כימיקלים ותהליך להסרת חנקן אמוניה ממים

1. מה זה חנקן אמוניה?

חנקן אמוניה מתייחס לאמוניה בצורה של אמוניה חופשית (או אמוניה לא יונית, NH3) או אמוניה יונית (NH4+). PH גבוה יותר ושיעור גבוה יותר של אמוניה חופשית; נהפוך הוא, שיעור המלח האמוניום הוא גבוה.

חנקן אמוניה הוא חומר מזין במים, מה שעלול להוביל לאוטרופציה של מים, והוא החמצן העיקרי הצורך מזהם במים, שהוא רעיל לדגים וכמה אורגניזמים מימיים.

ההשפעה המזיקית העיקרית של חנקן אמוניה על אורגניזמים מימיים היא אמוניה חופשית, שרעילותו היא עשרות פעמים גדולות מזו של מלח אמוניום, ועולה עם עליית האלקליות. רעילות חנקן אמוניה קשורה קשר הדוק לערך ה- pH וטמפרטורת המים של מי הבריכה, באופן כללי, ככל שערך ה- pH וטמפרטורת המים גבוהה יותר, כך הרעילות חזקה יותר.

שתי שיטות קולורמטריות רגישות משוערות המשמשות בדרך כלל לקביעת אמוניה הן שיטת המגיב של נסלר הקלאסי ושיטת הפנול-היפוכלוריט. בדרך כלל משתמשים בטיטראציות ושיטות חשמל לקביעת אמוניה; כאשר תכולת החנקן של אמוניה גבוהה, ניתן להשתמש גם בשיטת טיטרציה של הזיקוק. (הסטנדרטים הלאומיים כוללים את שיטת המגיב של נאת, ספקטרופוטומטריה של חומצה סליצילית, זיקוק - שיטת טיטרציה)

2. תהליך הסרת חנקן פיזי וכימיקלים

① שיטת משקעים כימית

שיטת המשקעים הכימית, הידועה גם כשיטת משקעים במפה, היא להוסיף לגנזיום וחומצה זרחתית או פוספט מימן לפקפקים המכילים חנקן אמוניה, כך ש- NH4+ בשפכים מגיבים מגיבים עם Mg+ ו- PO4- בתמיסה מימית ליצירת אמוניום מגנגיום פוספאט, הסרת חנקן אמוניה. מגנזיום אמוניום פוספט, הידוע בכינויו Struvite, יכול לשמש כקומפוסט, תוסף אדמה או מעכב אש לבניית מוצרים מבניים. משוואת התגובה היא כדלקמן:

Mg ++ nh4 + + po4 - = mgnh4p04

הגורמים העיקריים המשפיעים על השפעת הטיפול של משקעים כימיים הם ערך pH, טמפרטורה, ריכוז חנקן אמוניה ויחס טוחני (n (Mg+): n (NH4+): n (P04-)). התוצאות מראות שכאשר ערך ה- pH הוא 10 ויחס טוחני של מגנזיום, חנקן וזרחן הוא 1.2: 1: 1.2, השפעת הטיפול טובה יותר.

בעזרת מגנזיום כלוריד ובפוספט מימן מימן כחומרים משקעים, התוצאות מראות כי השפעת הטיפול טובה יותר כאשר ערך ה- pH הוא 9.5 והיחס הטוחני של מגנזיום, חנקן וזרחן הוא 1.2: 1: 1.

התוצאות מראות כי MGC12+NA3PO4.12H20 עדיף על שילובי סוכני משקעים אחרים. כאשר ערך ה- pH הוא 10.0, הטמפרטורה היא 30 ℃, n (mg+): n (nh4+): n (p04-) = 1: 1: 1, ריכוז המסה של חנקן אמוניה בשפכים לאחר ערבוב של 30 דקות מופחת מ- 222 מג/ליטר לפני הטיפול ל -17 מג/ל ', וקצב ההסרה הוא 92.3%.

שיטת המשקעים הכימית ושיטת הממברנה הנוזלית שולבו לטיפול בשפכים של חנקן אמוניה תעשייתית גבוהה. בתנאי אופטימיזציה של תהליך המשקעים, שיעור ההסרה של חנקן אמוניה הגיע ל 98.1%ואז טיפול נוסף בשיטת הסרט הנוזל הפחית את ריכוז החנקן של אמוניה ל 0.005 גרם/ל ', והגיע לתקן הפליטה הלאומי מהשורה הראשונה.

נבדקה השפעת ההסרה של יוני מתכת דו -ערכיים (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) מלבד Mg+על חנקן אמוניה בפעולה של פוספט. הוצע תהליך חדש של משקעים של מפת משקעים של CASO4 עבור שפכים אמוניום סולפט. התוצאות מראות כי ניתן להחליף את הרגולטור המסורתי של NAOH על ידי סיד.

