כימיקל ותהליך להסרת חנקן אמוניה מהמים

1. מהו 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;להיפך, שיעור מלח האמוניום גבוה.

חנקן אמוניה הוא חומר מזין במים, שעלול להוביל לאיאטרופיקציה של המים, והוא המזהם העיקרי שצורך חמצן במים, שהוא רעיל לדגים ולחלק מאורגניזמים מימיים.

ההשפעה המזיקה העיקרית של חנקן אמוניה על אורגניזמים מימיים היא אמוניה חופשית, שהרעילות שלה גדולה עשרות מונים מזו של מלח אמוניום, ומתגברת עם עליית הבסיסיות.רעילות חנקן אמוניה קשורה קשר הדוק לערך ה-pH וטמפרטורת המים של מי הבריכה, באופן כללי, ככל שערך ה-pH וטמפרטורת המים גבוהים יותר, כך הרעילות חזקה יותר.

שתי שיטות קולורימטריות רגישות משוערות הנפוצות לקביעת אמוניה הן שיטת הריאגנטים הקלאסית של Nessler ושיטת הפנול-היפוכלוריט.טיטרציות ושיטות חשמליות משמשות גם בדרך כלל לקביעת אמוניה;כאשר תכולת חנקן אמוניה גבוהה, ניתן להשתמש גם בשיטת טיטרציה של זיקוק.(תקנים לאומיים כוללים את שיטת הריאגנט של Nath, ספקטרופוטומטריית חומצה סליצילית, זיקוק – שיטת טיטרציה)

2. תהליך הסרת חנקן פיזי וכימי

① שיטת משקעים כימית

שיטת משקעים כימית, הידועה גם כשיטת משקעים MAP, היא הוספת מגנזיום וחומצה זרחתית או מימן פוספט לשפכים המכילים חנקן אמוניה, כך ש-NH4+ בשפכים מגיב עם Mg+ ו-PO4- בתמיסה מימית ליצירת משקעי אמוניום מגנזיום פוספט. , הנוסחה המולקולרית היא MgNH4P04.6H20, כדי להשיג את המטרה של סילוק חנקן אמוניה.מגנזיום אמוניום פוספט, הידוע בכינויו סטרווויט, יכול לשמש כקומפוסט, תוסף אדמה או מעכב אש למוצרי מבנה.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 מולרי (n(Mg+) :n(NH4+) :n(P04-)).התוצאות מראות שכאשר ערך ה-pH הוא 10 והיחס מולרי של מגנזיום, חנקן וזרחן הוא 1.2:1:1.2, השפעת הטיפול טובה יותר.

שימוש במגנזיום כלורי ודיסודיום מימן פוספט כחומרי משקעים, התוצאות מראות שהשפעת הטיפול טובה יותר כאשר ערך ה-pH הוא 9.5 והיחס המולארי של מגנזיום, חנקן וזרחן הוא 1.2:1:1.

התוצאות מראות ש-MgC12+Na3PO4.12H20 עדיף על שילובי חומרי 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 במשך 30 דקות מופחת מ-222mg/L לפני הטיפול ל-17mg/L, ושיעור ההסרה הוא 92.3%.

שיטת המשקע הכימי ושיטת הממברנה הנוזלית שולבו לטיפול בשפכי חנקן אמוניה תעשייתיים בריכוז גבוה.בתנאים של אופטימיזציה של תהליך המשקעים, שיעור ההסרה של חנקן אמוניה הגיע ל-98.1%, ולאחר מכן טיפול נוסף בשיטת סרט נוזלי הפחית את ריכוז חנקן האמוניה ל-0.005 גרם/ליטר, והגיע לתקן הפליטה הלאומי ממדרגה ראשונה.

נחקרה השפעת ההסרה של יוני מתכת דו ערכיים (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) מלבד Mg+ על חנקן אמוניה תחת פעולת פוספט.תהליך חדש של CaSO4 משקעים-MAP משקעים הוצע עבור שפכי אמוניום גופרתי.התוצאות מראות שניתן להחליף את הרגולטור המסורתי של NaOH בסיד.

