Хімікат і працэс выдалення аміячнага азоту з вады

1. Што такое аміячны азот?

Аміячны азот адносіцца да аміяку ў форме свабоднага аміяку (або неіённага аміяку, NH3) або іённага аміяку (NH4+). Чым вышэй pH, тым вышэйшая доля свабоднага аміяку; наадварот, доля солі амонія высокая.

Аманіячны азот — гэта пажыўнае рэчыва ў вадзе, якое можа прывесці да эўтрафікацыі вады, і з'яўляецца асноўным забруджвальнікам вады, які спажывае кісларод, і таксічным для рыбы і некаторых водных арганізмаў.

Асноўным шкодным уздзеяннем аміячнага азоту на водныя арганізмы з'яўляецца свабодны аміяк, таксічнасць якога ў дзясяткі разоў перавышае таксічнасць амоніявай солі, і ўзрастае з павелічэннем шчолачнасці. Таксічнасць аміячнага азоту цесна звязана са значэннем pH і тэмпературай вады ў басейне, у цэлым, чым вышэй значэнне pH і тэмпература вады, тым мацнейшая таксічнасць.

Два прыблізныя па адчувальнасці каларыметрычныя метады, якія звычайна выкарыстоўваюцца для вызначэння аміяку, - гэта класічны метад рэактыва Неслера і фенол-гіпахларытны метад. Тытраванне і электрычныя метады таксама звычайна выкарыстоўваюцца для вызначэння аміяку; пры высокім утрыманні аміячнага азоту можна выкарыстоўваць метад дыстыляцыйнага тытравання. (Нацыянальныя стандарты ўключаюць метад рэактыва Ната, спектрафатаметрыю саліцылавай кіслаты, метад дыстыляцыі-тытравання).

2. Працэс фізічнага і хімічнага выдалення азоту

① Метад хімічнага асаджэння

Метад хімічнага асаджэння, таксама вядомы як метад асаджэння MAP, заключаецца ў даданні магнію і фосфарнай кіслаты або гідрафасфату ў сцёкавыя воды, якія змяшчаюць аміячны азот, у выніку чаго NH4+ у сцёкавых водах рэагуе з Mg+ і PO4- у водным растворы, утвараючы асадак фасфату магнію-магнію, малекулярная формула MgNH4P04.6H20, для дасягнення мэты выдалення аміячнага азоту. Фасфат магнію-амонія, шырока вядомы як струвіт, можа выкарыстоўвацца ў якасці кампоста, глебавай дабаўкі або вогнеахоўнага сродку для будаўнічых канструкцый. Раўнанне рэакцыі наступнае:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Асноўнымі фактарамі, якія ўплываюць на эфект апрацоўкі хімічным асаджэннем, з'яўляюцца значэнне pH, тэмпература, канцэнтрацыя аміячнага азоту і молярнае суадносіны (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Вынікі паказваюць, што пры значэнні pH 10 і молярным суадносінах магнію, азоту і фосфару 1,2:1:1,2 эфект апрацоўкі лепшы.

Выкарыстанне хларыду магнію і дынатрыевага гідрафасфату ў якасці асадкаў паказала, што эфект апрацоўкі лепшы пры значэнні pH 9,5 і молярным суадносінах магнію, азоту і фосфару 1,2:1:1.

Вынікі паказваюць, што MgC12+Na3PO4.12H20 пераўзыходзіць іншыя камбінацыі асадкавых агентаў. Пры значэнні pH 10,0, тэмпературы 30℃, суадносінах n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1, масавая канцэнтрацыя аміячнага азоту ў сцёкавых водах пасля 30-хвіліннага перамешвання зніжаецца з 222 мг/л да ачысткі да 17 мг/л, а хуткасць выдалення складае 92,3%.

Для ачысткі прамысловых сцёкавых вод з высокай канцэнтрацыяй аміячнага азоту былі спалучаны метад хімічнага асаджэння і метад вадкаснай мембраны. Пры аптымізацыі працэсу асаджэння хуткасць выдалення аміячнага азоту дасягнула 98,1%, а далейшая апрацоўка вадкасным плёнкавым метадам знізіла канцэнтрацыю аміячнага азоту да 0,005 г/л, што адпавядае нацыянальнаму стандарту выкідаў першага класа.

Быў даследаваны эфект выдалення двухвалентных іёнаў металаў (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+), акрамя Mg+, з аміячнага азоту пад уздзеяннем фасфату. Для сцёкавых вод, якія змяшчаюць сульфат амонію, быў прапанаваны новы працэс асаджэння CaSO4 - асаджэння MAP. Вынікі паказваюць, што традыцыйны рэгулятар NaOH можа быць заменены вапнай.

