie k anoxickej zóne, kde dominujú denitrifikačné baktérie. Takto vzniká simultánny proces digescie a denitrifikácie. Faktory ovplyvňujúce simultánnu digesciu a denitrifikáciu sú hodnota pH, teplota, alkalita, zdroj organického uhlíka, rozpustený kyslík a vek kalu.

V oxidačnom kanáli Carrousel prebiehala simultánna nitrifikácia/denitrifikácia a koncentrácia rozpusteného kyslíka medzi prevzdušneným obežným kolesom v oxidačnom kanáli Carrousel postupne klesala a rozpustený kyslík v spodnej časti oxidačného kanála Carrousel bol nižší ako v hornej časti. Miera tvorby a spotreby dusičnanového dusíka v každej časti kanála je takmer rovnaká a koncentrácia amoniakálneho dusíka v kanáli je vždy veľmi nízka, čo naznačuje, že nitrifikačné a denitrifikačné reakcie prebiehajú v oxidačnom kanáli Carrousel súčasne.

Štúdia o čistení domových odpadových vôd ukazuje, že čím vyšší je CHSKCr, tým je denitrifikácia úplnejšia a tým lepšie je odstraňovanie dusíka. Vplyv rozpusteného kyslíka na súčasnú nitrifikáciu a denitrifikáciu je veľký. Keď je rozpustený kyslík kontrolovaný na úrovni 0,5 až 2 mg/l, celkový účinok odstránenia dusíka je dobrý. Zároveň metóda nitrifikácie a denitrifikácie šetrí reaktor, skracuje reakčný čas, má nízku spotrebu energie, šetrí investície a ľahko sa udržiava stabilná hodnota pH.

③Krátkodobé trávenie a denitrifikácia

V tom istom reaktore sa na oxidáciu amoniaku na dusitany za aeróbnych podmienok používajú baktérie oxidujúce amoniak, ktoré následne priamo denitrifikujú dusičnany za vzniku dusíka s organickou hmotou alebo externým zdrojom uhlíka ako donorom elektrónov za podmienok hypoxie. Faktory ovplyvňujúce krátkodobú nitrifikáciu a denitrifikáciu sú teplota, voľný amoniak, hodnota pH a rozpustený kyslík.

Vplyv teploty na krátkodobú nitrifikáciu komunálnych odpadových vôd bez morskej vody a komunálnych odpadových vôd s 30 % morskej vody. Experimentálne výsledky ukazujú, že: v prípade komunálnych odpadových vôd bez morskej vody je zvýšenie teploty priaznivé pre dosiahnutie krátkodobej nitrifikácie. Ak je podiel morskej vody v domácich odpadových vodách 30 %, krátkodobá nitrifikácia sa dá lepšie dosiahnuť pri stredných teplotných podmienkach. Technická univerzita v Delfte vyvinula proces SHARON, v ktorom vysoká teplota (približne 30 – 40 °C) prispieva k proliferácii dusitanových baktérií, čím sa dusitanové baktérie stávajú konkurencieschopnými, a zároveň sa reguláciou veku kalu eliminujú dusitanové baktérie, čím sa nitrifikačná reakcia dostáva do fázy dusitanov.

Na základe rozdielu v afinite ku kyslíku medzi nitritovými baktériami a nitritovými baktériami vyvinulo Laboratórium mikrobiálnej ekológie v Gente proces OLAND na dosiahnutie akumulácie nitritového dusíka reguláciou rozpusteného kyslíka s cieľom eliminovať nitritové baktérie.

Výsledky pilotných testov čistenia koksovateľnej odpadovej vody krátkodobou nitrifikáciou a denitrifikáciou ukazujú, že keď sú koncentrácie CHSK, amoniakálneho dusíka, TN a fenolu v prítokovej vode 1201,6, 510,4, 540,1 a 110,4 mg/l, priemerné koncentrácie CHSK, amoniakálneho dusíka, TN a fenolu v odtokovej vode sú 197,1, 14,2, 181,5 a 0,4 mg/l. Zodpovedajúce miery odstránenia boli 83,6 %, 97,2 %, 66,4 % a 99,6 %.

