Kemikalija in postopek za odstranjevanje amonijevega dušika iz vode

1. Kaj je amonijev dušik?

Amonijev dušik se nanaša na amonijak v obliki prostega amonijaka (ali neionskega amonijaka, NH3) ali ionskega amonijaka (NH4+). Višji pH in višji delež prostega amonijaka; nasprotno, delež amonijeve soli je visok.

Amonijev dušik je hranilo v vodi, ki lahko povzroči evtrofikacijo vode, in je glavno onesnaževalo, ki porablja kisik v vodi, kar je strupeno za ribe in nekatere vodne organizme.

Glavni škodljiv učinek amonijevega dušika na vodne organizme je prosti amonijak, katerega toksičnost je več desetkrat večja od toksičnosti amonijeve soli in se povečuje z naraščajočo alkalnostjo. Toksičnost amonijevega dušika je tesno povezana s pH vrednostjo in temperaturo vode v bazenu, na splošno pa velja, da višja kot je pH vrednost in temperatura vode, močnejša je toksičnost.

Dve kolorimetrični metodi s približno občutljivostjo, ki se pogosto uporabljata za določanje amonijaka, sta klasična Nesslerjeva reagentna metoda in fenol-hipokloritna metoda. Za določanje amonijaka se pogosto uporabljajo tudi titracije in električne metode; kadar je vsebnost amonijevega dušika visoka, se lahko uporabi tudi metoda destilacijske titracije. (Nacionalni standardi vključujejo Nathovo reagentno metodo, spektrofotometrijo s salicilno kislino in metodo destilacije in titracije.)

2. Postopek fizikalnega in kemičnega odstranjevanja dušika

① Metoda kemičnega obarjanja

Metoda kemične precipitacije, znana tudi kot metoda precipitacije MAP, je dodajanje magnezija in fosforne kisline ali hidrogenfosfata odpadni vodi, ki vsebuje amonijski dušik, tako da NH4+ v odpadni vodi reagira z Mg+ in PO4- v vodni raztopini in tvori oborino amonijevega magnezijevega fosfata z molekulsko formulo MgNH4P04.6H20, s čimer se doseže namen odstranjevanja amonijevega dušika. Magnezijev amonijev fosfat, splošno znan kot struvit, se lahko uporablja kot kompost, dodatek za tla ali zaviralec gorenja za gradbene konstrukcije. Reakcijska enačba je naslednja:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Glavni dejavniki, ki vplivajo na učinek obdelave s kemičnim obarjanjem, so vrednost pH, temperatura, koncentracija amonijevega dušika in molsko razmerje (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Rezultati kažejo, da je učinek obdelave boljši, ko je vrednost pH 10 in molsko razmerje magnezija, dušika in fosforja 1,2:1:1,2.

Z uporabo magnezijevega klorida in dinatrijevega hidrogenfosfata kot obarjalnika rezultati kažejo, da je učinek obdelave boljši, ko je pH vrednost 9,5 in je molsko razmerje med magnezijem, dušikom in fosforjem 1,2:1:1.

Rezultati kažejo, da je MgC12+Na3PO4.12H20 boljša od drugih kombinacij obarjalnikov. Pri pH vrednosti 10,0 in temperaturi 30 ℃ ter razmerju n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1 se masna koncentracija amonijevega dušika v odpadni vodi po 30-minutnem mešanju zmanjša z 222 mg/L pred obdelavo na 17 mg/L, stopnja odstranitve pa je 92,3 %.

Za čiščenje industrijske odpadne vode z visoko koncentracijo amonijevega dušika sta bili kombinirani metoda kemičnega obarjanja in metoda tekoče membrane. V pogojih optimizacije postopka obarjanja je stopnja odstranjevanja amonijevega dušika dosegla 98,1 %, nadaljnja obdelava s tekočo filmsko metodo pa je koncentracijo amonijevega dušika zmanjšala na 0,005 g/L, s čimer je dosegla nacionalni standard emisij prvega razreda.