היתרון בשיטת המשקעים הכימית הוא שכאשר ריכוז השפכים של חנקן אמוניה הוא גבוה, היישום של שיטות אחרות מוגבל, כמו שיטה ביולוגית, שיטת כלור נקודת שבירה, שיטת הפרדת קרום, שיטת חילופי יונים וכו '. בשלב זה ניתן להשתמש בשיטת משקעים כימית לטיפול לפני. יעילות ההסרה של שיטת המשקעים הכימית טובה יותר והיא אינה מוגבלת על ידי הטמפרטורה, והפעולה פשוטה. הבוצה המשקע המכילה מגנזיום אמוניום פוספט יכול לשמש כדשן מורכב כדי לממש ניצול פסולת, ובכך לקזז חלק מהעלות; אם ניתן לשלב אותו עם כמה מפעלים תעשייתיים המייצרים שפכים פוספטים ומפעלים המייצרים מלח מלח, זה יכול לחסוך עלויות תרופות ולהקל על יישום בקנה מידה גדול.

החיסרון של שיטת המשקעים הכימיים הוא שבגלל הגבלת תוצר המסיסות של אמוניום מגנזיום פוספט, לאחר שהחנקן האמוניה בשפכים מגיע לריכוז מסוים, אפקט ההסרה אינו ברור ועלות הקלט מוגברת מאוד. לפיכך, יש להשתמש בשיטת משקעים כימית בשילוב עם שיטות אחרות המתאימות לטיפול מתקדם. כמות המגיב המשמשת גדולה, הבוצה המיוצרת גדולה ועלות הטיפול גבוהה. הצגת יוני כלוריד וזרחן שיורי במהלך מינון כימיקלים יכולה בקלות לגרום לזיהום משני.

יצרן וספק אלומיניום אלומיניום סיטוני | Everbright (cnchemist.com)

יצרן וספק סיטונאי דיבאסי של נתרן פוספט | Everbright (cnchemist.com)

② שיטת פליטה

הסרת חנקן אמוניה על ידי שיטת ניפוח היא להתאים את ערך ה- pH לאלקלין, כך שיון האמוניה בשפכים יומר לאמוניה, כך שהוא קיים בעיקר בצורה של אמוניה חופשית, ואז הוצאת אמוניה החופשית מהשפכה דרך המנשא, כך כדי להשיג את המטרה של חשיש אמוניה. הגורמים העיקריים המשפיעים על היעילות הנושפת הם ערך pH, טמפרטורה, יחס נוזל גז, קצב זרימת גז, ריכוז ראשוני וכן הלאה. נכון לעכשיו, שיטת הפיצוץ נמצאת בשימוש נרחב לטיפול בשפכים עם ריכוז גבוה של חנקן אמוניה.

נבדקה הסרת חנקן אמוניה מהטמעה בשיטת פיצוץ. נמצא כי גורמי המפתח השולטים ביעילות של פיצוץ היו טמפרטורה, יחס נוזל גז וערך pH. כאשר טמפרטורת המים עולה על 2590, יחס נוזלי הגז הוא בערך 3500, וה- pH הוא בערך 10.5, קצב ההסרה יכול להגיע ליותר מ- 90% עבור שטיפת ההטמנה עם ריכוז החנקן האמוניה גבוה עד 2000-4000 מ"ג/ל. התוצאות מראות שכאשר pH = 11.5, טמפרטורת הפשטה היא 80 סמ"ק וזמן הפשטה הוא 120 דקות, קצב ההסרה של חנקן אמוניה בשפכים יכול להגיע ל 99.2%.

היעילות הנושפת של שפכים חנקן אמוניה בריכוז גבוה בוצעה על ידי מגדל מפוצץ זרם נגד. התוצאות הראו כי היעילות הנושמת עלתה עם עליית ערך ה- pH. ככל שיחס נוזלי הגז גדול יותר, כך הכוח המניע של העברת המסה המניעה אמוניה גדול יותר, ויעילות הפשטה עולה גם היא.

הסרת חנקן אמוניה בשיטת פיצוץ היא יעילה, קלה לתפעול וקל לשליטה. החנקן האמוניה המפוצץ יכול לשמש כבול עם חומצה גופרתית, וכספי החומצה הגופרתית הנוצרת יכולים לשמש כדשן. שיטת פיצוץ היא טכנולוגיה נפוצה להסרת חנקן פיזית וכימית כרגע. עם זאת, לשיטת הפיצוץ יש כמה חסרונות, כמו קנה מידה תכוף במגדל הנפילה, יעילות הסרת חנקן אמוניה נמוכה בטמפרטורה נמוכה, וזיהום משני הנגרם כתוצאה מהגז המפוצץ. שיטת פיצוץ משולבת בדרך כלל עם שיטות טיפול אחרות בשפכים של חנקן אמוניה לטיפול מראש בפיזור חנקן אמוניה עם ריכוז גבוה.