Proces nitrifikácie a denitrifikácie s krátkym dosahom neprechádza fázou dusičnanov, čím sa šetrí zdroj uhlíka potrebný na biologické odstránenie dusíka. Má určité výhody pre odpadovú vodu s amoniakálnym dusíkom s nízkym pomerom C/N. Nitrifikácia a denitrifikácia s krátkym dosahom má výhody v podobe menšieho množstva kalu, krátkeho reakčného času a úspory objemu reaktora. Nitrifikácia a denitrifikácia s krátkym dosahom si však vyžaduje stabilnú a trvalú akumuláciu dusitanov, takže kľúčom je, ako účinne inhibovať aktivitu nitrifikačných baktérií.

④ Anaeróbna oxidácia amoniaku

Anaeróbna amoxidácia je proces priamej oxidácie amoniakálneho dusíka na dusík autotrofnými baktériami za podmienok hypoxie, pričom dusičnatý dusík alebo dusičnatý dusík je akceptorom elektrónov.

Boli skúmané vplyvy teploty a pH na biologickú aktivitu anammoX. Výsledky ukázali, že optimálna reakčná teplota bola 30 ℃ a hodnota pH 7,8. Bola skúmaná uskutočniteľnosť anaeróbneho reaktora ammoX na čistenie odpadových vôd s vysokou slanosťou a vysokou koncentráciou dusíka. Výsledky ukázali, že vysoká slanosť významne inhibovala aktivitu anammoX a táto inhibícia bola reverzibilná. Anaeróbna aktivita ammoX v neaklimatizovanom kale bola o 67,5 % nižšia ako v kontrolnom kale pri slanosti 30 g.L-1 (NaCl). Aktivita anammoX v aklimatizovanom kale bola o 45,1 % nižšia ako v kontrolnom kale. Keď bol aklimatizovaný kal prenesený z prostredia s vysokou slanosťou do prostredia s nízkou slanosťou (bez soľanky), anaeróbna aktivita ammoX sa zvýšila o 43,1 %. Reaktor je však náchylný na pokles funkčnosti, keď pracuje vo vysokej slanosti dlhší čas.

V porovnaní s tradičným biologickým procesom je anaeróbny ammoX ekonomickejšia technológia biologického odstraňovania dusíka bez dodatočného zdroja uhlíka, s nízkou spotrebou kyslíka, bez potreby činidiel na neutralizáciu a s menšou produkciou kalu. Nevýhodou anaeróbneho ammoxu je pomalá reakčná rýchlosť, veľký objem reaktora a nepriaznivý zdroj uhlíka pre anaeróbny amMOX, čo má praktický význam pre riešenie odpadovej vody s amoniakálnym dusíkom a nízkou biologickou odbúrateľnosťou.

4. proces odstraňovania separačného a adsorpčného dusíka

① membránová separačná metóda

Metóda membránovej separácie využíva selektívnu priepustnosť membrány na selektívne oddelenie zložiek v kvapaline, aby sa dosiahol cieľ odstránenia amoniakálneho dusíka. Zahŕňa reverznú osmózu, nanofiltráciu, deamonizačnú membránu a elektrodialýzu. Faktory ovplyvňujúce membránovú separáciu sú vlastnosti membrány, tlak alebo napätie, hodnota pH, teplota a koncentrácia amoniakálneho dusíka.

Podľa kvality vody z odpadovej vody s amoniakálnym dusíkom vypúšťanej z taviarne vzácnych zemín bol experiment s reverznou osmózou vykonaný so simulovanou odpadovou vodou NH4C1 a NaCl. Zistilo sa, že za rovnakých podmienok má reverzná osmóza vyššiu mieru odstraňovania NaCl, zatiaľ čo NHCl má vyššiu mieru produkcie vody. Miera odstraňovania NH4C1 je po úprave reverznou osmózou 77,3 %, čo možno použiť na predčistenie odpadovej vody s amoniakálnym dusíkom. Technológia reverznej osmózy môže šetriť energiu, má dobrú tepelnú stabilitu, ale je odolná voči chlóru a znečisteniu je slabá.