Raziskan je bil učinek odstranjevanja dvovalentnih kovinskih ionov (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+), razen Mg+, na amonijev dušik pod vplivom fosfata. Za odpadno vodo iz amonijevega sulfata je bil predlagan nov postopek obarjanja CaSO4 in obarjanja MAP. Rezultati kažejo, da je mogoče tradicionalni regulator NaOH nadomestiti z apnom.

Prednost metode kemične precipitacije je v tem, da je pri visoki koncentraciji amonijevega dušika v odpadni vodi uporaba drugih metod, kot so biološka metoda, metoda kloriranja na prelomni točki, metoda membranskega ločevanja, metoda ionske izmenjave itd., omejena. V tem primeru se za predobdelavo lahko uporabi metoda kemične precipitacije. Učinkovitost odstranjevanja pri metodi kemične precipitacije je boljša in ni omejena s temperaturo, postopek pa je preprost. Oborena blata, ki vsebuje magnezijev amonijev fosfat, se lahko uporabi kot sestavljeno gnojilo za izkoriščanje odpadkov, s čimer se delno zmanjšajo stroški; če jo je mogoče kombinirati z nekaterimi industrijskimi podjetji, ki proizvajajo fosfatno odpadno vodo, in podjetji, ki proizvajajo slanico, lahko prihrani stroške farmacevtskih izdelkov in olajša uporabo v velikem obsegu.

Slabost metode kemične precipitacije je, da zaradi omejitve produkta topnosti amonijevega magnezijevega fosfata učinek odstranjevanja ni očiten, ko amonijev dušik v odpadni vodi doseže določeno koncentracijo, in stroški čiščenja se močno povečajo. Zato je treba metodo kemične precipitacije uporabljati v kombinaciji z drugimi metodami, primernimi za napredno čiščenje. Količina uporabljenega reagenta je velika, proizvedeno blato je veliko, stroški čiščenja pa visoki. Vnos kloridnih ionov in preostalega fosforja med doziranjem kemikalij lahko zlahka povzroči sekundarno onesnaženje.

Proizvajalec in dobavitelj aluminijevega sulfata na debelo | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Proizvajalec in dobavitelj dvobaznega natrijevega fosfata na debelo | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②metoda odpihovanja

Odstranjevanje amonijevega dušika z metodo vpihovanja pomeni prilagoditev pH vrednosti na alkalno, tako da se amonijev ion v odpadni vodi pretvori v amonijak, tako da obstaja predvsem v obliki prostega amonijaka, nato pa se prosti amonijak odstrani iz odpadne vode z nosilnim plinom, da se doseže namen odstranjevanja amonijevega dušika. Glavni dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost vpihovanja, so pH vrednost, temperatura, razmerje plin-tekočina, pretok plina, začetna koncentracija itd. Trenutno se metoda vpihovanja pogosto uporablja pri čiščenju odpadne vode z visoko koncentracijo amonijevega dušika.

Proučevali so odstranjevanje amonijevega dušika iz izcedne vode z odlagališča z metodo odpiranja. Ugotovljeno je bilo, da so ključni dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost odpiranja, temperatura, razmerje plin-tekočina in pH vrednost. Ko je temperatura vode višja od 2590 °C, razmerje plin-tekočina približno 3500 in pH približno 10,5, lahko stopnja odstranjevanja izcedne vode z odlagališča doseže več kot 90 %, pri čemer je koncentracija amonijevega dušika visoka od 2000 do 4000 mg/L. Rezultati kažejo, da lahko pri pH = 11,5, temperaturi odpiranja 80 °C in času odpiranja 120 minut stopnja odstranjevanja amonijevega dušika iz odpadne vode doseže 99,2 %.

Učinkovitost odpihovanja odpadne vode z visoko koncentracijo amoniaka in dušika je bila izvedena s protitočnim odpihovalnim stolpom. Rezultati so pokazali, da se je učinkovitost odpihovanja povečevala z naraščanjem vrednosti pH. Večje kot je razmerje plin-tekočina, večja je gonilna sila prenosa mase za odstranjevanje amoniaka, poveča pa se tudi učinkovitost odstranjevanja.