היתרון של שיטת משקעים כימית הוא שכאשר ריכוז מי שפכי חנקן אמוניה גבוה, היישום של שיטות אחרות מוגבל, כגון שיטה ביולוגית, שיטת הכלרה בנקודת שבירה, שיטת הפרדת ממברנה, שיטת חילופי יונים וכו'. ניתן להשתמש בשיטת משקעים כימית לטיפול מקדים.יעילות ההסרה של שיטת משקעים כימית טובה יותר, והיא אינה מוגבלת בטמפרטורה, והפעולה פשוטה.הבוצה המשקעת המכילה מגנזיום אמוניום פוספט יכולה לשמש כדשן מרוכב למימוש ניצול הפסולת, ובכך לקזז חלק מהעלות;אם ניתן לשלב את זה עם כמה מפעלים תעשייתיים שמייצרים מי שפכים של פוספט ומפעלים המייצרים תמלחת מלח, זה יכול לחסוך בעלויות תרופות ולהקל על יישום בקנה מידה גדול.

החיסרון של שיטת המשקעים הכימית הוא שבשל הגבלת המסיסות של אמוניום מגנזיום פוספט, לאחר שחנקן האמוניה במי שפכים מגיע לריכוז מסוים, השפעת ההסרה אינה ברורה ועלות התשומה גדלה מאוד.לכן, יש להשתמש בשיטת משקעים כימית בשילוב עם שיטות אחרות המתאימות לטיפול מתקדם.כמות המגיב בשימוש גדולה, הבוצה המיוצרת גדולה ועלות הטיפול גבוהה.החדרת יוני כלוריד ושאריות זרחן במהלך מינון כימיקלים עלולה לגרום בקלות לזיהום משני.

יצרן וספק סיטונאי אלומיניום סולפט |EVERBRIGHT (cnchemist.com)

סיטונאי יצרן וספק נתרן פוספט Dibasic |EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②שיטת נשיפה

פינוי חנקן אמוניה בשיטת ניפוח הוא התאמת ערך ה-pH לבסיסי, כך שיון האמוניה בשפכים הופך לאמוניה, כך שהוא קיים בעיקר בצורת אמוניה חופשית, ולאחר מכן מוציאים את האמוניה החופשית. של השפכים דרך הגז המוביל, כדי להשיג את המטרה של סילוק חנקן אמוניה.הגורמים העיקריים המשפיעים על יעילות הנשיפה הם ערך pH, טמפרטורה, יחס גז-נוזל, קצב זרימת גז, ריכוז ראשוני וכן הלאה.כיום, שיטת ה-Blow-off נמצאת בשימוש נרחב בטיפול בשפכים עם ריכוז גבוה של חנקן אמוניה.

נבדקה סילוק חנקן אמוניה מתשטיף להטמנה בשיטת הפריצה.נמצא כי גורמי המפתח השולטים ביעילות הנשיפה היו טמפרטורה, יחס גז-נוזל וערך pH.כאשר טמפרטורת המים גבוהה מ-2590, יחס הגז-נוזל הוא כ-3500, וה-pH הוא כ-10.5, קצב ההסרה יכול להגיע ליותר מ-90% עבור תשטוף המזבלה עם ריכוז חנקן אמוניה גבוה כמו 2000-4000 מ"ג/ ל.התוצאות מראות שכאשר pH=11.5, טמפרטורת ההפשטה היא 80cC וזמן ההפשטה הוא 120 דקות, קצב ההסרה של חנקן אמוניה בשפכים יכול להגיע ל-99.2%.

יעילות הניפוח של שפכי אמוניה חנקן בריכוז גבוה בוצעה על ידי מגדל ניפוח זרם נגדי.התוצאות הראו שיעילות הנשיפה גדלה עם עליית ערך ה-pH.ככל שיחס הגז-נוזל גדול יותר, כך הכוח המניע של העברת המסה של הפשטת האמוניה גדול יותר, וגם יעילות ההפשטה עולה.

פינוי חנקן אמוניה בשיטת ניפוח יעיל, קל לתפעול וקל לשליטה.חנקן האמוניה המנופח יכול לשמש כסופג עם חומצה גופרתית, וכסף החומצה הגופרתית הנוצר יכול לשמש כדשן.שיטת ה-Blow-off היא טכנולוגיה נפוצה כיום להסרת חנקן פיזי וכימי.עם זאת, לשיטת הנשיפה יש כמה חסרונות, כמו אבנית תכופה במגדל הנשיפה, יעילות נמוכה של סילוק חנקן אמוניה בטמפרטורה נמוכה, וזיהום משני הנגרם מהגז הנפוח.שיטת הנשיפה משולבת בדרך כלל עם שיטות אחרות לטיפול בשפכי אמוניה חנקן כדי לטפל מראש בשפכי חנקן אמוניה בריכוז גבוה.