Перавага метаду хімічнага асаджэння заключаецца ў тым, што пры высокай канцэнтрацыі аміячнага азоту ў сцёкавых водах прымяненне іншых метадаў, такіх як біялагічны метад, метад хларавання з дасягненнем кропкі разрыву, метад мембраннага падзелу, метад іённага абмену і г.д., абмежавана. У гэтым выпадку для папярэдняй апрацоўкі можна выкарыстоўваць метад хімічнага асаджэння. Эфектыўнасць выдалення хімічнага асаджэння лепшая, яна не абмяжоўваецца тэмпературай, а аперацыя простая. Асаджаны шлам, які змяшчае фасфат магнію і амонія, можна выкарыстоўваць у якасці комплекснага ўгнаення для ўтылізацыі адходаў, тым самым кампенсуючы частку выдаткаў. Калі яго можна спалучаць з некаторымі прамысловымі прадпрыемствамі, якія вырабляюць фасфатныя сцёкавыя воды, і прадпрыемствамі, якія вырабляюць саляны расол, гэта можа зэканоміць выдаткі на фармацэўтычныя прэпараты і палегчыць маштабнае прымяненне.

Недахопам метаду хімічнага асаджэння з'яўляецца тое, што з-за абмежавання прадукту растваральнасці фасфату амонія-магнію, пасля таго, як канцэнтрацыя аміячнага азоту ў сцёкавых водах дасягае пэўнай ступені, эфект выдалення не відавочны, а выдаткі значна павялічваюцца. Таму метад хімічнага асаджэння варта выкарыстоўваць у спалучэнні з іншымі метадамі, прыдатнымі для паглыбленай ачысткі. Колькасць выкарыстоўванага рэагента вялікая, колькасць утворанага шламу вялікая, а кошт ачысткі высокі. Увядзенне іонаў хлору і рэшткавага фосфару падчас дазавання хімікатаў можа лёгка выклікаць другаснае забруджванне.

Аптовы вытворца і пастаўшчык сульфату алюмінію | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Аптовы вытворца і пастаўшчык двухасноўнага фасфату натрыю | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②метад адводу паветра

Выдаленне аміячнага азоту метадам прадзімкі заключаецца ў рэгуляванні значэння pH да шчолачнай рэакцыі, каб іён аміяку ў сцёкавых водах ператварыўся ў аміяк, каб ён у асноўным існаваў у выглядзе свабоднага аміяку, а затым свабодны аміяк выдаляецца са сцёкавых вод праз газ-носьбіт для дасягнення мэты выдалення аміячнага азоту. Асноўнымі фактарамі, якія ўплываюць на эфектыўнасць прадзімкі, з'яўляюцца значэнне pH, тэмпература, суадносіны газу і вадкасці, хуткасць патоку газу, пачатковая канцэнтрацыя і г.д. У цяперашні час метад прадзімкі шырока выкарыстоўваецца для ачысткі сцёкавых вод з высокай канцэнтрацыяй аміячнага азоту.

Было даследавана выдаленне аміячнага азоту з фільтрата з палігона метадам прадзімкі. Было ўстаноўлена, што ключавымі фактарамі, якія кантралююць эфектыўнасць прадзімкі, з'яўляюцца тэмпература, газава-вадкаснае суадносіны і значэнне pH. Калі тэмпература вады вышэй за 2590°C, газава-вадкаснае суадносіны каля 3500, а pH каля 10,5, хуткасць выдалення можа дасягаць больш за 90% для фільтрата з палігона пры канцэнтрацыі аміячнага азоту да 2000-4000 мг/л. Вынікі паказваюць, што пры pH = 11,5, тэмпературы выдалення 80°C і часе выдалення 120 хвілін хуткасць выдалення аміячнага азоту са сцёкавых вод можа дасягаць 99,2%.

Эфектыўнасць прадзімкі сцёкавых вод з высокай канцэнтрацыяй аміячнага азоту праводзілася з дапамогай супрацьточнай прадзільнай вежы. Вынікі паказалі, што эфектыўнасць прадзімкі павялічваецца з павелічэннем значэння pH. Чым большае суадносіны газу і вадкасці, тым большая рухаючая сіла масапераносу аддзімкі аміяку, і эфектыўнасць аддзімкі таксама павялічваецца.

Выдаленне аміячнага азоту метадам прадзімкі з'яўляецца эфектыўным, простым у эксплуатацыі і кантролі. Аміячны азот, які прадзімаецца, можна выкарыстоўваць у якасці паглынальніка з сернай кіслатой, а атрыманы сернакіслотны газ можна выкарыстоўваць у якасці ўгнаення. Метад прадзімкі з'яўляецца распаўсюджанай тэхналогіяй для фізічнага і хімічнага выдалення азоту ў цяперашні час. Аднак метад прадзімкі мае некаторыя недахопы, такія як частае ўтварэнне накіпу ў прадзільнай вежы, нізкая эфектыўнасць выдалення аміячнага азоту пры нізкай тэмпературы і другаснае забруджванне, выкліканае газам, які прадзімаецца. Метад прадзімкі звычайна спалучаецца з іншымі метадамі ачысткі сцёкавых вод з аміячным азотам для папярэдняй ачысткі сцёкавых вод з высокай канцэнтрацыяй аміячнага азоту.