Odstranjevanje amonijevega dušika z metodo vpihovanja je učinkovito, enostavno za uporabo in enostavno za nadzor. Vpihani amonijski dušik se lahko uporabi kot absorber z žveplovo kislino, nastalo žveplovo kislino pa kot gnojilo. Metoda odpihovanja je trenutno pogosto uporabljena tehnologija za fizikalno in kemično odstranjevanje dušika. Vendar ima metoda odpihovanja nekaj pomanjkljivosti, kot so pogosto nabiranje vodnega kamna v odpihovalnem stolpu, nizka učinkovitost odstranjevanja amonijevega dušika pri nizki temperaturi in sekundarno onesnaženje, ki ga povzroča odpihovalni plin. Metoda odpihovanja se običajno kombinira z drugimi metodami čiščenja odpadne vode z amonijevim dušikom za predhodno čiščenje odpadne vode z visoko koncentracijo amonijevega dušika.

③Kloriranje na prelomni točki

Mehanizem odstranjevanja amoniaka s kloriranjem na prelomni točki je, da klor reagira z amonijakom in tvori neškodljiv dušik, N2 pa uhaja v ozračje, zaradi česar se vir reakcije nadaljuje v desno. Reakcijska formula je:

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

Ko se klorov plin prenese v odpadno vodo do določene točke, je vsebnost prostega klora v vodi nizka, koncentracija amoniaka pa nič. Ko količina klorovega plina preseže to točko, se količina prostega klora v vodi poveča, zato se ta točka imenuje prelomna točka, kloriranje v tem stanju pa se imenuje prelomno kloriranje.

Metoda kloriranja na prelomni točki se uporablja za čiščenje vrtalne odpadne vode po vpihovanju z amoniakovim dušikom, učinek čiščenja pa je neposredno odvisen od postopka predhodnega vpihovanja z amoniakovim dušikom. Ko se 70 % amoniakovega dušika v odpadni vodi odstrani z vpihovanjem in nato obdela s kloriranjem na prelomni točki, je masna koncentracija amoniakovega dušika v iztoku manjša od 15 mg/L. Zhang Shengli in sodelavci so kot predmet raziskave vzeli simulirano odpadno vodo z amoniakovim dušikom z masno koncentracijo 100 mg/L, rezultati raziskave pa so pokazali, da so glavni in sekundarni dejavniki, ki vplivajo na odstranjevanje amoniakovega dušika z oksidacijo natrijevega hipoklorita, količinsko razmerje med klorom in amoniakovim dušikom, reakcijski čas in pH vrednost.

Metoda kloriranja na prelomni točki ima visoko učinkovitost odstranjevanja dušika, stopnja odstranjevanja lahko doseže 100 %, koncentracija amoniaka v odpadni vodi pa se lahko zmanjša na nič. Učinek je stabilen in nanj ne vpliva temperatura; manjša investicija v opremo, hiter in popoln odziv; Ima učinek sterilizacije in dezinfekcije vodnega telesa. Področje uporabe metode kloriranja na prelomni točki je, da je koncentracija amonijevega dušika v odpadni vodi manjša od 40 mg/L, zato se metoda kloriranja na prelomni točki večinoma uporablja za napredno čiščenje odpadne vode z amonijevim dušikom. Zahteve po varni uporabi in skladiščenju so visoke, stroški čiščenja so visoki, stranski produkti kloramini in klorirane organske snovi pa povzročajo sekundarno onesnaženje.

④katalitska oksidacijska metoda

Katalitična oksidacijska metoda poteka s pomočjo katalizatorja, pri določeni temperaturi in tlaku, z oksidacijo z zrakom, kjer se organske snovi in ​​amonijak v odpadnih vodah oksidirajo in razgradijo v neškodljive snovi, kot so CO2, N2 in H2O, da se doseže namen čiščenja.

Dejavniki, ki vplivajo na učinek katalitične oksidacije, so značilnosti katalizatorja, temperatura, reakcijski čas, pH vrednost, koncentracija amoniaka, tlak, intenzivnost mešanja in tako naprej.