③ כלור נקודת שבירה

המנגנון של סילוק אמוניה על ידי הכלרה בנקודת שבירה הוא שגז כלור מגיב עם אמוניה לייצור גז חנקן לא מזיק, ו-N2 בורח לאטמוספירה, מה שגורם למקור התגובה להמשיך ימינה.נוסחת התגובה היא:

HOCl NH4 + + 1.5 – > 0.5 N2 H20 H++ Cl – 1.5 + 2.5 + 1.5)

כאשר מועבר גז כלור לשפכים עד לנקודה מסוימת, תכולת הכלור החופשי במים נמוכה, וריכוז האמוניה אפסי.כאשר כמות גז הכלור עוברת את הנקודה, כמות הכלור החופשי במים תגדל, לכן, הנקודה נקראת נקודת השבירה, וההכלרה במצב זה נקראת הכלרה של נקודת השבירה.

שיטת הכלרה בנקודת השבירה משמשת לטיפול בשפכי הקידוח לאחר ניפוח חנקן אמוניה, והשפעת הטיפול מושפעת ישירות מתהליך ניפוח חנקן אמוניה לפני טיפול.כאשר 70% מחנקן האמוניה בשפכים מוסרים בתהליך ניפוח ולאחר מכן מטופלים על ידי הכלרה בנקודת שבירה, ריכוז המסה של חנקן אמוניה בשפכים נמוך מ-15 מ"ג/ליטר.Zhang Shengli et al.לקחה מי שפכים מדומה של חנקן אמוניה בריכוז מסה של 100 מ"ג/ליטר כאובייקט המחקר, ותוצאות המחקר הראו שהגורמים העיקריים והמשניים המשפיעים על סילוק חנקן אמוניה על ידי חמצון של נתרן היפוכלוריט היו היחס בין הכמות של כלור לחנקן אמוניה, זמן תגובה וערך pH.

לשיטת הכלרה בנקודת שבירה יש יעילות סילוק חנקן גבוהה, קצב ההסרה יכול להגיע ל-100% וניתן להפחית את ריכוז האמוניה בשפכים לאפס.ההשפעה יציבה ואינה מושפעת מהטמפרטורה;פחות השקעה בציוד, תגובה מהירה ומלאה;יש לו השפעה של עיקור וחיטוי על גוף המים.היקף היישום של שיטת הכלור נקודת שבירה הוא שריכוז מי שפכי חנקן אמוניה נמוך מ-40 מ"ג/ליטר, ולכן שיטת הכלרה בנקודת שבירה משמשת בעיקר לטיפול מתקדם בשפכי חנקן אמוניה.הדרישה לשימוש ואחסון בטוחים היא גבוהה, עלות הטיפול גבוהה, ותוצרי הלוואי כלוראמינים וחומרים אורגניים עם כלור יגרמו לזיהום משני.

④שיטת חמצון קטליטי

שיטת החמצון הקטליטי היא באמצעות פעולת הזרז, בטמפרטורה ולחץ מסוימים, באמצעות חמצון אוויר, ניתן לחמצן חומר אורגני ואמוניה בביוב ולפרק אותם לחומרים בלתי מזיקים כגון CO2, N2 ו- H2O, כדי להשיג את מטרת הטיהור.

הגורמים המשפיעים על ההשפעה של חמצון קטליטי הם מאפייני זרז, טמפרטורה, זמן תגובה, ערך pH, ריכוז חנקן אמוניה, לחץ, עוצמת ערבוב וכן הלאה.

נחקר תהליך הפירוק של חנקן אמוניה מאוזנת.התוצאות הראו שכאשר ערך ה-pH עלה, נוצר מעין רדיקל HO בעל יכולת חמצון חזקה, וקצב החמצון הואץ משמעותית.מחקרים מראים שאוזון יכול לחמצן חנקן אמוניה לניטריט וניטריט לחנקה.ריכוז חנקן האמוניה במים יורד עם עליית הזמן, ושיעור ההרחקה של חנקן אמוניה הוא כ-82%.CuO-Mn02-Ce02 שימש כזרז מרוכב לטיפול בשפכי חנקן אמוניה.תוצאות הניסוי מראות שפעילות החמצון של הזרז המרוכב שהוכן לאחרונה השתפרה משמעותית, ותנאי התהליך המתאימים הם 255℃, 4.2MPa ו-pH=10.8.בטיפול בשפכי חנקן אמוניה בריכוז התחלתי של 1023 מ"ג/ליטר, קצב ההסרה של חנקן אמוניה יכול להגיע ל-98% תוך 150 דקות, להגיע לתקן הפריקה המשני הלאומי (50 מ"ג/ליטר).