Point Break Point כלור

המנגנון של הסרת אמוניה על ידי כלור נקודת שבירה הוא שגז כלור מגיב עם אמוניה לייצור גז חנקן לא מזיק, ו- N2 נמלט לאטמוספרה, מה שהופך את מקור התגובה להמשיך ימינה. נוסחת התגובה היא:

HOCL NH4 + + 1.5 -> 0.5 N2 H20 H ++ Cl - 1.5 + 2.5 + 1.5)

כאשר גז כלור מועבר לשפכים לנקודה מסוימת, תוכן הכלור החופשי במים נמוך, וריכוז האמוניה הוא אפס. כאשר כמות גז הכלור עוברת את הנקודה, כמות הכלור החופשי במים תגדל, לכן הנקודה נקראת נקודת השבירה, והכלור במצב זה נקרא נקודת השבירה כלור.

שיטת הכלור של נקודת השבירה משמשת לטיפול בשפכים הקידוחים לאחר ניפוח חנקן אמוניה, והשפעת הטיפול מושפעת ישירות מתהליך הנשף החנקן של אמוניה. כאשר 70% מהחנקן האמוניה בשפכים מוסרים על ידי תהליך פיצוץ ואז מטופלים על ידי כלור נקודת שבירה, ריכוז המסה של חנקן אמוניה בשפכים הוא פחות מ- 15 מג/ל. ג'אנג שנגלי ואח '. לקח שפכים חנקן אמוניה מדומה עם ריכוז המוני של 100 מג/ל 'כאובייקט המחקר, ותוצאות המחקר הראו כי הגורמים העיקריים והמשניים המשפיעים על הסרת חנקן אמוניה על ידי חמצון של נתרן היפוכלוריט היו יחס הכמות של כלור לחנקן אמוניה, זמן התגובה וערך הפיל.

שיטת הכלור של נקודת השבירה בעלת יעילות גבוהה להסרת חנקן, שיעור ההסרה יכול להגיע ל 100%, וניתן להפחית את ריכוז האמוניה בשפכים לאפס. ההשפעה יציבה ולא מושפעת מהטמפרטורה; פחות ציוד השקעה, תגובה מהירה ומלאה; יש לו השפעה של עיקור וחיטוי על גוף המים. היקף היישום של שיטת הכלור של נקודת השבירה הוא שריכוז מי השפכים של חנקן אמוניה הוא פחות מ- 40 מ"ג לליטר, כך ששיטת הכלור של נקודת השבירה משמשת לרוב לטיפול מתקדם בשפכים של חנקן אמוניה. הדרישה לשימוש בטוח ואחסון גבוהה, עלות הטיפול גבוהה, ותוצרי הלוואי הכלורמינים והאורגנים הכלוריים יגרמו לזיהום משני.

④ שיטת חמצון קטליטית

שיטת חמצון קטליטית היא באמצעות פעולת זרז, תחת טמפרטורה ולחץ מסוימים, באמצעות חמצון אוויר, ניתן לחמצן חומר אורגני ואמוניה בביוב ולפרק לחומרים לא מזיקים כמו CO2, N2 ו- H2O, כדי להשיג את מטרת הטיהור.

הגורמים המשפיעים על השפעת החמצון הקטליטי הם מאפייני זרז, טמפרטורה, זמן תגובה, ערך pH, ריכוז חנקן אמוניה, לחץ, עוצמת ערבוב וכן הלאה.

נבדק תהליך ההשפלה של חנקן אמוניה אוזונט. התוצאות הראו כי כאשר ערך ה- pH עלה, נוצר סוג של רדיקל HO עם יכולת חמצון חזקה, וקצב החמצון איצן משמעותית. מחקרים מראים כי אוזון יכול לחמצן חנקן אמוניה לניטריט וניטריט לחנקה. ריכוז החנקן האמוניה במים יורד עם עליית הזמן, וקצב ההסרה של חנקן אמוניה הוא כ 82%. CUO-MN02-CE02 שימש כזרז מורכב לטיפול בשפכים של חנקן אמוניה. תוצאות הניסוי מראות כי פעילות החמצון של הזרז המורכב החדש שהוכן לאחרונה משופרת משמעותית, ותנאי התהליך המתאימים הם 255 ℃, 4.2MPa ו- pH = 10.8. בטיפול בשפכים של חנקן אמוניה עם ריכוז ראשוני של 1023 מג/ליטר, שיעור ההסרה של חנקן אמוניה יכול להגיע ל 98% תוך 150 דקות, ולהגיע לתקן הפריקה הלאומי (50 mg/l).