③Хлараванне кропак разрыву

Механізм выдалення аміяку шляхам хларавання да кропкі разрыву заключаецца ў тым, што газападобны хлор рэагуе з аміякам з утварэннем бясшкоднага газападобнага азоту, і N2 выходзіць у атмасферу, прымушаючы крыніцу рэакцыі працягваць рухацца направа. Формула рэакцыі:

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

Калі газападобны хлор трапляе ў сцёкавыя воды да пэўнай кропкі, утрыманне свабоднага хлору ў вадзе нізкае, а канцэнтрацыя аміяку роўная нулю. Калі колькасць газападобных хлораў перавышае гэту кропку, колькасць свабоднага хлору ў вадзе павялічваецца, таму гэты пункт называецца кропкай перарыву, а хлараванне ў гэтым стане называецца кропкай перарыву.

Метад хларавання ў кропцы разрыву выкарыстоўваецца для ачысткі сцёкавых вод ад бурэння пасля прадзьмуху аміячнага азоту, і эфект ачысткі непасрэдна залежыць ад працэсу папярэдняй ачысткі прадзьмуху аміячнага азоту. Калі 70% аміячнага азоту са сцёкавых вод выдаляецца шляхам працэсу прадзьмуху, а затым апрацоўваецца хлараваннем у кропцы разрыву, масавая канцэнтрацыя аміячнага азоту ў сцёкавых водах складае менш за 15 мг/л. Чжан Шэнлі і інш. узялі ў якасці аб'екта даследавання мадэляваныя сцёкавыя воды з аміячным азотам з масавай канцэнтрацыяй 100 мг/л, і вынікі даследавання паказалі, што асноўнымі і другаснымі фактарамі, якія ўплываюць на выдаленне аміячнага азоту шляхам акіслення гіпахларыту натрыю, з'яўляюцца колькаснае суадносіны хлору і аміячнага азоту, час рэакцыі і значэнне pH.

Метад хларавання па кропцы разрыву мае высокую эфектыўнасць выдалення азоту, хуткасць выдалення можа дасягаць 100%, а канцэнтрацыя аміяку ў сцёкавых водах можа быць зніжана да нуля. Эфект стабільны і не залежыць ад тэмпературы; менш інвестыцый у абсталяванне, хуткая і поўная рэакцыя; аказвае эфект стэрылізацыі і дэзінфекцыі вадаёма. Сфера прымянення метаду хларавання па кропцы разрыву заключаецца ў тым, што канцэнтрацыя аміячнага азоту ў сцёкавых водах складае менш за 40 мг/л, таму метад хларавання па кропцы разрыву ў асноўным выкарыстоўваецца для паглыбленай ачысткі аміячных азотных сцёкавых вод. Патрабаванні бяспечнага выкарыстання і захоўвання высокія, кошт ачысткі высокі, а пабочныя прадукты - хлараміны і хлараваныя арганічныя рэчывы - выклікаюць другаснае забруджванне.

④метад каталітычнага акіслення

Каталітычны метад акіслення заключаецца ў тым, што пад уздзеяннем каталізатара пры пэўнай тэмпературы і ціску, праз акісленне паветрам, арганічныя рэчывы і аміяк у сцёкавых водах могуць акісляцца і раскладацца на бясшкодныя рэчывы, такія як CO2, N2 і H2O, для дасягнення мэты ачысткі.

Фактары, якія ўплываюць на эфект каталітычнага акіслення, - гэта характарыстыкі каталізатара, тэмпература, час рэакцыі, значэнне pH, канцэнтрацыя аміячнага азоту, ціск, інтэнсіўнасць перамешвання і гэтак далей.

Быў вывучаны працэс дэградацыі азонаванага аміячнага азоту. Вынікі паказалі, што пры павышэнні значэння pH утвараецца радыкал HO з моцнай акісляльнай здольнасцю, і хуткасць акіслення значна паскараецца. Даследаванні паказваюць, што азон можа акісляць аміячны азот да нітрытаў і нітрытаў да нітратаў. Канцэнтрацыя аміячнага азоту ў вадзе памяншаецца з павелічэннем часу, а хуткасць выдалення аміячнага азоту складае каля 82%. CuO-MnO2-CeO2 выкарыстоўваўся ў якасці кампазітнага каталізатара для ачысткі сцёкавых вод ад аміячнага азоту. Эксперыментальныя вынікі паказваюць, што акісляльная актыўнасць новага кампазітнага каталізатара значна паляпшаецца, а прыдатныя ўмовы працэсу складаюць 255 ℃, 4,2 МПа і pH = 10,8. Пры ачыстцы сцёкавых вод ад аміячнага азоту з пачатковай канцэнтрацыяй 1023 мг/л хуткасць выдалення аміячнага азоту можа дасягнуць 98% на працягу 150 хвілін, што адпавядае нацыянальнаму стандарту другасных скідаў (50 мг/л).

