مواد شیمیایی و فرآیند حذف نیتروژن آمونیاکی از آب

1. نیتروژن آمونیاکی چیست؟

نیتروژن آمونیاکی به آمونیاک به شکل آمونیاک آزاد (یا آمونیاک غیر یونی، NH3) یا آمونیاک یونی (NH4+) اشاره دارد.PH بالاتر و نسبت بالاتر آمونیاک آزاد.برعکس، نسبت نمک آمونیوم زیاد است.

نیتروژن آمونیاکی یک ماده مغذی در آب است که می تواند منجر به اوتروفیکاسیون آب شود و آلاینده اصلی مصرف کننده اکسیژن در آب است که برای ماهی ها و برخی از موجودات آبزی سمی است.

اثر مضر اصلی نیتروژن آمونیاکی بر موجودات آبزی آمونیاک آزاد است که سمیت آن ده ها برابر نمک آمونیوم بیشتر است و با افزایش قلیاییت افزایش می یابد.سمیت نیتروژن آمونیاک ارتباط نزدیکی با مقدار pH و دمای آب آب استخر دارد، به طور کلی، هر چه مقدار pH و دمای آب بالاتر باشد، سمیت قوی تر است.

دو روش رنگ سنجی با حساسیت تقریبی که معمولاً برای تعیین آمونیاک استفاده می شود، روش کلاسیک معرف نسلر و روش فنل-هیپوکلریت است.تیتراسیون و روش های الکتریکی نیز معمولا برای تعیین آمونیاک استفاده می شود.هنگامی که محتوای نیتروژن آمونیاکی بالا باشد، می توان از روش تیتراسیون تقطیر نیز استفاده کرد.(استانداردهای ملی شامل روش معرف Nath، اسپکتروفتومتری اسید سالیسیلیک، روش تقطیر – تیتراسیون می باشد)

2. فرآیند حذف نیتروژن فیزیکی و شیمیایی

① روش رسوب شیمیایی

روش رسوب شیمیایی که با نام روش بارش MAP نیز شناخته می شود، افزودن منیزیم و اسید فسفریک یا هیدروژن فسفات به فاضلاب حاوی نیتروژن آمونیاکی است، به طوری که NH4+ موجود در فاضلاب با منیزیم + و PO4- در محلول آبی برای تولید منیزیم فسفاته آمونیوم واکنش نشان می دهد. فرمول مولکولی MgNH4P04.6H20 است، بنابراین برای دستیابی به هدف از بین بردن نیتروژن آمونیاکی.فسفات آمونیوم منیزیم که معمولاً به عنوان استرویت شناخته می شود، می تواند به عنوان کمپوست، افزودنی خاک یا بازدارنده آتش برای محصولات ساختمانی استفاده شود.معادله واکنش به صورت زیر است:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

عوامل اصلی مؤثر بر اثر تصفیه رسوب شیمیایی عبارتند از: مقدار pH، دما، غلظت نیتروژن آمونیاک و نسبت مولی (n(Mg+): n(NH4+): n(P04-)).نتایج نشان می دهد که وقتی مقدار pH 10 و نسبت مولی منیزیم، نیتروژن و فسفر 1.2:1:1.2 باشد، اثر تیمار بهتر است.

با استفاده از کلرید منیزیم و دی سدیم هیدروژن فسفات به عنوان عوامل رسوب‌دهنده، نتایج نشان می‌دهد که اثر تیمار زمانی بهتر است که مقدار pH 9.5 و نسبت مولی منیزیم، نیتروژن و فسفر 1.2:1:1 باشد.

نتایج نشان می‌دهد که MgC12+Na3PO4.12H20 نسبت به سایر ترکیبات عامل رسوب‌دهنده برتری دارد.هنگامی که مقدار pH 10.0 است، دما 30 درجه سانتیگراد، n(Mg+) : n(NH4+): n(P04-)= 1:1:1، غلظت جرمی نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب پس از هم زدن به مدت 30 دقیقه کاهش می یابد. از 222 میلی گرم در لیتر قبل از درمان به 17 میلی گرم در لیتر، و میزان حذف 92.3٪ است.

روش رسوب شیمیایی و روش غشای مایع برای تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاک صنعتی با غلظت بالا ترکیب شدند.در شرایط بهینه سازی فرآیند بارش، میزان حذف نیتروژن آمونیاکی به 98.1 درصد رسید و سپس تیمار بیشتر با روش فیلم مایع، غلظت نیتروژن آمونیاک را به 0.005 گرم در لیتر کاهش داد و به استاندارد انتشار درجه یک ملی رسید.