הביצועים הקטליטיים של זאוליט הנתמכים ב- TiO2 Photocatalyst נחקרה על ידי לימוד קצב ההשפלה של חנקן אמוניה בתמיסת חומצה גופרתית. התוצאות מראות כי המינון האופטימלי של Ti02/ Zeolite Photocatalyst הוא 1.5 גרם לליטר וזמן התגובה הוא 4H תחת הקרנה אולטרה סגולה. שיעור ההסרה של חנקן אמוניה מפני שפכים יכול להגיע ל 98.92%. נבדקה השפעת ההסרה של ברזל גבוה וננו-צ'ין דו חמצני תחת אור אולטרה סגול על פנול וחנקן אמוניה. התוצאות מראות כי קצב ההסרה של חנקן אמוניה הוא 97.5% כאשר pH = 9.0 מיושם על תמיסת החנקן אמוניה עם ריכוז של 50 מג/ל ', שהוא 7.8% ו 22.5% גבוה יותר מזה של ברזל גבוה או דו -חמצני בלבד.

לשיטת חמצון קטליטית היתרונות של יעילות טיהור גבוהה, תהליך פשוט, אזור תחתון קטן וכו ', ומשמש לעתים קרובות לטיפול בשפכים של חנקן אמוניה בריכוז גבוה. קושי היישום הוא כיצד למנוע אובדן של זרז והגנה על קורוזיה על ציוד.

⑤ שיטת חמצון אלקטרוכימית

שיטת חמצון אלקטרוכימית מתייחסת לשיטת הסרת המזהמים במים על ידי שימוש באלקטרוקסידציה עם פעילות קטליטית. הגורמים המשפיעים הם צפיפות זרם, קצב זרימת הכניסה, זמן יציאה וזמן פתרון נקודה.

נבדק החמצון האלקטרוכימי של שפכים אמוניה-ניטרוגן בתא אלקטרוליטי זרימה במחזור, כאשר החיובי הוא TI/RU02-TIO2-IR02-SNO2 חשמל רשת והשלילי הוא חשמל רשת TI. התוצאות מראות שכאשר ריכוז יון הכלוריד הוא 400 מג/ליטר, ריכוז החנקן האמוניה הראשוני הוא 40 מ"ג/ל ', קצב הזרימה ההשפעה הוא 600 מ"ל/דקה, הצפיפות הנוכחית היא 20mA/ס"מ, והזמן האלקטרוליטי הוא 90 דקות, קצב הסרת החנקן של האמוניה הוא 99.37%. זה מראה כי לחמצון אלקטרוליטי של שפכים אמוניה-ניטרוגן יש סיכוי ליישום טוב.

3. תהליך הסרת חנקן ביוכימי

① כל החנקן והדניטריפיקציה

ניטריפיקציה ודיניטריפיקציה בתהליך מלא הוא סוג של שיטה ביולוגית שנמצאת בשימוש נרחב כבר זמן רב. הוא ממיר חנקן אמוניה בשפכים לחנקן באמצעות סדרה של תגובות כמו חנקן ודניטריפיקציה בפעולה של מיקרואורגניזמים שונים, כדי להשיג את מטרת הטיפול בשפכים. תהליך החנקן והדניטריפיקציה להסרת חנקן אמוניה צריך לעבור שני שלבים:

תגובת ניטרפיקציה: תגובת ה- nitrification הושלמה על ידי מיקרואורגניזמים אוטוטרופיים אירוביים. במצב האירובי, חנקן אורגני משמש כמקור החנקן כדי להמיר NH4+ ל- NO2- ואז הוא מתחמצן ל- NO3-. ניתן לחלק את תהליך החנקן לשני שלבים. בשלב השני, ניטריט מומר לחנקה (NO3-) על ידי חיידקים חנקנים, וניטריט מומר לחנקה (NO3-) על ידי חיידקים חנקנים.

תגובת Denitrification: תגובת Denitrification היא התהליך בו דחיית חיידקים מפחיתים חנקן חנקן וחנקן חנקן לחנקן גזי (N2) במצב של היפוקסיה. חיידקי דחיית הם מיקרואורגניזמים הטרוטרופיים, שרובם שייכים לחיידקים אמפיטיים. במצב של היפוקסיה הם משתמשים בחמצן בחנקה כמקבל אלקטרונים וחומר אורגני (רכיב BOD בביוב) כתורם אלקטרונים כדי לספק אנרגיה ולהיות מחומצן ומייצב.