Каталітычная эфектыўнасць фотакаталізатара TiO2 на аснове цэаліту была даследавана шляхам вывучэння хуткасці раскладання аміячнага азоту ў растворы сернай кіслаты. Вынікі паказваюць, што аптымальная доза фотакаталізатара TiO2/цэаліт складае 1,5 г/л, а час рэакцыі — 4 гадзіны пад уздзеяннем ультрафіялетавага выпраменьвання. Хуткасць выдалення аміячнага азоту са сцёкавых вод можа дасягаць 98,92%. Быў вывучаны эфект выдалення фенольнага і аміячнага азоту пад уздзеяннем ультрафіялетавага выпраменьвання. Вынікі паказваюць, што хуткасць выдалення аміячнага азоту складае 97,5% пры pH = 9,0, які ўжываецца да раствора аміячнага азоту з канцэнтрацыяй 50 мг/л, што на 7,8% і 22,5% вышэй, чым для высокага жалеза або дыяксіду хларыду асобна.

Метад каталітычнага акіслення мае такія перавагі, як высокая эфектыўнасць ачысткі, прастата працэсу, невялікая плошча дна і г.д., і часта выкарыстоўваецца для ачысткі сцёкавых вод з высокай канцэнтрацыяй аміячнага азоту. Складанасць прымянення заключаецца ў тым, як прадухіліць страту каталізатара і абараніць абсталяванне ад карозіі.

⑤метад электрахімічнага акіслення

Электрахімічны метад акіслення — гэта метад выдалення забруджвальных рэчываў з вады з дапамогай электраакіслення з каталітычнай актыўнасцю. Фактарамі ўплыву з'яўляюцца шчыльнасць току, хуткасць патоку на ўваходзе, час выхаду і час кропкавага растварэння.

Было даследавана электрахімічнае акісленне аміячна-азотных сцёкавых вод у цыркуляцыйнай электралітычнай ячэйцы, дзе дадатны зарад адпавядае электрычнасці сеткі Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2, а адмоўны — электрычнасці сеткі Ti. Вынікі паказваюць, што пры канцэнтрацыі хларыд-іонаў 400 мг/л, пачатковай канцэнтрацыі аміячнага азоту 40 мг/л, хуткасці патоку 600 мл/мін, шчыльнасці току 20 мА/см і часе электралізу 90 хвілін хуткасць выдалення аміячнага азоту складае 99,37%. Гэта паказвае, што электралітычнае акісленне аміячна-азотных сцёкавых вод мае добрыя перспектывы прымянення.

3. Працэс біяхімічнага выдалення азоту

①поўная нітрыфікацыя і дэнітрыфікацыя

Поўная нітрыфікацыя і дэнітрыфікацыя — гэта біялагічны метад, які шырока выкарыстоўваецца ўжо даўно. Ён пераўтварае аміячны азот у сцёкавых водах у азот праз серыю рэакцый, такіх як нітрыфікацыя і дэнітрыфікацыя, пад дзеяннем розных мікраарганізмаў, каб дасягнуць мэты ачысткі сцёкавых вод. Працэс нітрыфікацыі і дэнітрыфікацыі для выдалення аміячнага азоту павінен праходзіць у два этапы:

Рэакцыя нітрыфікацыі: рэакцыя нітрыфікацыі ажыццяўляецца аэробнымі аўтатрофнымі мікраарганізмамі. У аэробным стане неарганічны азот выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы азоту для пераўтварэння NH4+ у NO2-, а затым ён акісляецца да NO3-. Працэс нітрыфікацыі можна падзяліць на дзве стадыі. На другой стадыі нітрыты пераўтвараюцца ў нітраты (NO3-) нітрыфікуючымі бактэрыямі, а нітрыты пераўтвараюцца ў нітраты (NO3-) нітрыфікуючымі бактэрыямі.

Рэакцыя дэнітрыфікацыі: рэакцыя дэнітрыфікацыі — гэта працэс, пры якім дэнітрыфікуючыя бактэрыі аднаўляюць нітрытны і нітратны азот да газападобных азотаў (N2) у стане гіпаксіі. Дэнітрыфікуючыя бактэрыі — гэта гетэратрофныя мікраарганізмы, большасць з якіх адносяцца да амфіктычных бактэрый. У стане гіпаксіі яны выкарыстоўваюць кісларод у нітратах як акцэптар электронаў і арганічныя рэчывы (кампанент БПК у сцёкавых водах) як донар электронаў для забеспячэння энергіяй, акіслення і стабілізацыі.

У цэлым, усе працэсы нітрыфікацыі і дэнітрыфікацыі ў асноўным уключаюць AO, A2O, акісляльныя канавы і г.д., што з'яўляецца больш сталым метадам, які выкарыстоўваецца ў прамысловасці біялагічнага выдалення азоту.