הביצועים הקטליטיים של פוטו-קטליזטור TiO2 נתמך בזאוליט נחקרו על ידי לימוד קצב הפירוק של חנקן אמוניה בתמיסת חומצה גופרתית.התוצאות מראות שהמינון האופטימלי של פוטו-קטליזטור Ti02/זאוליט הוא 1.5 גרם/ליטר וזמן התגובה הוא 4 שעות תחת קרינה אולטרה סגולה.שיעור סילוק חנקן אמוניה ממי שפכים יכול להגיע ל-98.92%.נחקרה השפעת ההסרה של דו-חמצני ברזל גבוה וננו-סנטר תחת אור אולטרה סגול על חנקן פנול ואמוניה.התוצאות מראות ששיעור ההסרה של חנקן אמוניה הוא 97.5% כאשר pH=9.0 מיושם על תמיסת חנקן אמוניה בריכוז של 50mg/L, שהוא 7.8% ו-22.5% גבוה מזה של ברזל גבוה או דו תחמוצת צ'ין בלבד.

לשיטת חמצון קטליטי יש את היתרונות של יעילות טיהור גבוהה, תהליך פשוט, שטח תחתית קטן וכו', והיא משמשת לעתים קרובות לטיפול בשפכי חנקן אמוניה בריכוז גבוה.קושי היישום הוא כיצד למנוע אובדן של זרז והגנה מפני קורוזיה של ציוד.

⑤שיטת חמצון אלקטרוכימי

שיטת חמצון אלקטרוכימי מתייחסת לשיטה של ​​סילוק מזהמים במים על ידי שימוש באלקטרואוקסידציה עם פעילות קטליטית.הגורמים המשפיעים הם צפיפות הזרם, קצב זרימת הכניסה, זמן היציאה וזמן הפתרון הנקודתי.

נחקר החמצון האלקטרוכימי של שפכי אמוניה-חנקן בתא אלקטרוליטי בזרימה מחזורית, כאשר החיובי הוא חשמל רשת Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 והשלילי הוא חשמל ברשת Ti.התוצאות מראות שכאשר ריכוז יוני הכלוריד הוא 400 מ"ג/ליטר, ריכוז החנקן האמוניה הראשוני הוא 40 מ"ג/ליטר, קצב זרימת ההשפעה הוא 600 מ"ל/דקה, צפיפות הזרם היא 20mA/ס"מ, והזמן האלקטרוליטי הוא 90 דקות, האמוניה שיעור סילוק החנקן הוא 99.37%.זה מראה שלחמצון אלקטרוליטי של שפכי אמוניה-חנקן יש סיכוי טוב ליישום.

3. תהליך סילוק חנקן ביוכימי

①כל הניטריפיקציה והדניטריפיקציה

ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בתהליך שלם היא סוג של שיטה ביולוגית שנמצאת בשימוש נרחב כבר זמן רב כיום.הוא הופך חנקן אמוניה בשפכים לחנקן באמצעות סדרה של תגובות כגון ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בפעולת מיקרואורגניזמים שונים, כדי להשיג את מטרת הטיפול בשפכים.תהליך הניטריפיקציה והדניטריפיקציה להסרת חנקן אמוניה צריך לעבור שני שלבים:

תגובת ניטריפיקציה: תגובת הניטריפיקציה הושלמה על ידי מיקרואורגניזמים אוטוטרופיים אירוביים.במצב אירובי, חנקן אנאורגני משמש כמקור החנקן להמרת NH4+ ל-NO2-, ואז הוא מתחמצן ל-NO3-.ניתן לחלק את תהליך הניטריפיקציה לשני שלבים.בשלב השני, ניטריט הופך לחנקה (NO3-) על ידי חיידקים מחנקים, וניטריט הופך לחנקתי (NO3-) על ידי חיידקים מחנקים.

תגובת דניטריפיקציה: תגובת דניטריפיקציה היא התהליך שבו חיידקי דניטריפיקציה מפחיתים חנקן ניטריט וחנקן חנקתי לחנקן גזי (N2) במצב של היפוקסיה.חיידקים דניטריפיים הם מיקרואורגניזמים הטרוטרופיים, שרובם שייכים לחיידקים אמפיקטים.במצב של היפוקסיה, הם משתמשים בחמצן בחנקה כמקבל אלקטרונים ובחומר אורגני (מרכיב BOD בביוב) כתורם אלקטרונים כדי לספק אנרגיה ולהתחמצן ולייצב.

יישומי הנדסת ניטריפיקציה ודניטריפיקציה כולה כוללים בעיקר AO, A2O, תעלת חמצון וכו', שהיא שיטה בוגרת יותר המשמשת בתעשיית הסרת חנקן ביולוגית.