כל התהליך של היישומים ההנדסיים של התהליך של ניטריקציה ודניטריפיקציה כוללים בעיקר AO, A2O, תעלת חמצון וכו ', שהיא שיטה בוגרת יותר המשמשת בתעשיית הסרת החנקן הביולוגית.

לכל שיטת החנקן והדניטריפיקציה יש יתרונות של השפעה יציבה, פעולה פשוטה, ללא זיהום משני ועלות נמוכה. בשיטה זו יש גם כמה חסרונות, כמו מקור הפחמן יש להוסיף כאשר יחס ה- C/N בשפכים נמוך, דרישת הטמפרטורה קפדנית יחסית, היעילות נמוכה בטמפרטורה נמוכה, האזור גדול, הביקוש לחמצן גדול, וכמה חומרים מזיקים כגון יוני מתכת כבדה יש ​​השפעה דחופה על מיקרואורגניזים, אשר צריכים לשיטה ביולוגית. בנוסף, לריכוז הגבוה של חנקן אמוניה בשפכים יש גם השפעה מעכבת על תהליך החנקן. לפיכך, יש לבצע טיפול מקדים לפני הטיפול בשפכים של חנקן אמוניה בעל ריכוז גבוה, כך שהריכוז של שפכים חנקן אמוניה הוא פחות מ- 500 מג/ל. השיטה הביולוגית המסורתית מתאימה לטיפול בריכוז נמוך אמוניה שפכים שפכים המכילים חומר אורגני, כמו ביוב ביתי, שפכים כימיים וכו '.

Simplification Nitrification and Denitrification (SND)

כאשר ניטריפיקציה ודניטריפיקציה מתבצעים יחד באותו הכור, זה נקרא דניטריפיקציה עיכול סימולטנית (SND). החמצן המומס בשפכים מוגבל על ידי קצב ההתפשטות כדי לייצר שיפוע חמצן מומס באזור המיקרו -סביבה על הפלוק או הביופילם המיקרוביאלי, מה שהופך את שיפוע החמצן המומס על פני השטח החיצוני של פלוקציה מיקרוביאלית או ביופילם המתרחש לגידולה של חוטש והתפשטות. ככל שהעמוק יותר אל הפלוק או הממברנה, ככל שהריכוז של חמצן מומס נמוך יותר, וכתוצאה מכך שולטים באזור אנוקסי בו חיידקים מחליטים. ובכך יוצרים תהליך עיכול וניתוח סימולטני. הגורמים המשפיעים על עיכול סימולטני ודניטריפיקציה הם ערך pH, טמפרטורה, אלקליות, מקור פחמן אורגני, חמצן מומס וגיל בוצה.

ניטריפיקציה/דניטריפיקציה בו זמנית הייתה קיימת בתעלת החמצון של קרוסלה, וריכוז החמצן המומס בין האימפלר המאוורר בתעלת החמצון של קרוסלה פחת בהדרגה, והחמצן המומס בחלק התחתון של תעלת חמצון הקרוסלה היה נמוך מזה בחלק העליון. שיעורי ההיווצרות והצריכה של חנקן חנקה בכל חלק בתעלה כמעט שווים, וריכוז החנקן האמוניה בתעלה תמיד נמוך מאוד, מה שמצביע על כך שתגובות החנקן והדניטריפיקציה מתרחשות בו זמנית בתעלת חמצון הקרוסלה.

המחקר על הטיפול בביוב ביתי מראה שככל שה- CODCR גבוה יותר, כך דניטריפיקציה שלמה יותר והסרת ה- TN טובה יותר. ההשפעה של חמצן מומס על ניטריפיקציה ודיניטריפיקציה בו זמנית היא גדולה. כאשר החמצן המומס נשלט על 0.5 ~ 2 mg/L, השפעת הסרת החנקן הכוללת טובה. יחד עם זאת, שיטת החנקן והדניטריפיקציה חוסכת את הכור, מקצרת את זמן התגובה, היא בעלת צריכת אנרגיה נמוכה, חוסכת השקעה וקל לשמור על ערך ה- pH יציב.

③ עיכול ודיניטריפיקציה בטווח השטח

באותו הכור, חיידקים מחמצנים אמוניה משמשים לחמצון אמוניה לניטריט בתנאים אירוביים, ואז ניטריט מכוון ישירות לייצור חנקן עם חומר אורגני או מקור פחמן חיצוני כתורם אלקטרונים בתנאי היפוקסיה. גורמי ההשפעה של ניטריפיקציה לטווח קצר ודניטריפיקציה הם טמפרטורה, אמוניה חופשית, ערך pH וחמצן מומס.