Увесь метад нітрыфікацыі і дэнітрыфікацыі мае такія перавагі, як стабільны эфект, прастата эксплуатацыі, адсутнасць другаснага забруджвання і нізкі кошт. Гэты метад таксама мае некаторыя недахопы, такія як неабходнасць дадання крыніцы вугляроду пры нізкім суадносінах C/N у сцёкавых водах, адносна строгія патрабаванні да тэмпературы, нізкая эфектыўнасць пры нізкай тэмпературы, вялікая плошча ачысткі, вялікая патрэба ў кіслародзе, а некаторыя шкодныя рэчывы, такія як іёны цяжкіх металаў, аказваюць ціск на мікраарганізмы, якія неабходна выдаліць перад выкарыстаннем біялагічнага метаду. Акрамя таго, высокая канцэнтрацыя аміячнага азоту ў сцёкавых водах таксама аказвае інгібіруючы ўплыў на працэс нітрыфікацыі. Таму перад ачысткай высокаканцэнтраваных аміячных азотных сцёкавых вод неабходна правесці папярэднюю ачыстку, каб канцэнтрацыя аміячнага азоту ў сцёкавых водах была меншай за 500 мг/л. Традыцыйны біялагічны метад падыходзіць для ачысткі сцёкавых вод з нізкай канцэнтрацыяй аміячнага азоту, якія змяшчаюць арганічныя рэчывы, такіх як бытавыя сцёкавыя воды, хімічныя сцёкавыя воды і г.д.

②Адначасовая нітрыфікацыя і дэнітрыфікацыя (SND)

Калі нітрыфікацыя і дэнітрыфікацыя праводзяцца разам у адным рэактары, гэта называецца адначасовай дэнітрыфікацыяй пераварвання (SND). Раствораны кісларод у сцёкавых водах абмежаваны хуткасцю дыфузіі, што стварае градыент растворанага кіслароду ў зоне мікраасяроддзя на мікробным флоку або біяплёнцы, што робіць градыент растворанага кіслароду на вонкавай паверхні мікробнага флоку або біяплёнкі спрыяльным для росту і размнажэння аэробных нітрыфікуючых бактэрый і амініруючых бактэрый. Чым глыбей у флоку або мембрану, тым ніжэйшая канцэнтрацыя растворанага кіслароду, што прыводзіць да ўтварэння анаксічнай зоны, дзе дамінуюць дэнітрыфікуючыя бактэрыі. Такім чынам фарміруецца адначасовы працэс пераварвання і дэнітрыфікацыі. Фактарамі, якія ўплываюць на адначасовае пераварванне і дэнітрыфікацыю, з'яўляюцца значэнне pH, тэмпература, шчолачнасць, крыніца арганічнага вугляроду, раствораны кісларод і ўзрост асадка.

У акісляльнай канаве Карусель адначасова адбываліся нітрыфікацыя/дэнітрыфікацыя, і канцэнтрацыя растворанага кіслароду паміж аэраваным крыльчаткай у акісляльнай канаве Карусель паступова змяншалася, а раствораны кісларод у ніжняй частцы акісляльнай канавы Карусель быў ніжэйшым, чым у верхняй частцы. Хуткасці ўтварэння і спажывання нітратнага азоту ў кожнай частцы канала амаль аднолькавыя, а канцэнтрацыя аміячнага азоту ў канале заўсёды вельмі нізкая, што сведчыць аб тым, што рэакцыі нітрыфікацыі і дэнітрыфікацыі адбываюцца адначасова ў акісляльным канале Карусель.

Даследаванне ачысткі бытавых сцёкавых вод паказвае, што чым вышэй COSCr, тым больш поўная дэнітрыфікацыя і тым лепш выдаленне TN. Уплыў растворанага кіслароду на адначасовую нітрыфікацыю і дэнітрыфікацыю значны. Калі раствораны кісларод кантралюецца на ўзроўні 0,5~2 мг/л, агульны эфект выдалення азоту добры. У той жа час метад нітрыфікацыі і дэнітрыфікацыі эканоміць рэактар, скарачае час рэакцыі, мае нізкае спажыванне энергіі, эканоміць інвестыцыі і лёгка падтрымліваць стабільнае значэнне pH.

③Кароткачасовае пераварванне і дэнітрыфікацыя

У тым жа рэактары аміякакісляльныя бактэрыі выкарыстоўваюцца для акіслення аміяку да нітрыту ў аэробных умовах, а затым нітрыт непасрэдна дэнітрыфікуецца для атрымання азоту з арганічным рэчывам або знешняй крыніцай вугляроду ў якасці донара электронаў ва ўмовах гіпаксіі. Фактарамі ўплыву на кароткачасовую нітрыфікацыю і дэнітрыфікацыю з'яўляюцца тэмпература, свабодны аміяк, значэнне pH і раствораны кісларод.