اثر حذف یون های فلزی دو ظرفیتی (Ni+، Mn+، Zn+، Cu+، Fe+) غیر از Mg+ بر نیتروژن آمونیاکی تحت اثر فسفات بررسی شد.یک فرآیند جدید بارش CaSO4-MAP برای فاضلاب سولفات آمونیوم پیشنهاد شد.نتایج نشان می دهد که تنظیم کننده سنتی NaOH را می توان با آهک جایگزین کرد.

مزیت روش رسوب شیمیایی این است که وقتی غلظت فاضلاب نیتروژن آمونیاکی زیاد باشد کاربرد روش های دیگر مانند روش بیولوژیکی، روش کلر زنی نقطه شکست، روش جداسازی غشایی، روش تبادل یونی و ... محدود می شود. روش رسوب شیمیایی می تواند برای پیش تصفیه استفاده شود.راندمان حذف روش بارش شیمیایی بهتر است و محدود به دما نیست و عملیات ساده است.لجن ته نشین شده حاوی فسفات آمونیوم منیزیم می تواند به عنوان کود کامپوزیت برای استفاده از ضایعات استفاده شود و در نتیجه بخشی از هزینه را جبران کند.اگر بتوان آن را با برخی از شرکت های صنعتی تولید کننده فاضلاب فسفاته و شرکت های تولید کننده آب نمک نمک ترکیب کرد، می تواند در هزینه های دارویی صرفه جویی کرده و کاربرد در مقیاس بزرگ را تسهیل کند.

عیب روش رسوب شیمیایی این است که به دلیل محدودیت محصول حلالیت آمونیوم منیزیم فسفات، پس از رسیدن نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب به غلظت معین، اثر حذف آشکار نیست و هزینه ورودی به شدت افزایش می یابد.بنابراین روش رسوب شیمیایی باید در ترکیب با سایر روش های مناسب برای تصفیه پیشرفته استفاده شود.مقدار معرف مورد استفاده زیاد، لجن تولید شده زیاد و هزینه تصفیه بالاست.ورود یون های کلرید و فسفر باقی مانده در حین دوز مواد شیمیایی می تواند به راحتی باعث آلودگی ثانویه شود.

عمده فروشی سولفات آلومینیوم تولید و تامین کننده |EVERBRIGHT (cnchemist.com)

عمده فروشی دی بیسیک سدیم فسفات تولید کننده و تامین کننده |EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②روش دمیدن

حذف نیتروژن آمونیاکی به روش دمیدن به این صورت است که مقدار PH را به حالت قلیایی تنظیم می کند، به طوری که یون آمونیاک موجود در فاضلاب به آمونیاک تبدیل می شود، به طوری که عمدتاً به صورت آمونیاک آزاد وجود دارد و سپس آمونیاک آزاد خارج می شود. پساب از طریق گاز حامل، به منظور دستیابی به هدف از بین بردن نیتروژن آمونیاکی.عوامل اصلی موثر بر راندمان دمیدن عبارتند از مقدار pH، دما، نسبت گاز به مایع، سرعت جریان گاز، غلظت اولیه و غیره.در حال حاضر، روش دمیدن به طور گسترده در تصفیه فاضلاب با غلظت بالای نیتروژن آمونیاکی استفاده می شود.

حذف نیتروژن آمونیاکی از شیرابه محل دفن زباله به روش دمنده مورد بررسی قرار گرفت.مشخص شد که عوامل کلیدی کنترل کننده راندمان دمیدن دما، نسبت گاز به مایع و مقدار pH هستند.هنگامی که دمای آب بیشتر از 2590 است، نسبت گاز به مایع حدود 3500 و pH حدود 10.5 است، سرعت حذف می تواند به بیش از 90٪ برای شیرابه دفن زباله با غلظت نیتروژن آمونیاک به 2000-4000 میلی گرم در / برسد. L.نتایج نشان می دهد که زمانی که pH=11.5، دمای جداسازی 80cC و زمان جداسازی 120 دقیقه باشد، میزان حذف نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب می تواند به 99.2 درصد برسد.

راندمان دمیدن فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با غلظت بالا توسط برج دمیدن جریان مخالف انجام شد.نتایج نشان داد که راندمان دمیدن با افزایش مقدار pH افزایش می یابد.هر چه نسبت گاز به مایع بزرگتر باشد، نیروی محرکه انتقال جرم سلب آمونیاک بیشتر است و راندمان سلب کردن نیز افزایش می یابد.

حذف نیتروژن آمونیاکی به روش دمیدن موثر، کارکرد آسان و کنترل آسان است.نیتروژن آمونیاک دمیده شده را می توان به عنوان یک جاذب با اسید سولفوریک استفاده کرد و پول اسید سولفوریک تولید شده را می توان به عنوان کود استفاده کرد.روش دمیدن یک فناوری رایج برای حذف فیزیکی و شیمیایی نیتروژن در حال حاضر است.با این حال، روش دمش دارای معایبی است، مانند جرم گیری مکرر در برج دمنده، راندمان حذف نیتروژن آمونیاکی پایین در دمای پایین و آلودگی ثانویه ناشی از گاز دمنده.روش دمیدن به طور کلی با سایر روش های تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی برای پیش تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با غلظت بالا ترکیب می شود.