השפעת הטמפרטורה על ניטריפיקציה לטווח קצר של ביוב עירוני ללא מי ים וביוב עירוני עם 30% מי ים. תוצאות הניסוי מראות כי: עבור הביוב העירוני ללא מי ים, העלאת הטמפרטורה תורמת להשגת ניטריפיקציה לטווח קצר. כאשר חלקם של מי הים בביוב ביתי הוא 30%, ניתן להשיג טוב יותר של ניטריפיקציה לטווח קצר בתנאי טמפרטורה בינונית. אוניברסיטת טכנולוגיה של דלפט פיתחה את תהליך השרון, השימוש בטמפרטורה גבוהה (בערך 30-4090) תורם להתפשטות חיידקי ניטריט, כך שחיידקי ניטריט מאבדים תחרות, ואילו על ידי שליטה על גיל הבוצה כדי לחסל חיידקים ניטריט, כך שתגובת החנקן בשלב ה- NITRITE.

בהתבסס על ההבדל בזיקה חמצן בין חיידקי ניטריט לחיידקי ניטריט, מעבדת האקולוגיה של מיקרוביאלית ג'נט פיתחה את תהליך האולנד להשגת הצטברות חנקן ניטריט על ידי שליטה בחמצן מומס כדי לחסל חיידקי ניטריט.

תוצאות בדיקת הפיילוט של הטיפול בשפכים שקעים על ידי ניטריפיקציה וקצרי דניטריפיקציה לטווח קצר מראים כי כאשר הקלה המשפיע, חנקן אמוניה, TN, TN ופנול הם 1201.6,510.4,540.1 ו- 110.4 מג"ג/ליטר, קו השפכים הממוצע, אמוניה חנקן, 19. 0.4 מג/ל, בהתאמה. שיעורי ההסרה המקבילים היו 83.6%, 97.2%, 66.4%ו- 99.6%בהתאמה.

תהליך ניטריפיקציה ודניטריפיקציה לטווח קצר אינו עובר את שלב החנקה, וחוסך את מקור הפחמן הנדרש להסרת חנקן ביולוגי. יש לו יתרונות מסוימים למיפסת חנקן אמוניה עם יחס C/N נמוך. ניטריפיקציה וקצרה לטווח קצר יש יתרונות של פחות בוצה, זמן תגובה קצר וחיסכון בנפח הכור. עם זאת, חנקן ודניטריפיקציה לטווח קצר דורשים הצטברות יציבה ומתמשכת של ניטריט, ולכן כיצד לעכב ביעילות את הפעילות של חיידקי החנקן הופכת למפתח.

④ חמצון אמוניה אנאירובי

אממוקסידציה אנאירובית היא תהליך של חמצון ישיר של חנקן אמוניה לחנקן על ידי חיידקים אוטוטרופיים בתנאי של היפוקסיה, עם חנקן חנקן או חנקן חנקן כמקבל אלקטרונים.

נבדקו ההשפעות של טמפרטורה ו- pH על הפעילות הביולוגית של אנמוקס. התוצאות הראו כי טמפרטורת התגובה האופטימלית הייתה 30 ℃ וערך ה- pH היה 7.8. נבדקה כדאיותו של כור אממוקס אנאירובי לטיפול במליחות גבוהה ומי שפכים חנקן בריכוז גבוה. התוצאות הראו כי מליחות גבוהה עיכבה משמעותית את פעילות אנמוקס, ועיכוב זה היה הפיך. פעילות AMMOX האנאירובית של הבוצה הבלתי מוסתרת הייתה נמוכה ב -67.5% מזו של בוצה הביקורת במליחות של 30 גרם. L-1 (NAC1). פעילות האנמוקס של הבוצה המאוקלת הייתה נמוכה ב -45.1% מזו של השליטה. כאשר הועבר הבוצה המאוקלת מסביבת מליחות גבוהה לסביבת מליחות נמוכה (ללא מי מלח), פעילות האממוקס האנאירובית הוגדלה ב- 43.1%. עם זאת, הכור מועד לירידה בתפקוד כאשר הוא פועל במליחות גבוהה במשך זמן רב.

בהשוואה לתהליך הביולוגי המסורתי, Ammox אנאירובי הוא טכנולוגיית הסרת חנקן ביולוגית חסכונית יותר ללא מקור פחמן נוסף, ביקוש חמצן נמוך, אין צורך בכך שהריגנטים ינטרלו ופחות ייצור בוצה. החסרונות של אממוקס אנאירובי הם שמהירות התגובה איטית, נפח הכור גדול, ומקור הפחמן לא חיובי על אממוקס אנאירובי, שיש לו משמעות מעשית לפיתרון מי השפכים של חנקן אמוניה עם השפלות ביולוגית לקויה.