Preučevali so proces razgradnje ozoniranega amonijevega dušika. Rezultati so pokazali, da se pri povečanju pH vrednosti tvori nekakšen HO radikal z močno oksidacijsko sposobnostjo, hitrost oksidacije pa se znatno pospeši. Študije kažejo, da lahko ozon oksidira amonijski dušik v nitrit in nitrit v nitrat. Koncentracija amonijevega dušika v vodi se s časom zmanjšuje, stopnja odstranjevanja amonijevega dušika pa je približno 82 %. CuO-MnO2-CeO2 je bil uporabljen kot kompozitni katalizator za čiščenje odpadne vode z amonijevim dušikom. Eksperimentalni rezultati kažejo, da se je oksidacijska aktivnost novo pripravljenega kompozitnega katalizatorja znatno izboljšala, ustrezni procesni pogoji pa so 255 ℃, 4,2 MPa in pH = 10,8. Pri čiščenju odpadne vode z amonijevim dušikom z začetno koncentracijo 1023 mg/L lahko stopnja odstranjevanja amonijevega dušika doseže 98 % v 150 minutah, kar doseže nacionalni standard za sekundarni izpust (50 mg/L).

Katalitično delovanje fotokatalizatorja TiO2 na zeolitni podlagi je bilo raziskano s preučevanjem hitrosti razgradnje amonijevega dušika v raztopini žveplove kisline. Rezultati kažejo, da je optimalni odmerek fotokatalizatorja TiO2/zeolit ​​1,5 g/L, reakcijski čas pa 4 ure pod ultravijoličnim sevanjem. Stopnja odstranitve amonijevega dušika iz odpadne vode lahko doseže 98,92 %. Preučevali so učinek odstranitve fenolnega in amonijevega dušika pod ultravijolično svetlobo pri pH = 9,0, kar je 7,8 % oziroma 22,5 % več kot pri raztopini amonijevega dušika z visoko vsebnostjo železa ali samem kloridnem dioksidu.

Metoda katalitične oksidacije ima prednosti visoke učinkovitosti čiščenja, preprostega postopka, majhne površine dna itd. in se pogosto uporablja za čiščenje odpadne vode z visoko koncentracijo amoniaka in dušika. Težava pri uporabi je v tem, kako preprečiti izgubo katalizatorja in zaščito opreme pred korozijo.

⑤metoda elektrokemične oksidacije

Metoda elektrokemične oksidacije se nanaša na metodo odstranjevanja onesnaževal iz vode z uporabo elektrooksidacije s katalitično aktivnostjo. Vplivni dejavniki so gostota toka, vhodni pretok, izhodni čas in čas raztopine.

Proučevali smo elektrokemično oksidacijo odpadne vode z amonijakom in dušikom v elektrolitski celici s kroženjem, kjer je pozitivna napetost predstavljala omrežno elektriko Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2, negativna pa omrežno elektriko Ti. Rezultati kažejo, da je pri koncentraciji kloridnih ionov 400 mg/L začetna koncentracija amonijevega dušika 40 mg/L, dotočni pretok 600 ml/min, gostota toka 20 mA/cm in čas elektrolize 90 min hitrost odstranjevanja amonijevega dušika 99,37 %. To kaže, da ima elektrolitska oksidacija odpadne vode z amonijakom in dušikom dobre možnosti za uporabo.

3. Postopek biokemičnega odstranjevanja dušika

①celotna nitrifikacija in denitrifikacija

Celoten proces nitrifikacije in denitrifikacije je vrsta biološke metode, ki se trenutno pogosto uporablja že dolgo časa. Pretvarja amonijski dušik v odpadni vodi v dušik z vrsto reakcij, kot sta nitrifikacija in denitrifikacija, pod delovanjem različnih mikroorganizmov, da se doseže namen čiščenja odpadne vode. Proces nitrifikacije in denitrifikacije za odstranjevanje amonijskega dušika mora potekati v dveh fazah:

Reakcija nitrifikacije: Reakcijo nitrifikacije izvedejo aerobni avtotrofni mikroorganizmi. V aerobnem stanju se anorganski dušik uporablja kot vir dušika za pretvorbo NH4+ v NO2-, ki se nato oksidira v NO3-. Proces nitrifikacije lahko razdelimo na dve stopnji. V drugi stopnji nitrifikacijske bakterije pretvorijo nitrit v nitrat (NO3-), nitrifikacijske bakterije pa nitrit v nitrat (NO3-).