Na úpravu výluhu zo skládky sa použil proces separácie biochemickou nanofiltračnou membránou, takže 85 % až 90 % priepustnej kvapaliny sa vypustilo podľa normy a iba 0 % až 15 % koncentrovanej odpadovej vody a bahna sa vrátilo do odpadkovej nádrže. Ozturki a kol. upravili výluh zo skládky Odayeri v Turecku nanofiltračnou membránou a miera odstránenia amoniakového dusíka bola približne 72 %. Nanofiltračná membrána vyžaduje nižší tlak ako membrána s reverznou osmózou a je ľahko ovládateľná.

Membránový systém na odstraňovanie amoniaku sa všeobecne používa na čistenie odpadových vôd s vysokým obsahom amoniakového dusíka. Amoniakový dusík vo vode má počas prevádzky nasledujúcu rovnováhu: NH4- +OH- = NH3+H2O, odpadová voda obsahujúca amoniak prúdi v plášti membránového modulu a kvapalina absorbujúca kyselinu prúdi v potrubí membránového modulu. Keď sa pH odpadovej vody zvýši alebo teplota zvýši, rovnováha sa posunie doprava a amónny ión NH4- sa stane voľným plynným NH3. V tomto čase môže plynný NH3 vstúpiť z fázy odpadovej vody v plášti do kvapalnej fázy absorpcie kyseliny v potrubí cez mikroporézy na povrchu dutého vlákna, kde je absorbovaný kyslým roztokom a okamžite sa mení na iónový NH4-. Udržujte pH odpadovej vody nad 10 a teplotu nad 35 °C (pod 50 °C), aby sa NH4 vo fáze odpadovej vody neustále menil na NH3 a migroval do kvapalnej fázy absorpcie. V dôsledku toho sa koncentrácia amoniakového dusíka v odpadovej vode neustále znižuje. Kvapalná fáza absorpcie kyseliny, pretože obsahuje iba kyselinu a NH4⁻, tvorí veľmi čistú amónnu soľ a po kontinuálnej cirkulácii dosiahne určitú koncentráciu, ktorú je možné recyklovať. Na jednej strane môže použitie tejto technológie výrazne zlepšiť rýchlosť odstraňovania amoniakového dusíka z odpadovej vody a na druhej strane môže znížiť celkové prevádzkové náklady systému čistenia odpadových vôd.

②elektrodialyzačná metóda

Elektrodialýza je metóda odstraňovania rozpustených pevných látok z vodných roztokov aplikáciou napätia medzi membránové páry. Pôsobením napätia sa amoniakálne ióny a ďalšie ióny v odpadovej vode s amoniakom a dusíkom obohacujú cez membránu o koncentrovanú vodu obsahujúcu amoniak, aby sa dosiahol účel odstraňovania.

Na čistenie anorganickej odpadovej vody s vysokou koncentráciou amoniakového dusíka sa použila elektrodialýzna metóda, ktorá dosiahla dobré výsledky. Pri odpadovej vode s obsahom 2 000 – 3 000 mg/l amoniakového dusíka môže byť miera odstránenia amoniakového dusíka vyššia ako 85 % a koncentrovaná amoniaková voda sa môže získať o 8,9 %. Množstvo elektriny spotrebovanej počas elektrodialýzy je úmerné množstvu amoniakového dusíka v odpadovej vode. Čistenie odpadovej vody elektrodialýzou nie je obmedzené hodnotou pH, teplotou a tlakom a je ľahko ovládateľné.

Výhodami membránovej separácie sú vysoká návratnosť amoniakálneho dusíka, jednoduchá obsluha, stabilný čistiaci účinok a žiadne sekundárne znečistenie. Pri čistení odpadových vôd s vysokou koncentráciou amoniakálneho dusíka sa však okrem deamonizovanej membrány ostatné membrány ľahko zanášajú a upchávajú a regenerácia a spätné preplachovanie sú časté, čo zvyšuje náklady na čistenie. Preto je táto metóda vhodnejšia na predčistenie alebo na čistenie odpadových vôd s nízkou koncentráciou amoniakálneho dusíka.