Уплыў тэмпературы на кароткачасовую нітрыфікацыю гарадскіх сцёкавых вод без марской вады і гарадскіх сцёкавых вод з 30% марской вады. Вынікі эксперыментаў паказваюць, што: для гарадскіх сцёкавых вод без марской вады павышэнне тэмпературы спрыяе дасягненню кароткачасовай нітрыфікацыі. Калі доля марской вады ў бытавых сцёкавых водах складае 30%, кароткачасовая нітрыфікацыя можа быць лепш дасягнута пры ўмовах сярэдняй тэмпературы. Дэлфтскі тэхналагічны ўніверсітэт распрацаваў працэс SHARON, выкарыстанне высокай тэмпературы (каля 30-4090°F) спрыяе распаўсюджванню нітрытных бактэрый, у выніку чаго нітрытныя бактэрыі губляюць канкурэнцыю, у той час як шляхам кантролю ўзросту асадка нітрытныя бактэрыі знішчаюцца, так што рэакцыя нітрыфікацыі пераходзіць у стадыю нітрыту.

Зыходзячы з розніцы ў сродстве да кіслароду паміж нітрытнымі бактэрыямі і нітрытнымі бактэрыямі, Генцкая лабараторыя мікробнай экалогіі распрацавала працэс OLAND для дасягнення назапашвання нітрытнага азоту шляхам кантролю растворанага кіслароду для ліквідацыі нітрытных бактэрый.

Вынікі пілотных выпрабаванняў ачысткі сцёкавых вод коксавання метадам кароткачасовай нітрыфікацыі і дэнітрыфікацыі паказваюць, што пры канцэнтрацыях ХСК, аміячнага азоту, ТН і фенолу ва ўпадаючых водах 1201,6, 510,4, 540,1 і 110,4 мг/л сярэдняя канцэнтрацыя ХСК, аміячнага азоту, ТН і фенолу ў сцёкавых водах складае 197,1, 14,2, 181,5 і 0,4 мг/л адпаведна. Адпаведныя паказчыкі выдалення склалі 83,6%, 97,2%, 66,4% і 99,6% адпаведна.

Працэс нітрыфікацыі і дэнітрыфікацыі на кароткі час не праходзіць праз стадыю нітратаў, што дазваляе захаваць крыніцу вугляроду, неабходную для біялагічнага выдалення азоту. Ён мае пэўныя перавагі для сцёкавых вод, якія ўтрымліваюць аміячны азот, з нізкім суадносінамі C/N. Нітрыфікацыя і дэнітрыфікацыя на кароткі час мае перавагі ў выглядзе меншай колькасці асадка, кароткага часу рэакцыі і эканоміі аб'ёму рэактара. Аднак нітрыфікацыя і дэнітрыфікацыя на кароткі час патрабуюць стабільнага і працяглага назапашвання нітрытаў, таму ключавым фактарам становіцца тое, як эфектыўна падаўляць актыўнасць нітрыфікуючых бактэрый.

④ Анаэробнае акісленне аміяку

Анаэробнае амаксідаванне — гэта працэс прамога акіслення аміячнага азоту да азоту аўтатрофнымі бактэрыямі ва ўмовах гіпаксіі, прычым нітратны азот або нітраты азот з'яўляецца акцэптарам электронаў.

Быў вывучаны ўплыў тэмпературы і pH на біялагічную актыўнасць anammoX. Вынікі паказалі, што аптымальная тэмпература рэакцыі складала 30℃, а значэнне pH — 7,8. Была вывучана магчымасць выкарыстання анаэробнага рэактара ammoX для ачысткі сцёкавых вод з высокай салёнасцю і высокай канцэнтрацыяй азоту. Вынікі паказалі, што высокая салёнасць значна інгібіруе актыўнасць anammoX, і гэта інгібіраванне было зварачальным. Анаэробная актыўнасць ammoX неакліматызаванага шламу была на 67,5% ніжэйшай, чым у кантрольным шламе пры салёнасці 30 г/л (NaCl). Актыўнасць anammoX акліматызаванага шламу была на 45,1% ніжэйшай, чым у кантрольным. Калі акліматызаваны шлам быў перанесены з асяроддзя з высокай салёнасцю ў асяроддзе з нізкай салёнасцю (без расолу), анаэробная актыўнасць ammoX павялічылася на 43,1%. Аднак рэактар ​​схільны да зніжэння працаздольнасці, калі ён працуе ў асяроддзі з высокай салёнасцю на працягу доўгага часу.

У параўнанні з традыцыйным біялагічным працэсам, анаэробны ammoX з'яўляецца больш эканамічнай тэхналогіяй біялагічнага выдалення азоту без дадатковай крыніцы вугляроду, з нізкім спажываннем кіслароду, без неабходнасці ў рэагентах для нейтралізацыі і з меншым утварэннем асадка. Недахопамі анаэробнага ammox з'яўляюцца нізкая хуткасць рэакцыі, вялікі аб'ём рэактара і неспрыяльная крыніца вугляроду для анаэробнага amMOX, што мае практычнае значэнне для вырашэння праблемы сцёкавых вод з аміячным азотам, якія маюць дрэнную біяраскладальнасць.