③ نقطه شکست کلر

مکانیسم حذف آمونیاک توسط کلرزنی نقطه شکست به این صورت است که گاز کلر با آمونیاک واکنش داده و گاز نیتروژن بی ضرر تولید می کند و N2 به اتمسفر فرار می کند و باعث می شود منبع واکنش به سمت راست ادامه یابد.فرمول واکنش این است:

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

هنگامی که گاز کلر به یک نقطه معین به فاضلاب منتقل می شود، محتوای کلر آزاد در آب کم است و غلظت آمونیاک صفر می شود.وقتی مقدار گاز کلر از نقطه عبور کند، مقدار کلر آزاد آب افزایش می یابد، بنابراین نقطه را نقطه شکست و کلرزنی در این حالت را کلر زنی نقطه شکست می نامند.

روش کلرزنی نقطه شکست برای تصفیه فاضلاب حفاری پس از دمیدن نیتروژن آمونیاکی استفاده می شود و اثر تصفیه مستقیماً تحت تأثیر فرآیند دمیدن نیتروژن آمونیاک پیش تصفیه قرار می گیرد.هنگامی که 70 درصد نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب با فرآیند دمیدن حذف می شود و سپس با کلرزنی نقطه شکست تصفیه می شود، غلظت جرمی نیتروژن آمونیاکی در پساب کمتر از 15 میلی گرم در لیتر است.ژانگ شنگلی و همکارانفاضلاب نیتروژن آمونیاکی شبیه سازی شده با غلظت جرمی 100 میلی گرم در لیتر را به عنوان هدف تحقیق در نظر گرفت و نتایج تحقیق نشان داد که عوامل اصلی و ثانویه موثر بر حذف نیتروژن آمونیاکی با اکسیداسیون هیپوکلریت سدیم، نسبت کمی کلر به نیتروژن آمونیاکی است. زمان واکنش و مقدار pH

روش کلرزنی نقطه شکست دارای راندمان حذف نیتروژن بالا است، میزان حذف می تواند به 100٪ برسد و غلظت آمونیاک در فاضلاب را می توان به صفر کاهش داد.اثر پایدار است و تحت تأثیر دما نیست.تجهیزات سرمایه گذاری کمتر، پاسخ سریع و کامل؛این اثر استریل و ضد عفونی بر روی بدنه آب است.دامنه کاربرد روش کلرزنی نقطه شکست این است که غلظت فاضلاب نیتروژن آمونیاکی کمتر از 40 میلی گرم در لیتر است، بنابراین روش کلرزنی نقطه شکست بیشتر برای تصفیه پیشرفته فاضلاب نیتروژن آمونیاکی استفاده می شود.نیاز به استفاده ایمن و ذخیره سازی بالا، هزینه تصفیه بالا است و محصولات جانبی کلرامین ها و مواد آلی کلردار باعث آلودگی ثانویه می شوند.

④ روش اکسیداسیون کاتالیزوری

روش اکسیداسیون کاتالیستی از طریق عمل کاتالیزور، تحت دما و فشار معین، از طریق اکسیداسیون هوا، مواد آلی و آمونیاک موجود در فاضلاب را می توان اکسیده و به مواد بی ضرری مانند CO2، N2 و H2O تجزیه کرد تا به هدف تصفیه دست یافت.

عوامل موثر بر اثر اکسیداسیون کاتالیزوری عبارتند از مشخصات کاتالیزور، دما، زمان واکنش، مقدار pH، غلظت نیتروژن آمونیاک، فشار، شدت هم زدن و غیره.

فرآیند تخریب نیتروژن آمونیاک ازن دار مورد مطالعه قرار گرفت.نتایج نشان داد که با افزایش مقدار pH، نوعی رادیکال HO با قابلیت اکسیداسیون قوی تولید شد و سرعت اکسیداسیون به طور قابل توجهی تسریع شد.مطالعات نشان می دهد که ازن می تواند نیتروژن آمونیاکی را به نیتریت و نیتریت را به نیترات اکسید کند.غلظت نیتروژن آمونیاکی در آب با افزایش زمان کاهش می یابد و میزان حذف نیتروژن آمونیاکی حدود 82 درصد است.CuO-Mn02-Ce02 به عنوان یک کاتالیزور کامپوزیتی برای تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی استفاده شد.نتایج تجربی نشان می دهد که فعالیت اکسیداسیون کاتالیزور کامپوزیتی تازه تهیه شده به طور قابل توجهی بهبود یافته است و شرایط فرآیند مناسب 255 درجه سانتیگراد، 4.2MPa و pH = 10.8 است.در تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با غلظت اولیه 1023 میلی گرم در لیتر، میزان حذف نیتروژن آمونیاکی می تواند در عرض 150 دقیقه به 98٪ برسد و به استاندارد ملی تخلیه ثانویه (50 میلی گرم در لیتر) برسد.