③ Metóda iónovej výmeny

Metóda iónovej výmeny je metóda na odstránenie amoniakového dusíka z odpadových vôd pomocou materiálov so silnou selektívnou adsorpciou amoniakových iónov. Bežne používané adsorpčné materiály sú aktívne uhlie, zeolit, montmorillonit a výmenná živica. Zeolit ​​je druh siliko-hlinitého kovu s trojrozmernou priestorovou štruktúrou, pravidelnou pórovitou štruktúrou a otvormi, medzi ktorými má klinoptilolit silnú selektívnu adsorpčnú kapacitu pre amoniakové ióny a nízku cenu, preto sa bežne používa ako adsorpčný materiál pre odpadové vody s amoniakovým dusíkom v strojárstve. Medzi faktory ovplyvňujúce účinok čistenia klinoptilolitom patrí veľkosť častíc, koncentrácia vtekajúceho amoniakového dusíka, čas kontaktu, hodnota pH atď.

Adsorpčný účinok zeolitu na amoniakálny dusík je zrejmý, nasleduje ranit a vplyv pôdy a keramizitu je slabý. Hlavným spôsobom odstránenia amoniakálneho dusíka zo zeolitu je iónová výmena a fyzikálny adsorpčný účinok je veľmi malý. Iónová výmena keramitu, pôdy a ranitu je podobná fyzikálnemu adsorpčnému účinku. Adsorpčná kapacita štyroch plnív sa znižovala so zvyšujúcou sa teplotou v rozsahu 15 – 35 ℃ a zvyšovala sa so zvyšujúcou sa hodnotou pH v rozsahu 3 – 9. Adsorpčná rovnováha sa dosiahla po 6 hodinách oscilácie.

Bola skúmaná uskutočniteľnosť odstraňovania amoniakálneho dusíka zo skládkového výluhu adsorpciou zeolitu. Experimentálne výsledky ukazujú, že každý gram zeolitu má obmedzený adsorpčný potenciál 15,5 mg amoniakálneho dusíka. Pri veľkosti častíc zeolitu 30-16 mesh dosahuje rýchlosť odstraňovania amoniakálneho dusíka 78,5 % a pri rovnakom čase adsorpcie, dávkovaní a veľkosti častíc zeolitu platí, že čím vyššia je koncentrácia vstupujúceho amoniakálneho dusíka, tým vyššia je rýchlosť adsorpcie a je možné, aby zeolit ​​ako adsorbent odstraňoval amoniakálny dusík z výluhu. Zároveň sa zdôrazňuje, že rýchlosť adsorpcie amoniakálneho dusíka zeolitom je nízka a v praktickej prevádzke je pre zeolit ​​ťažké dosiahnuť saturačnú adsorpčnú kapacitu.

Bol skúmaný vplyv biologickej zeolitovej vrstvy na odstraňovanie dusíka, CHSK a iných znečisťujúcich látok v simulovanej odpadovej vode z obcí. Výsledky ukazujú, že miera odstraňovania amoniakálneho dusíka biologickou zeolitovou vrstvou je viac ako 95 % a odstraňovanie dusičnanového dusíka je výrazne ovplyvnené dobou zdržania hydraulického média.

Metóda iónovej výmeny má výhody nízkej investície, jednoduchého procesu, pohodlnej prevádzky, necitlivosti na jedy a teplotu a opätovného použitia zeolitu regeneráciou. Pri čistení odpadových vôd s vysokou koncentráciou amoniakového dusíka je však regenerácia častá, čo spôsobuje nepohodlie pri prevádzke, preto je potrebné ju kombinovať s inými metódami čistenia amoniakovým dusíkom alebo použiť na čistenie odpadových vôd s nízkou koncentráciou amoniakového dusíka.

Veľkoobchodný výrobca a dodávateľ zeolitu 4A | EVERBRIGHT (cnchemist.com)