4. працэс падзелу і адсорбцыі азоту

① метад мембраннага падзелу

Мембранны метад падзелу заключаецца ў выкарыстанні селектыўнай пранікальнасці мембраны для селектыўнага падзелу кампанентаў у вадкасці з мэтай выдалення аміячнага азоту. Уключае зваротны осмас, нанафільтрацыю, дэаміянізацыю мембран і электрадыяліз. Фактарамі, якія ўплываюць на мембраннае падзел, з'яўляюцца характарыстыкі мембраны, ціск або напружанне, значэнне pH, тэмпература і канцэнтрацыя аміячнага азоту.

Згодна з якасцю вады, якая скідаецца з плавільнага завода рэдказямельных элементаў, быў праведзены эксперымент па зваротным осмасе з імітацыйнымі сцёкавымі водамі NH4C1 і NaCl. Было ўстаноўлена, што пры аднолькавых умовах зваротны осмас мае больш высокую хуткасць выдалення NaCl, у той час як NHCl мае больш высокую хуткасць вытворчасці вады. Хуткасць выдалення NH4C1 складае 77,3% пасля апрацоўкі зваротным осмасам, што дазваляе выкарыстоўваць яго для папярэдняй апрацоўкі сцёкавых вод, якія змяшчаюць аміячны азот. Тэхналогія зваротнага осмасу дазваляе эканоміць энергію, мае добрую тэрмічную стабільнасць, але ўстойлівасць да хлору і забруджвання нізкая.

Для апрацоўкі фільтрата з палігона быў выкарыстаны працэс біяхімічнага нанафільтрацыйнага мембраннага падзелу, дзякуючы якому 85%~90% пранікальнай вадкасці было скінута ў адпаведнасці са стандартам, і толькі 0%~15% канцэнтраванай каналізацыйнай вадкасці і бруду вярталіся ў смеццевы бак. Озтуркі і інш. апрацоўвалі фільтрат з палігона Одайеры ў Турцыі з дапамогай нанафільтрацыйнай мембраны, і хуткасць выдалення аміячнага азоту склала каля 72%. Нанафільтрацыйная мембрана патрабуе меншага ціску, чым мембрана зваротнага осмасу, і простая ў эксплуатацыі.

Мембранная сістэма для выдалення аміяку звычайна выкарыстоўваецца для ачысткі сцёкавых вод з высокім утрыманнем аміячнага азоту. Аміячны азот у вадзе мае наступны баланс: NH4- +OH- = NH3 + H2O. Падчас працы сцёкавыя воды, якія змяшчаюць аміяк, праходзяць праз абалонку мембраннага модуля, а вадкасць, якая паглынае кіслату, працякае праз трубу мембраннага модуля. Пры павышэнні pH сцёкавых вод або павышэнні тэмпературы раўнавага зрушваецца направа, і іон амонія NH4- ператвараецца ў свабодны газападобны NH3. У гэты час газападобны NH3 можа пранікаць з фазы сцёкавых вод у абалонцы ў вадкую фазу, якая паглынаецца кіслатой, у трубе, дзе ён паглынаецца растворам кіслаты і адразу ж ператвараецца ў іонны NH4-. Падтрымлівайце pH сцёкавых вод вышэй за 10, а тэмпературу вышэй за 35°C (ніжэй за 50°C), каб NH4 у фазе сцёкавых вод пастаянна ператвараўся ў NH3 і міграваў у вадкую фазу, якая паглынаецца. У выніку канцэнтрацыя аміячнага азоту ў сцёкавых водах пастаянна зніжаецца. Вадкая фаза паглынання кіслаты, паколькі ў ёй прысутнічаюць толькі кіслата і NH4⁻, утварае вельмі чыстую амоніявую соль, якая пасля бесперапыннай цыркуляцыі дасягае пэўнай канцэнтрацыі, што дазваляе перапрацоўваць яе. З аднаго боку, выкарыстанне гэтай тэхналогіі можа значна палепшыць хуткасць выдалення амоніячнага азоту са сцёкавых вод, а з другога боку, знізіць агульныя эксплуатацыйныя выдаткі сістэмы ачысткі сцёкавых вод.

②метад электрадыялізу

Электрадыяліз — гэта метад выдалення раствораных цвёрдых рэчываў з водных раствораў шляхам падачы напружання паміж мембраннымі парамі. Пад дзеяннем напружання іоны аміяку і іншыя іоны ў аміячна-азотных сцёкавых водах узбагачаюцца праз мембрану канцэнтраванай вадой, якая змяшчае аміяк, для дасягнення мэты выдалення.

Для ачысткі неарганічных сцёкавых вод з высокай канцэнтрацыяй аміячнага азоту выкарыстоўваўся метад электрадыялізу, які дазволіў дасягнуць добрых вынікаў. Для сцёкавых вод з канцэнтрацыяй аміячнага азоту 2000-3000 мг/л хуткасць выдалення аміячнага азоту можа перавышаць 85%, а канцэнтраванай аміячнай вады можна атрымаць 8,9%. Колькасць электраэнергіі, спажыванай падчас электрадыялізу, прапарцыйная колькасці аміячнага азоту ў сцёкавых водах. Ачыстка сцёкавых вод з дапамогай электрадыялізу не абмяжоўваецца значэннем pH, тэмпературай і ціскам, і яна простая ў эксплуатацыі.