عملکرد کاتالیزوری فوتوکاتالیست TiO2 با زئولیت با مطالعه میزان تخریب نیتروژن آمونیاکی در محلول اسید سولفوریک مورد بررسی قرار گرفت.نتایج نشان می دهد که دوز بهینه فوتوکاتالیست Ti02/ زئولیت 1.5 گرم در لیتر و زمان واکنش 4 ساعت تحت تابش فرابنفش است.میزان حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب می تواند به 98.92 درصد برسد.اثر حذف آهن بالا و دی اکسید نانو چانه تحت نور ماوراء بنفش بر فنل و نیتروژن آمونیاکی مورد بررسی قرار گرفت.نتایج نشان می دهد که میزان حذف نیتروژن آمونیاکی 97.5٪ است که pH=9.0 به محلول نیتروژن آمونیاکی با غلظت 50mg/L اعمال شود، که 7.8٪ و 22.5٪ بیشتر از آهن یا دی اکسید چین به تنهایی است.

روش اکسیداسیون کاتالیزوری دارای مزایای راندمان تصفیه بالا، فرآیند ساده، سطح پایین پایین و غیره است و اغلب برای تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با غلظت بالا استفاده می شود.مشکل کاربرد این است که چگونه می توان از از بین رفتن کاتالیزور و حفاظت در برابر خوردگی تجهیزات جلوگیری کرد.

⑤ روش اکسیداسیون الکتروشیمیایی

روش اکسیداسیون الکتروشیمیایی به روش حذف آلاینده ها در آب با استفاده از الکترواکسیداسیون با فعالیت کاتالیزوری اشاره دارد.عوامل موثر عبارتند از چگالی جریان، سرعت جریان ورودی، زمان خروجی و زمان حل نقطه ای.

اکسیداسیون الکتروشیمیایی فاضلاب آمونیاک-نیتروژن در یک سلول الکترولیتی جریان در گردش مورد مطالعه قرار گرفت، که در آن مثبت برق شبکه Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 و منفی برق شبکه Ti است.نتایج نشان می‌دهد که وقتی غلظت یون کلرید 400 میلی‌گرم در لیتر، غلظت اولیه نیتروژن آمونیاکی 40 میلی‌گرم در لیتر، سرعت جریان ورودی 600 میلی‌لیتر بر دقیقه، چگالی جریان 20 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر، و زمان الکترولیتی 90 دقیقه، آمونیاک است. میزان حذف نیتروژن 99.37٪ است.این نشان می دهد که اکسیداسیون الکترولیتی فاضلاب آمونیاک-نیتروژن چشم انداز کاربردی خوبی دارد.

3. فرآیند حذف نیتروژن بیوشیمیایی

① کل نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی

نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون کل فرآیند نوعی روش بیولوژیکی است که در حال حاضر برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته است.نیتروژن آمونیاکی موجود در فاضلاب را از طریق یک سری واکنش ها مانند نیتریفیکاسیون و نیتروژن زدایی تحت تأثیر میکروارگانیسم های مختلف به نیتروژن تبدیل می کند تا به هدف تصفیه فاضلاب دست یابد.فرآیند نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی برای حذف نیتروژن آمونیاکی باید از دو مرحله عبور کند:

واکنش نیتریفیکاسیون: واکنش نیتریفیکاسیون توسط میکروارگانیسم های اتوتروف هوازی تکمیل می شود.در حالت هوازی از نیتروژن معدنی به عنوان منبع نیتروژن برای تبدیل NH4+ به NO2- استفاده می شود و سپس به NO3- اکسید می شود.فرآیند نیتریفیکاسیون را می توان به دو مرحله تقسیم کرد.در مرحله دوم، نیتریت با نیتریفیکاسیون باکتری ها به نیترات (NO3-) و با نیتریف کردن باکتری ها، نیتریت به نیترات (NO3-) تبدیل می شود.

واکنش نیترات زدایی: واکنش نیترات زدایی فرآیندی است که در آن باکتری های نیترات زدایی، نیتروژن نیتریت و نیتروژن نیترات را در حالت هیپوکسی به نیتروژن گازی (N2) کاهش می دهند.باکتری‌های نیتروژن‌کننده میکروارگانیسم‌های هتروتروف هستند که بیشتر آن‌ها متعلق به باکتری‌های آمفیکتیک هستند.در حالت هیپوکسی، از اکسیژن موجود در نیترات به عنوان گیرنده الکترون و از مواد آلی (جزء BOD در فاضلاب) به عنوان دهنده الکترون برای تامین انرژی و اکسیده شدن و تثبیت شدن استفاده می کنند.