לכל שיטת הניטריפיקציה והדניטריפיקציה יש את היתרונות של השפעה יציבה, פעולה פשוטה, ללא זיהום משני ועלות נמוכה.לשיטה זו יש גם כמה חסרונות, כמו למשל יש להוסיף את מקור הפחמן כאשר יחס ה-C/N בשפכים נמוך, דרישת הטמפרטורה קפדנית יחסית, היעילות נמוכה בטמפרטורה נמוכה, השטח גדול, דרישת החמצן. הוא גדול, ולכמה חומרים מזיקים כמו יוני מתכות כבדות יש השפעה לוחצת על מיקרואורגניזמים, אותם יש להסיר לפני ביצוע השיטה הביולוגית.בנוסף, לריכוז הגבוה של חנקן אמוניה בשפכים יש גם השפעה מעכבת על תהליך הניטריפיקציה.לכן, יש לבצע טיפול מקדים לפני הטיפול בשפכי חנקן אמוניה בריכוז גבוה כך שריכוז מי שפכי חנקן אמוניה יהיה פחות מ-500 מ"ג/ליטר.השיטה הביולוגית המסורתית מתאימה לטיפול בשפכי חנקן אמוניה בריכוז נמוך המכילים חומרים אורגניים, כגון שפכים ביתיים, שפכים כימיים וכו'.

② ניטריפיקציה ודניטריפיקציה סימולטנית (SND)

כאשר ניטריפיקציה ודניטריפיקציה מתבצעות יחד באותו כור, זה נקרא דניטריפיקציה סימולטנית (SND).החמצן המומס במי שפכים מוגבל על ידי קצב הדיפוזיה כדי לייצר שיפוע חמצן מומס באזור המיקרו-סביבה על הפלאק המיקרוביאלי או הביופילם, מה שהופך את שיפוע החמצן המומס על פני השטח החיצוניים של הפלק המיקרוביאלי או הביופילם לתרום לצמיחה והתפשטות של חיידקים nitrifying אירובי וחיידקים אמוניציה.ככל שיותר עמוק לתוך הפלוגה או הממברנה, כך ריכוז החמצן המומס נמוך יותר, וכתוצאה מכך נוצר אזור אנוקסי שבו שולטים החיידקים המדניטרים.כך נוצר תהליך עיכול ודניטריפיקציה סימולטני.הגורמים המשפיעים על עיכול ודניטריפיקציה בו זמנית הם ערך PH, טמפרטורה, בסיסיות, מקור פחמן אורגני, חמצן מומס וגיל בוצה.

ניטריפיקציה/דניטריפיקציה סימולטנית התקיימה בתעלת חמצון הקרוסלה, וריכוז החמצן המומס בין האימפלר המאוורר בתעלת החמצון הקרוסלה ירד בהדרגה, והחמצן המומס בחלק התחתון של תעלת החמצון הקרוסלה היה נמוך מזה שבחלקה העליון. .שיעורי היווצרות וצריכת החנקן החנקתי בכל חלק של התעלה כמעט שווים, וריכוז חנקן האמוניה בתעלה הוא תמיד נמוך מאוד, מה שמעיד על כך שתגובות הניטריפיקציה והדיניטריפיקציה מתרחשות במקביל בערוץ החמצון קרוסל.

המחקר על הטיפול בשפכים ביתיים מראה שככל שה-CODCr גבוה יותר, כך הדניטריפיקציה מלאה יותר והסרת TN טובה יותר.ההשפעה של חמצן מומס על ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית היא רבה.כאשר החמצן המומס נשלט ב-0.5 ~ 2mg/L, ההשפעה הכוללת של הסרת החנקן טובה.יחד עם זאת, שיטת הניטריפיקציה והדניטריפיקציה חוסכת את הכור, מקצרת את זמן התגובה, בעלת צריכת אנרגיה נמוכה, חוסכת השקעה וקל לשמור על ערך pH יציב.

③עיכול ודניטריפיקציה לטווח קצר

באותו כור, נעשה שימוש בחיידקים מחמצנים אמוניה לחמצון אמוניה לניטריט בתנאים אירוביים, ולאחר מכן ניטריט עובר דניטריציה ישירה לייצור חנקן עם חומר אורגני או מקור פחמן חיצוני כתורם אלקטרונים בתנאי היפוקסיה.גורמי ההשפעה של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה לטווח קצר הם טמפרטורה, אמוניה חופשית, ערך pH וחמצן מומס.