4. תהליך הסרת חנקן של הפרדה וספיחה

① שיטת הפרדת קרום

שיטת הפרדת הממברנה היא להשתמש בחדירות הסלקטיבית של הממברנה כדי להפריד באופן סלקטיבי את הרכיבים בנוזל, כדי להשיג את המטרה של הסרת חנקן אמוניה. כולל אוסמוזה הפוכה, ננו -פילטרציה, קרום דה -מונון ואלקטרודיאליזה. הגורמים המשפיעים על הפרדת הממברנה הם מאפייני הממברנה, לחץ או מתח, ערך pH, טמפרטורה וריכוז חנקן אמוניה.

על פי איכות המים של מי שפכים של חנקן אמוניה ששוחררו על ידי מחץ האדמה הנדיר, ניסוי האוסמוזה ההפוך בוצע עם NH4C1 ו- NACI שפכים מדמים. נמצא כי באותם מצבים, לאוסמוזה הפוכה יש קצב הסרה גבוה יותר של NACI, ואילו ל- NHCL יש קצב ייצור מים גבוה יותר. שיעור ההסרה של NH4C1 הוא 77.3% לאחר טיפול באוסמוזה הפוכה, אשר יכול לשמש כטיפול מקדים של שפכים חנקן אמוניה. טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה יכולה לחסוך אנרגיה, יציבות תרמית טובה, אך עמידות בפני כלור, עמידות לזיהום היא ירודה.

תהליך הפרדת קרום ננו -פילטרציה ביוכימית שימש לטיפול במטלטל המזבלה, כך ש 85% ~ 90% מהנוזל החדיר שוחרר לפי התקן, ורק 0% ~ 15% מנוזל הביוב והבוץ המרוכזים הוחזרו למיכל האשפה. Ozturki et al. התייחסו לטיסת הטמנה של אודאירי בטורקיה עם קרום ננו -פילטרציה, וקצב ההסרה של חנקן אמוניה היה כ 72%. קרום ננו -פילטרציה דורש לחץ נמוך יותר מאשר קרום אוסמוזה הפוכה, קל לתפעול.

מערכת הממברנה המסודרת אמוניה משמשת בדרך כלל לטיפול בשפכים עם חנקן אמוניה גבוהה. לחנקן האמוניה במים יש את האיזון הבא: NH4- +OH- = NH3 +H2O בפעולה, פקודת השפכים המכילה אמוניה זורמת במעטפת של מודול הממברנה, והנוזל הסופג חומצה זורם בצינור מודול הממברנה. כאשר ה- pH של השפכים עולה או שהטמפרטורה עולה, שיווי המשקל יעבור ימינה, והאמוניום יון NH4- יהפוך ל- NH3 הגזי החופשי. בשלב זה, NH3 גזי יכול להיכנס לשלב נוזלי ספיגת החומצה בצינור משלב מי הפסולת בקליפה דרך המיקרופוריות על פני הסיב החלול, הנספג על ידי תמיסת החומצה והופך מייד ל- NH4- יוני. שמור על החומציות של שפכים מעל 10, והטמפרטורה מעל 35 מעלות צלזיוס (מתחת ל 50 מעלות צלזיוס), כך שה- NH4 בשלב שפכים יהפוך ללא הפסקה NH3 להגירה שלב נוזלי הקליטה. כתוצאה מכך, ריכוז החנקן האמוניה בצד השפכים פחת ברציפות. שלב נוזלי ספיגת החומצה, מכיוון שיש רק חומצה ו- NH4-, יוצר מלח אמוניום טהור מאוד ומגיע לריכוז מסוים לאחר זרימת מחזור רציפה, שניתן למחזר. מצד אחד, השימוש בטכנולוגיה זו יכול לשפר מאוד את קצב ההסרה של חנקן אמוניה בשפכים, ומצד שני הוא יכול להפחית את עלות התפעול הכוללת של מערכת הטיפול בשפכים.

② שיטת אלקטרודיאליזה

אלקטרודיאליזה היא שיטה להסרת מוצקים מומסים מתמיסות מימיות על ידי יישום מתח בין זוגות הממברנה. תחת פעולת המתח, מועשרים יוני האמוניה ויונים אחרים בשפכים אמוניה-ניטרוגן דרך הממברנה במים המרוכזים האמוניה, כדי להשיג את מטרת ההסרה.