کل فرآیند نیتریفیکاسیون و کاربردهای مهندسی نیتروژن زدایی عمدتاً شامل AO، A2O، خندق اکسیداسیون و غیره است که یک روش بالغ تر است که در صنعت حذف نیتروژن بیولوژیکی استفاده می شود.

کل روش نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی دارای مزایای اثر پایدار، عملیات ساده، بدون آلودگی ثانویه و هزینه کم است.این روش همچنین دارای معایبی است، مانند زمانی که نسبت C/N در فاضلاب کم است، دمای مورد نیاز نسبتاً سخت است، راندمان در دمای پایین پایین است، منطقه بزرگ است، نیاز به اکسیژن باید منبع کربن اضافه شود. بزرگ است و برخی از مواد مضر مانند یون های فلزات سنگین بر میکروارگانیسم ها اثر فشاری دارند که قبل از انجام روش بیولوژیکی باید حذف شوند.علاوه بر این، غلظت بالای نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب نیز اثر بازدارندگی بر فرآیند نیتریفیکاسیون دارد.بنابراین، پیش تصفیه باید قبل از تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با غلظت بالا انجام شود تا غلظت فاضلاب نیتروژن آمونیاکی کمتر از 500 میلی گرم در لیتر باشد.روش بیولوژیکی سنتی برای تصفیه فاضلاب با غلظت کم نیتروژن آمونیاکی حاوی مواد آلی مانند فاضلاب خانگی، فاضلاب شیمیایی و غیره مناسب است.

②نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان (SND)

هنگامی که نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون با هم در یک راکتور انجام می شود، نیتریفیکاسیون هضم همزمان (SND) نامیده می شود.اکسیژن محلول در فاضلاب با سرعت انتشار محدود می شود تا یک شیب اکسیژن محلول در ناحیه ریزمحیط بر روی لخته میکروبی یا بیوفیلم تولید کند، که باعث می شود شیب اکسیژن محلول در سطح بیرونی لخته میکروبی یا بیوفیلم برای رشد و تکثیر مفید باشد. از باکتری های نیتریفیک کننده هوازی و باکتری های آمونیاک.هرچه در لخته یا غشاء عمیق‌تر باشد، غلظت اکسیژن محلول کمتر می‌شود و در نتیجه منطقه بدون اکسیژن که در آن باکتری‌های نیترات زدایی غالب هستند، ایجاد می‌شود.بنابراین فرآیند هضم و نیترات زدایی همزمان شکل می گیرد.عوامل موثر بر هضم و نیترات زدایی همزمان عبارتند از: مقدار PH، دما، قلیائیت، منبع کربن آلی، اکسیژن محلول و سن لجن.

نیتریفیکاسیون/نیتریفیکاسیون همزمان در گودال اکسیداسیون کاروسل وجود داشت و غلظت اکسیژن محلول بین پروانه هوادهی در گودال اکسیداسیون کاروسل به تدریج کاهش یافت و اکسیژن محلول در قسمت پایین خندق اکسیداسیون کاروسل کمتر از قسمت بالایی بود. .سرعت تشکیل و مصرف نیتروژن نیترات در هر قسمت از کانال تقریباً برابر است و غلظت نیتروژن آمونیاکی در کانال همیشه بسیار کم است که نشان می دهد واکنش های نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی به طور همزمان در کانال اکسیداسیون کاروسل رخ می دهد.

مطالعه روی تصفیه فاضلاب خانگی نشان می دهد که هر چه CODCr بالاتر باشد، نیترات زدایی کامل تر و حذف TN بهتر است.تأثیر اکسیژن محلول بر نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان بسیار زیاد است.هنگامی که اکسیژن محلول در 0.5 تا 2 میلی گرم در لیتر کنترل می شود، اثر حذف کل نیتروژن خوب است.در عین حال، روش نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی باعث صرفه جویی در راکتور، کوتاه شدن زمان واکنش، مصرف انرژی پایین، صرفه جویی در سرمایه گذاری و ثابت نگه داشتن مقدار pH می شود.

③هضم و نیترات زدایی با برد کوتاه

در همان راکتور، از باکتری های اکسید کننده آمونیاک برای اکسید کردن آمونیاک به نیتریت در شرایط هوازی استفاده می شود و سپس نیتریت مستقیماً نیتروژن زدایی می شود تا نیتروژن با ماده آلی یا منبع کربن خارجی به عنوان دهنده الکترون در شرایط هیپوکسی تولید شود.عوامل تأثیرگذار نیتریفیکاسیون کوتاه برد و نیتریفیکاسیون عبارتند از دما، آمونیاک آزاد، مقدار pH و اکسیژن محلول.