השפעת הטמפרטורה על ניטריפיקציה קצרת טווח של שפכים עירוניים ללא מי ים וביוב עירוני עם 30% מי ים.תוצאות הניסוי מראות כי: עבור הביוב העירוני ללא מי ים, הגדלת הטמפרטורה תורמת להשגת ניטריפיקציה קצרת טווח.כאשר שיעור מי הים בשפכים ביתיים הוא 30%, ניתן להשיג ניטריפיקציה לטווח קצר טוב יותר בתנאי טמפרטורה בינונית.האוניברסיטה הטכנולוגית של דלפט פיתחה את תהליך SHARON, השימוש בטמפרטורה גבוהה (בערך 30-4090) תורם להתרבות של חיידקי ניטריט, כך שחיידקי ניטריט מאבדים תחרות, תוך שליטה על גיל הבוצה כדי לחסל חיידקי ניטריט, כך שתגובת הניטריפיקציה בשלב הניטריט.

בהתבסס על ההבדל בזיקה לחמצן בין חיידקי ניטריט לחיידקי ניטריט, מעבדת ג'נט למיקרוביאלית אקולוגיה פיתחה את תהליך OLAND להשגת הצטברות של חנקן ניטריט על ידי שליטה בחמצן מומס כדי לחסל חיידקי ניטריט.

תוצאות ניסוי הפיילוט של טיפול בשפכי קוקינג על ידי ניטריפיקציה ודניטריפיקציה קצרת טווח, מראות שכאשר ריכוזי COD, חנקן אמוניה, TN ופנול הם 1201.6,510.4,540.1 ו-110.4 מ"ג/ליטר, ה-COD הממוצע של קולחין COD, אמוניה ריכוזי TN ופנול הם 197.1,14.2,181.5 ו-0.4mg/L, בהתאמה.שיעורי ההסרה המקבילים היו 83.6%, 97.2%, 66.4% ו-99.6%, בהתאמה.

תהליך הניטריפיקציה והדניטריפיקציה לטווח קצר אינו עובר את שלב החנקה, וחוסך את מקור הפחמן הנדרש להסרת חנקן ביולוגי.יש לו יתרונות מסוימים עבור שפכי חנקן אמוניה עם יחס C/N נמוך.לניטריפיקציה ולדניטריפיקציה לטווח קצר יש את היתרונות של פחות בוצה, זמן תגובה קצר וחיסכון בנפח הכור.עם זאת, ניטריפיקציה ודניטריפיקציה לטווח קצר דורשות הצטברות יציבה ומתמשכת של ניטריט, כך שהמפתח הוא כיצד לעכב ביעילות את פעילות החיידקים המחנקים.

④ חמצון אמוניה אנאירובי

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

נחקרו ההשפעות של טמפרטורה ו-PH על הפעילות הביולוגית של anammoX.התוצאות הראו שטמפרטורת התגובה האופטימלית הייתה 30℃ וערך ה-pH היה 7.8.נחקרה היתכנות של כור ammoX אנאירובי לטיפול בשפכי מליחות גבוהה ובריכוז גבוה של חנקן.התוצאות הראו כי מליחות גבוהה עיכבה משמעותית את פעילות anammoX, ועיכוב זה היה הפיך.פעילות האמוקס האנאירובית של הבוצה הלא-מאוקלת הייתה נמוכה ב-67.5% מזו של בוצת הביקורת מתחת למליחות של 30g.L-1(NaC1).פעילות anammoX של הבוצה המתאקלמת הייתה נמוכה ב-45.1% מזו של הביקורת.כאשר הבוצה המתאקלמת הועברה מסביבת מליחות גבוהה לסביבה עם מליחות נמוכה (ללא מלח), פעילות האמוX האנאירובית גדלה ב-43.1%.עם זאת, הכור נוטה לירידה בתפקוד כאשר הוא פועל במליחות גבוהה במשך זמן רב.

בהשוואה לתהליך הביולוגי המסורתי, ammoX אנאירובי היא טכנולוגיה חסכונית יותר להסרת חנקן ביולוגית ללא מקור פחמן נוסף, דרישת חמצן נמוכה, ללא צורך בריאגנטים לנטרול ופחות ייצור בוצה.החסרונות של אמוקס אנאירובי הם שמהירות התגובה איטית, נפח הכור גדול ומקור הפחמן לא חיובי ל-amMOX האנאירובי, שיש לו משמעות מעשית לפתרון מי שפכי החנקן האמוניה עם מתכלות ביולוגית ירודה.