שיטת האלקטרודיאליזה שימשה לטיפול בשפכים אורגניים עם ריכוז גבוה של חנקן אמוניה והשיג תוצאות טובות. עבור 2000-3000 מג /ל אמוניה שפכים של חנקן, קצב ההסרה של חנקן אמוניה יכול להיות יותר מ- 85%, וניתן להשיג את מי האמוניה המרוכזים ב- 8.9%. כמות החשמל הנצרכת במהלך הפעלת האלקטרודיאליזה היא פרופורציונלית לכמות החנקן של אמוניה בשפכים. הטיפול האלקטרודיאליזה בשפכים אינו מוגבל על ידי ערך pH, טמפרטורה ולחץ, וקל לפעול.

היתרונות של הפרדת הממברנה הם התאוששות גבוהה של חנקן אמוניה, פעולה פשוטה, אפקט טיפול יציב וללא זיהום משני. עם זאת, בטיפול בשפכים של חנקן אמוניה ריכוז גבוהה, למעט הממברנה המקובלת, ממברנות אחרות קלות לקנה מידה וסתימה, והתחדשות ושטיפה אחורית שכיחות, מה שמגדיל את עלות הטיפול. לפיכך, שיטה זו מתאימה יותר לטיפול מקדים או לריכוז נמוך אמוניה שפכים חנקן.

③ שיטת חילופי יונים

שיטת חילופי יונים היא שיטה להסרת חנקן אמוניה משפכים באמצעות חומרים עם ספיחה סלקטיבית חזקה של יוני אמוניה. חומרי הספיחה הנפוצים הם מופעלים פחמן, זאוליט, מונטמורלוניט ושרף חילופי. זאוליט הוא סוג של סיליקו-אלומיננט עם מבנה מרחבי תלת מימדי, מבנה נקבוביות רגיל וחורים, ביניהם קלינופטילוליט יש יכולת ספיחה סלקטיבית חזקה ליוני אמוניה ומחיר נמוך, ולכן הוא משמש בדרך כלל כחומר ספיחה לאמוניה בשפת חנקן בהנדסה. הגורמים המשפיעים על השפעת הטיפול של קלינופטילוליט כוללים גודל חלקיקים, ריכוז חנקן אמוניה משפיע, זמן מגע, ערך pH וכן הלאה.

השפעת הספיחה של זאוליט על חנקן אמוניה היא ברורה, ואחריה רניטה, והשפעת האדמה והקרמיזה היא ירודה. הדרך העיקרית להסרת חנקן אמוניה מזאוליט היא חילופי יונים, ואפקט הספיחה הפיזי קטן מאוד. השפעת חילופי היונים של קרמיט, אדמה ורניטה דומה לאפקט הספיחה הפיזי. יכולת הספיחה של ארבעת המילוי פחתה עם עליית הטמפרטורה בטווח של 15-35 ℃, ועלתה עם עליית ערך ה- pH בטווח של 3-9. שיווי המשקל של הספיחה הושג לאחר תנודה של 6 שעות.

נבדקה כדאיות הסרת חנקן אמוניה מפיצול הטמנה על ידי ספיחת זאוליט. תוצאות הניסוי מראות כי לכל גרם זאוליט יש פוטנציאל ספיחה מוגבל של חנקן אמוניה של 15.5 מ"ג, כאשר גודל החלקיקים הזאוליטיים הוא 30-16 רשת, קצב ההסרה של חנקן אמוניה מגיע 78.5%, ובאותה הספיגה של אמצעי הגודל, גודל החנקן הגבוה, נינוח הגבוה, ניניון גבוה, חנקן גבוה, חנקן, מהיר, את כל החנקן, אפשרי לזאוליט כספיגה להסרת חנקן אמוניה מהמתנה. יחד עם זאת, מצוין כי קצב הספיחה של חנקן אמוניה על ידי זאוליט נמוך, וקשה לזאוליט להגיע ליכולת ספיחת רוויה בפעולה מעשית.

נבדקה השפעת ההסרה של מיטת זאוליט ביולוגית על חנקן, בקלה ומזהמים אחרים בביוב כפר מדומה. התוצאות מראות כי קצב ההסרה של חנקן אמוניה על ידי מיטת זאוליט ביולוגית הוא יותר מ- 95%, והוצאת חנקן החנקה מושפעת מאוד מזמן המגורים ההידראולי.

לשיטת חילופי היונים יש יתרונות של השקעה קטנה, תהליך פשוט, פעולה נוחה, חוסר רגישות לרעל וטמפרטורה ושימוש חוזר בזאוליט על ידי התחדשות. עם זאת, כאשר מטפלים בשפכים של חנקן אמוניה ריכוז גבוהה, ההתחדשות היא תכופה, מה שמביא אי נוחות לפעולה, ולכן יש לשלב אותו עם שיטות טיפול חנקן אמוניה אחרות, או לשמש לטיפול בשפכים חנקן אמוניה בריכוז נמוך.

יצרן וספק סיטונאי 4A זאוליט | Everbright (cnchemist.com)