تأثیر دما بر نیتریفیکاسیون کوتاه برد فاضلاب شهری بدون آب دریا و فاضلاب شهری با 30 درصد آب دریا.نتایج تجربی نشان می دهد که: برای فاضلاب شهری بدون آب دریا، افزایش دما برای دستیابی به نیتریفیکاسیون کوتاه برد مساعد است.زمانی که نسبت آب دریا در فاضلاب خانگی 30 درصد باشد، نیتریفیکاسیون کوتاه برد را می توان در شرایط دمای متوسط ​​بهتر به دست آورد.دانشگاه صنعتی دلفت فرآیند SHARON را توسعه داد، استفاده از دمای بالا (حدود 30-4090) منجر به تکثیر باکتری های نیتریت می شود، به طوری که باکتری های نیتریت رقابت را از دست می دهند، در حالی که با کنترل سن لجن برای از بین بردن باکتری های نیتریت، بنابراین. که واکنش نیتریفیکاسیون در مرحله نیتریت.

بر اساس تفاوت در تمایل اکسیژن بین باکتری‌های نیتریت و باکتری‌های نیتریت، آزمایشگاه اکولوژی میکروبی Gent فرآیند OLAND را برای دستیابی به تجمع نیتروژن نیتریت با کنترل اکسیژن محلول برای حذف باکتری‌های نیتریت توسعه داد.

نتایج آزمایش آزمایشی تصفیه فاضلاب کک‌سازی با نیتریفیکاسیون کوتاه برد و نیترات زدایی نشان می‌دهد که وقتی غلظت COD، نیتروژن آمونیاکی، TN و فنل ورودی 1201.6،510.4،540.1 و 110.4 میلی‌گرم در لیتر باشد، میانگین نیتروژن پساب COD، آمونیاک. غلظت TN و فنل به ترتیب 197.1، 14.2، 181.5 و 0.4 میلی گرم در لیتر است.نرخ حذف مربوطه به ترتیب 83.6٪، 97.2، 66.4٪ و 99.6٪ بود.

فرآیند نیتریفیکاسیون کوتاه برد و نیترات زدایی از مرحله نیترات عبور نمی کند و منبع کربن مورد نیاز برای حذف بیولوژیکی نیتروژن را ذخیره می کند.مزایای خاصی برای فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با نسبت C/N پایین دارد.نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون کوتاه برد دارای مزایای لجن کمتر، زمان واکنش کوتاه و صرفه جویی در حجم راکتور است.با این حال، نیتریفیکاسیون کوتاه برد و نیترات زدایی نیاز به تجمع پایدار و پایدار نیتریت دارند، بنابراین نحوه مهار موثر فعالیت باکتری های نیتریفیکاتور کلیدی است.

④ اکسیداسیون بی هوازی آمونیاک

آموکسیداسیون بی‌هوازی فرآیند اکسیداسیون مستقیم نیتروژن آمونیاکی به نیتروژن توسط باکتری‌های اتوتروف در شرایط هیپوکسی، با نیتروژن نیتروژن یا نیتروژن نیتروژن به عنوان گیرنده الکترون است.

اثرات دما و PH بر فعالیت بیولوژیکی anammoX مورد مطالعه قرار گرفت.نتایج نشان داد که دمای بهینه واکنش 30 درجه سانتیگراد و مقدار pH 8/7 بود.امکان سنجی راکتور بی هوازی ammoX برای تصفیه فاضلاب با شوری بالا و غلظت بالای نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت.نتایج نشان داد که شوری بالا به طور قابل توجهی فعالیت anammoX را مهار می کند و این مهار برگشت پذیر بود.فعالیت آموکس بی هوازی لجن سازگار نشده 67.5 درصد کمتر از لجن شاهد تحت شوری 30g.L-1 (NaC1) بود.فعالیت anammoX لجن سازگار 45.1٪ کمتر از کنترل بود.هنگامی که لجن سازگار از یک محیط با شوری بالا به یک محیط با شوری کم (بدون آب نمک) منتقل شد، فعالیت بی هوازی ammoX 43.1٪ افزایش یافت.با این حال، راکتور زمانی که برای مدت طولانی در شوری بالا کار می کند، مستعد کاهش عملکرد است.

در مقایسه با فرآیند بیولوژیکی سنتی، ammoX بی‌هوازی یک فناوری حذف بیولوژیکی نیتروژن مقرون‌به‌صرفه‌تر و بدون منبع کربن اضافی، نیاز به اکسیژن کم، بدون نیاز به معرف‌ها برای خنثی‌سازی و تولید لجن کمتر است.معایب آموکس بی هوازی این است که سرعت واکنش کند است، حجم راکتور زیاد است و منبع کربن برای amMOX بی هوازی نامطلوب است، که اهمیت عملی برای حل فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با تجزیه زیستی ضعیف دارد.