4. תהליך הסרת חנקן הפרדה וספיחה

① שיטת הפרדת ממברנה

שיטת הפרדת הממברנה היא שימוש בחדירות הסלקטיבית של הממברנה כדי להפריד באופן סלקטיבי את הרכיבים בנוזל, כדי להשיג את המטרה של סילוק חנקן אמוניה.כולל אוסמוזה הפוכה, ננופילטרציה, ממברנה דמונית ואלקטרודאליזה.הגורמים המשפיעים על הפרדת הממברנה הם מאפייני הממברנה, לחץ או מתח, ערך pH, טמפרטורה וריכוז חנקן אמוניה.

על פי איכות המים של שפכי חנקן אמוניה שהוזרמו על ידי מתכת אדמה נדירה, בוצע ניסוי האוסמוזה ההפוכה עם שפכים מדומים של NH4C1 ו- NaCI.נמצא שבאותם תנאים, לאוסמוזה הפוכה יש קצב הסרה גבוה יותר של NaCI, בעוד של NHCl יש קצב ייצור מים גבוה יותר.שיעור ההסרה של NH4C1 הוא 77.3% לאחר טיפול אוסמוזה הפוכה, אשר יכול לשמש כטיפול מקדים בשפכי אמוניה חנקן.טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה יכולה לחסוך באנרגיה, יציבות תרמית טובה, אך עמידות לכלור, עמידות לזיהום ירודה.

נעשה שימוש בתהליך הפרדת קרום ננו-פילטרציה ביוכימי לטיפול בתשטוף המזבלה, כך ש-85%~90% מהנוזל החדיר הוזרם לפי התקן, ורק 0%~15% מנוזל הביוב והבוץ המרוכזים הוחזרו ל- מיכל אשפה.Ozturki et al.טיפלו בשטיפת המזבלה של אודיירי בטורקיה באמצעות ממברנת ננופילטרציה, ושיעור ההסרה של חנקן אמוניה היה כ-72%.קרום ננופילטרציה דורש לחץ נמוך יותר מממברנת אוסמוזה הפוכה, קל לתפעול.

מערכת הממברנות להסרת האמוניה משמשת בדרך כלל לטיפול בשפכים עם חנקן אמוניה גבוה.לחנקן האמוניה במים יש את האיזון הבא: NH4- +OH-= NH3+H2O בפעולה, השפכים המכילים אמוניה זורמים במעטפת של מודול הממברנה, והנוזל סופג החומצה זורם בצינור של הממברנה. מודול.כאשר ה-PH של מי השפכים עולה או הטמפרטורה עולה, שיווי המשקל יעבור ימינה, ויון האמוניום NH4- הופך לגז החופשי NH3.בשלב זה, NH3 גזי יכול להיכנס לשלב נוזלי ספיגת החומצה בצינור משלב מי השפכים במעטפת דרך המיקרו-נקבים שעל פני הסיב החלול, הנספגים בתמיסת החומצה והופך מיד ל-NH4- יוני.שמור על PH של שפכים מעל 10, והטמפרטורה מעל 35 מעלות צלזיוס (מתחת ל-50 מעלות צלזיוס), כך שה-NH4 בשלב השפכים יהפוך ללא הרף ל-NH3 לנדידת שלב נוזל הספיגה.כתוצאה מכך, ריכוז חנקן האמוניה בצד שפכים ירד ברציפות.שלב נוזל ספיגת החומצה, מכיוון שיש רק חומצה ו-NH4-, יוצר מלח אמוניום טהור מאוד, ומגיע לריכוז מסוים לאחר מחזור רציף, שניתן למחזר.מצד אחד, השימוש בטכנולוגיה זו יכול לשפר מאוד את קצב סילוק החנקן האמוניה בשפכים, ומצד שני, זה יכול להפחית את עלות התפעול הכוללת של מערכת טיפול בשפכים.

②שיטת אלקטרודיאליזה

אלקטרודיאליזה היא שיטה להסרת מוצקים מומסים מתמיסות מימיות על ידי הפעלת מתח בין זוגות הממברנות.בפעולת המתח מועשרים יוני האמוניה ויונים אחרים בשפכי אמוניה-חנקן דרך הממברנה במים המרוכזים המכילים אמוניה, כדי להשיג את מטרת ההרחקה.

שיטת האלקטרודיאליזה שימשה לטיפול בשפכים אנאורגניים בריכוז גבוה של חנקן אמוניה והשיגה תוצאות טובות.עבור שפכים של 2000-3000 מ"ג / ליטר חנקן אמוניה, שיעור ההסרה של חנקן אמוניה יכול להיות יותר מ-85%, ומי האמוניה המרוכזים ניתן להשיג ב-8.9%.כמות החשמל הנצרכת במהלך פעולת האלקטרודיאליזה היא פרופורציונלית לכמות חנקן האמוניה בשפכים.טיפול אלקטרודיאליזה בשפכים אינו מוגבל על ידי ערך pH, טמפרטורה ולחץ, והוא קל לתפעול.