Перавагамі мембраннага падзелу з'яўляюцца высокая ступень здабывання аміячнага азоту, прастата эксплуатацыі, стабільны эфект ачысткі і адсутнасць другаснага забруджвання. Аднак пры ачыстцы сцёкавых вод з высокай канцэнтрацыяй аміячнага азоту, за выключэннем дэамонійаванай мембраны, іншыя мембраны лёгка забіваюцца і асадкаюцца, а рэгенерацыя і зваротная прамыўка часта праводзяцца, што павялічвае кошт ачысткі. Такім чынам, гэты метад больш падыходзіць для папярэдняй ачысткі або сцёкавых вод з нізкай канцэнтрацыяй аміячнага азоту.

③ Метад іённага абмену

Метад іённага абмену — гэта метад выдалення аміячнага азоту са сцёкавых вод з выкарыстаннем матэрыялаў з моцнай селектыўнай адсорбцыяй іонаў аміяку. Найбольш распаўсюджанымі адсорбцыйнымі матэрыяламі з'яўляюцца актываваны вугаль, цэаліт, мантмарыланіт і іённа-іённая смала. Цэаліт — гэта від сілікаалюмінату з трохмернай прасторавай структурай, рэгулярнай структурай пор і адтулін, сярод якіх клінаптілаліт мае моцную селектыўную адсорбцыйную здольнасць да іонаў аміяку і нізкую цану, таму ён шырока выкарыстоўваецца ў якасці адсорбцыйнага матэрыялу для сцёкавых вод, якія ўтрымліваюць аміячны азот. Фактары, якія ўплываюць на эфект ачысткі клінаптілалітам, ўключаюць памер часціц, канцэнтрацыю аміячнага азоту, які паступае, час кантакту, значэнне pH і гэтак далей.

Адсарбцыйны эфект цэаліту на аміячны азот відавочны, за ім ідзе раніт, а ўплыў глебы і керамізіту слабы. Асноўным спосабам выдалення аміячнага азоту з цэаліту з'яўляецца іённы абмен, і эфект фізічнай адсарбцыі вельмі малы. Эфект іённага абмену кераміту, глебы і раніту падобны да эфекту фізічнай адсарбцыі. Адсарбцыйная здольнасць чатырох напаўняльнікаў зніжалася з павышэннем тэмпературы ў дыяпазоне 15-35℃ і павялічвалася з павышэннем значэння pH у дыяпазоне 3-9. Адсарбцыйная раўнавага была дасягнута праз 6 гадзін ваганняў.

Была вывучана магчымасць выдалення аміячнага азоту з фільтрата з палігона шляхам адсорбцыі цэалітам. Эксперыментальныя вынікі паказваюць, што кожны грам цэаліту мае абмежаваны патэнцыял адсорбцыі ў 15,5 мг аміячнага азоту. Пры памеры часціц цэаліту 30-16 меш хуткасць выдалення аміячнага азоту дасягае 78,5%, і пры тым жа часе адсорбцыі, дазоўцы і памеры часціц цэаліту, чым вышэйшая канцэнтрацыя аміячнага азоту, што паступае, тым вышэйшая хуткасць адсорбцыі, і цэаліт як адсарбент можа выдаляць аміячны азот з фільтрата. У той жа час адзначаецца, што хуткасць адсорбцыі аміячнага азоту цэалітам нізкая, і цэаліту цяжка дасягнуць насычанай адсорбцыйнай здольнасці ў практычнай эксплуатацыі.

Быў вывучаны ўплыў біялагічнага цэалітавага пласта на выдаленне азоту, ХСК і іншых забруджвальных рэчываў у імітаваных сцёкавых водах вёскі. Вынікі паказваюць, што хуткасць выдалення аміячнага азоту біялагічным цэалітавым пластом перавышае 95%, а выдаленне нітратнага азоту значна залежыць ад часу знаходжання ў гідраўлічным растворы.

Метад іённага абмену мае такія перавагі, як невялікія інвестыцыі, просты працэс, зручнасць эксплуатацыі, неадчувальнасць да яду і тэмпературы, а таксама паўторнае выкарыстанне цэаліту шляхам рэгенерацыі. Аднак пры ачыстцы сцёкавых вод з высокай канцэнтрацыяй аміячнага азоту рэгенерацыя частая, што стварае нязручнасці ў эксплуатацыі, таму яе неабходна спалучаць з іншымі метадамі ачысткі аміячным азотам або выкарыстоўваць для ачысткі сцёкавых вод з нізкай канцэнтрацыяй аміячнага азоту.

Аптовы вытворца і пастаўшчык цэаліту 4A | EVERBRIGHT (cnchemist.com)