4. جداسازی و جذب فرآیند حذف نیتروژن

① روش جداسازی غشا

روش جداسازی غشایی استفاده از نفوذپذیری انتخابی غشاء برای جداسازی انتخابی اجزای مایع است تا به هدف حذف نیتروژن آمونیاکی دست یابد.از جمله اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، غشای سم زدایی و الکترودیالیز.عوامل موثر بر جداسازی غشا عبارتند از ویژگی های غشا، فشار یا ولتاژ، مقدار pH، دما و غلظت نیتروژن آمونیاک.

با توجه به کیفیت آب فاضلاب نیتروژن آمونیاکی تخلیه شده توسط ذوب خاکی کمیاب، آزمایش اسمز معکوس با فاضلاب شبیه سازی شده NH4C1 و NaCI انجام شد.مشخص شد که تحت شرایط یکسان، اسمز معکوس نرخ حذف NaCI بالاتری دارد، در حالی که NHCl نرخ تولید آب بالاتری دارد.میزان حذف NH4C1 پس از تصفیه اسمز معکوس 77.3 درصد است که می تواند به عنوان پیش تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی مورد استفاده قرار گیرد.فن آوری اسمز معکوس می تواند انرژی، پایداری حرارتی خوب را ذخیره کند، اما مقاومت در برابر کلر، مقاومت در برابر آلودگی ضعیف است.

یک فرآیند جداسازی غشایی نانوفیلتراسیون بیوشیمیایی برای تصفیه شیرابه محل دفن زباله مورد استفاده قرار گرفت، به طوری که 85٪ تا 90٪ از مایع نفوذ پذیر طبق استاندارد تخلیه شد و تنها 0٪ تا 15٪ از مایع فاضلاب غلیظ و گل به فاضلاب برگشت داده شد. مخزن زبالهاوزتورکی و همکارانشیرابه دفن زباله Odayeri در ترکیه با غشای نانو فیلتراسیون تصفیه شد و میزان حذف نیتروژن آمونیاکی حدود 72 درصد بود.غشای نانوفیلتراسیون به فشار کمتری نسبت به غشای اسمز معکوس نیاز دارد که کارکرد آن آسان است.

سیستم غشایی حذف آمونیاک به طور کلی در تصفیه فاضلاب با نیتروژن آمونیاک بالا استفاده می شود.نیتروژن آمونیاکی موجود در آب دارای تعادل زیر است: NH4- +OH-= NH3+H2O در حال کار، فاضلاب حاوی آمونیاک در پوسته ماژول غشا جریان دارد و مایع جاذب اسید در لوله غشاء جریان دارد. مدول.هنگامی که PH فاضلاب افزایش می یابد یا دما افزایش می یابد، تعادل به سمت راست تغییر می کند و یون آمونیوم NH4- به گاز آزاد NH3 تبدیل می شود.در این زمان NH3 گازی می تواند از طریق ریز منافذ روی سطح فیبر توخالی وارد فاز مایع جذب اسید در لوله از فاز آب فاضلاب در پوسته شود که توسط محلول اسید جذب شده و بلافاصله تبدیل به NH4- یونی می شود.PH فاضلاب را بالای 10 و دمای آن را بالای 35 درجه سانتیگراد (زیر 50 درجه سانتیگراد) نگه دارید، به طوری که NH4 در فاز فاضلاب به طور مداوم NH3 به مهاجرت فاز مایع جذبی تبدیل شود.در نتیجه غلظت نیتروژن آمونیاکی در سمت فاضلاب به طور مداوم کاهش می یابد.فاز مایع جذب اسید، چون فقط اسید و NH4- وجود دارد، نمک آمونیوم بسیار خالصی را تشکیل می دهد و پس از گردش مداوم به غلظت معینی می رسد که قابل بازیافت است.استفاده از این فناوری از یک سو می تواند میزان حذف نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب را تا حد زیادی بهبود بخشد و از سوی دیگر، کل هزینه عملیاتی سیستم تصفیه فاضلاب را کاهش دهد.

②روش الکترودیالیز

الکترودیالیز روشی برای حذف جامدات محلول از محلول های آبی با اعمال ولتاژ بین جفت غشا است.تحت تأثیر ولتاژ، یون‌های آمونیاک و سایر یون‌های موجود در فاضلاب آمونیاک-نیتروژن از طریق غشای موجود در آب غلیظ حاوی آمونیاک غنی می‌شوند تا به هدف حذف برسند.