היתרונות של הפרדת ממברנה הם התאוששות גבוהה של חנקן אמוניה, פעולה פשוטה, אפקט טיפול יציב וללא זיהום משני.עם זאת, בטיפול בשפכי חנקן אמוניה בריכוז גבוה, למעט הממברנה הדמונית, קל להדביק ולסתום ממברנות אחרות, והתחדשות ושטיפת חזרה הם תכופים, מה שמגדיל את עלות הטיפול.לכן, שיטה זו מתאימה יותר לטיפול מקדים או לשפכי חנקן אמוניה בריכוז נמוך.

③ שיטת החלפת יונים

שיטת החלפת יונים היא שיטה להסרת חנקן אמוניה ממי שפכים על ידי שימוש בחומרים בעלי ספיחה סלקטיבית חזקה של יוני אמוניה.חומרי הספיחה הנפוצים הם פחם פעיל, זאוליט, מונטמורילוניט ושרף חילופי.זאוליט הוא מעין סיליקו-אלומינאט בעל מבנה מרחבי תלת מימדי, מבנה נקבוביות רגיל וחורים, ביניהם יש לקלינופטילוליט יכולת ספיחה סלקטיבית חזקה ליוני אמוניה ומחיר נמוך, ולכן הוא נפוץ כחומר ספיחה לשפכי אמוניה חנקן. בהנדסה.הגורמים המשפיעים על השפעת הטיפול של קלינופטילוליט כוללים גודל חלקיקים, ריכוז חנקן אמוניה משפיע, זמן מגע, ערך pH וכן הלאה.

השפעת הספיגה של זאוליט על חנקן אמוניה ברורה, ואחריה רניט, והשפעת האדמה והקרמיסיט גרועה.הדרך העיקרית להסרת חנקן אמוניה מהזאוליט היא חילופי יונים, והשפעת הספיחה הפיזית קטנה מאוד.השפעת חילופי היונים של קרמיט, אדמה ורניט דומה להשפעת הספיחה הפיזית.יכולת הספיחה של ארבעת חומרי המילוי ירדה עם עליית הטמפרטורה בטווח של 15-35℃, ועלתה עם עליית ערך ה-pH בטווח של 3-9.שיווי משקל הספיחה הושג לאחר תנודה של 6 שעות.

נחקרה ההיתכנות של סילוק חנקן אמוניה מתשטיף הטמנה על ידי ספיחת זאוליט.תוצאות הניסוי מראות שלכל גרם זאוליט יש פוטנציאל ספיחה מוגבל של 15.5 מ"ג חנקן אמוניה, כאשר גודל חלקיקי הזאוליט הוא 30-16 mesh, קצב ההסרה של חנקן אמוניה מגיע ל-78.5%, ותחת אותו זמן ספיחה, מינון ו גודל חלקיקי הזאוליט, ככל שריכוז החנקן האמוניה המושפע גבוה יותר, כך קצב הספיחה גבוה יותר, וניתן לזאוליט כסופח להסיר חנקן אמוניה מהתשטוף.יחד עם זאת, מציינים כי קצב הספיגה של חנקן אמוניה על ידי זאוליט נמוך, וקשה לזאוליט להגיע לכושר ספיחת רוויה בפעולה המעשית.

נחקרה השפעת ההסרה של מיטת זאוליט ביולוגית על חנקן, COD ומזהמים אחרים בביוב מדומה של כפר.התוצאות מראות ששיעור ההסרה של חנקן אמוניה על ידי מיטת זאוליט ביולוגית הוא יותר מ-95%, והסרת חנקן חנקתי מושפעת מאוד מזמן השהייה ההידראולי.

לשיטת חילופי היונים יש יתרונות של השקעה קטנה, תהליך פשוט, תפעול נוח, חוסר רגישות לרעל וטמפרטורה ושימוש חוזר בזאוליט על ידי התחדשות.עם זאת, כאשר מטפלים בשפכי חנקן אמוניה בריכוז גבוה, ההתחדשות היא תכופה, מה שמביא אי נוחות לפעולה, ולכן יש לשלב אותה עם שיטות טיפול בחנקן אמוניה אחרות, או להשתמש בהן לטיפול בשפכי חנקן אמוניה בריכוז נמוך.

סיטונאי 4A Zeolite יצרן וספק |EVERBRIGHT (cnchemist.com)