روش الکترودیالیز برای تصفیه فاضلاب معدنی با غلظت بالای نیتروژن آمونیاکی استفاده شد و نتایج خوبی به دست آورد.برای 2000-3000 میلی گرم در لیتر فاضلاب نیتروژن آمونیاکی، میزان حذف نیتروژن آمونیاکی می تواند بیش از 85٪ باشد و آب آمونیاک غلیظ را می توان 8.9٪ به دست آورد.مقدار الکتریسیته مصرفی در حین عملیات الکترودیالیز متناسب با مقدار نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب است.تصفیه فاضلاب با الکترودیالیز با مقدار pH، دما و فشار محدود نمی شود و کار با آن آسان است.

مزایای جداسازی غشایی بازیابی زیاد نیتروژن آمونیاکی، عملیات ساده، اثر تصفیه پایدار و عدم آلودگی ثانویه است.با این حال، در تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با غلظت بالا، به جز غشای غیرآمونی شده، سایر غشاها به راحتی مقیاس پذیر و مسدود می شوند و بازسازی و شستشوی معکوس مکرر است و هزینه تصفیه را افزایش می دهد.بنابراین این روش برای پیش تصفیه یا پساب نیتروژن آمونیاکی با غلظت کم مناسب تر است.

③ روش تبادل یونی

روش تبادل یونی روشی برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب با استفاده از موادی با جذب انتخابی قوی یون های آمونیاک است.مواد جذب معمولاً مورد استفاده کربن فعال، زئولیت، مونت موریلونیت و رزین تبادلی هستند.زئولیت نوعی سیلیکو آلومینات با ساختار فضایی سه بعدی، ساختار منفذی منظم و سوراخ‌هایی است که در این میان کلینوپتیلولیت دارای ظرفیت جذب انتخابی قوی برای یون‌های آمونیاک و قیمت پایین است، بنابراین معمولاً به عنوان ماده جذبی برای فاضلاب نیتروژن آمونیاکی استفاده می‌شود. در مهندسیعوامل موثر بر اثر درمان کلینوپتیلولیت عبارتند از اندازه ذرات، غلظت نیتروژن آمونیاک ورودی، زمان تماس، مقدار pH و غیره.

اثر جذب زئولیت بر نیتروژن آمونیاکی آشکار است و پس از آن رانیت و اثر خاک و سرامیزیت ضعیف است.راه اصلی حذف نیتروژن آمونیاکی از زئولیت تبادل یونی است و اثر جذب فیزیکی بسیار کم است.اثر تبادل یونی سرامیت، خاک و رانیت مشابه اثر جذب فیزیکی است.ظرفیت جذب چهار پرکننده با افزایش دما در محدوده 15-35 درجه سانتیگراد کاهش و با افزایش مقدار pH در محدوده 3-9 افزایش یافت.تعادل جذب پس از 6 ساعت نوسان به دست آمد.

امکان حذف نیتروژن آمونیاکی از شیرابه دفن زباله با جذب زئولیت مورد بررسی قرار گرفت.نتایج تجربی نشان می دهد که هر گرم زئولیت دارای پتانسیل جذب محدود 15.5 میلی گرم نیتروژن آمونیاکی است، زمانی که اندازه ذرات زئولیت 30 تا 16 مش است، میزان حذف نیتروژن آمونیاکی به 78.5٪ می رسد و در همان زمان جذب، دوز و اندازه ذرات زئولیت، هر چه غلظت نیتروژن آمونیاک ورودی بالاتر باشد، سرعت جذب بالاتر است و برای زئولیت به عنوان یک جاذب امکان حذف نیتروژن آمونیاک از شیرابه وجود دارد.در عین حال، اشاره می شود که میزان جذب نیتروژن آمونیاکی توسط زئولیت کم است و رسیدن زئولیت به ظرفیت جذب اشباع در عملیات عملی دشوار است.

اثر حذف بستر بیولوژیکی زئولیت بر نیتروژن، COD و سایر آلاینده‌ها در فاضلاب روستایی شبیه‌سازی شده مورد بررسی قرار گرفت.نتایج نشان می دهد که میزان حذف نیتروژن آمونیاکی توسط بستر زئولیت بیولوژیکی بیش از 95 درصد است و حذف نیتروژن نیترات تا حد زیادی تحت تأثیر زمان ماند هیدرولیکی است.

روش تبادل یونی دارای مزایای سرمایه گذاری اندک، فرآیند ساده، عملیات راحت، عدم حساسیت به سم و دما و استفاده مجدد از زئولیت با بازسازی است.با این حال، هنگام تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با غلظت بالا، بازسازی مکرر است که باعث ناراحتی در عملیات می شود، بنابراین باید با سایر روش های تصفیه نیتروژن آمونیاکی ترکیب شود یا برای تصفیه فاضلاب نیتروژن آمونیاکی با غلظت پایین استفاده شود.

عمده فروشی 4A زئولیت تولید کننده و تامین کننده |EVERBRIGHT (cnchemist.com)