Denitrifikacijska reakcija: Denitrifikacijska reakcija je proces, pri katerem denitrificirajoče bakterije v stanju hipoksije reducirajo nitritni in nitratni dušik v plinasti dušik (N2). Denitrifikacijske bakterije so heterotrofni mikroorganizmi, večina jih spada med amfiktične bakterije. V stanju hipoksije uporabljajo kisik v nitratu kot akceptor elektronov in organsko snov (komponento BPK v odplakah) kot donor elektronov za zagotavljanje energije ter oksidacijo in stabilizacijo.

Celotne aplikacije nitrifikacije in denitrifikacije v inženirstvu vključujejo predvsem AO, A2O, oksidacijski jarek itd., kar je bolj zrela metoda, ki se uporablja v industriji biološkega odstranjevanja dušika.

Celotna metoda nitrifikacije in denitrifikacije ima prednosti stabilnega učinka, enostavnega delovanja, odsotnost sekundarnega onesnaženja in nizke stroške. Ta metoda ima tudi nekaj pomanjkljivosti, kot so dodajanje vira ogljika, ko je razmerje C/N v odpadni vodi nizko, zahteve glede temperature so relativno stroge, učinkovitost je nizka pri nizki temperaturi, površina je velika, potreba po kisiku je velika, nekatere škodljive snovi, kot so ioni težkih kovin, pa imajo pritisk na mikroorganizme, ki jih je treba odstraniti pred izvedbo biološke metode. Poleg tega visoka koncentracija amonijevega dušika v odpadni vodi zaviralni učinek na proces nitrifikacije. Zato je treba pred čiščenjem odpadne vode z visoko koncentracijo amonijevega dušika izvesti predobdelavo, tako da je koncentracija amonijevega dušika v odpadni vodi manjša od 500 mg/L. Tradicionalna biološka metoda je primerna za čiščenje odpadne vode z nizko koncentracijo amonijevega dušika, ki vsebuje organske snovi, kot so gospodinjske odplake, kemične odplake itd.

②Sočasna nitrifikacija in denitrifikacija (SND)

Ko se nitrifikacija in denitrifikacija izvajata skupaj v istem reaktorju, se to imenuje sočasna prebavna denitrifikacija (SND). Raztopljeni kisik v odpadni vodi je omejen s hitrostjo difuzije, kar povzroči gradient raztopljenega kisika v mikrookolju na mikrobni flokuli ali biofilmu, zaradi česar gradient raztopljenega kisika na zunanji površini mikrobne flokule ali biofilma spodbuja rast in razmnoževanje aerobnih nitrifikacijskih bakterij in amonifikacijskih bakterij. Globlje kot je v flokuli ali membrani, nižja je koncentracija raztopljenega kisika, kar povzroči anoksično območje, kjer prevladujejo denitrifikacijske bakterije. Tako nastane sočasni proces prebave in denitrifikacije. Dejavniki, ki vplivajo na sočasno prebavo in denitrifikacijo, so pH vrednost, temperatura, alkalnost, vir organskega ogljika, raztopljeni kisik in starost blata.

V oksidacijskem jarku Carrousel je potekala sočasna nitrifikacija/denitrifikacija, koncentracija raztopljenega kisika med prezračevanim rotorjem v oksidacijskem jarku Carrousel pa se je postopoma zmanjševala, raztopljeni kisik v spodnjem delu oksidacijskega jarka Carrousel pa je bil nižji kot v zgornjem delu. Stopnje nastajanja in porabe nitratnega dušika v obeh delih kanala so skoraj enake, koncentracija amonijevega dušika v kanalu pa je vedno zelo nizka, kar kaže na to, da se reakcije nitrifikacije in denitrifikacije v oksidacijskem kanalu Carrousel odvijajo sočasno.

Študija o čiščenju gospodinjskih odplak kaže, da višji kot je COSCr, bolj popolna je denitrifikacija in boljše je odstranjevanje TN. Vpliv raztopljenega kisika na sočasno nitrifikacijo in denitrifikacijo je velik. Ko je raztopljeni kisik nadzorovan na 0,5~2 mg/L, je učinek odstranjevanja celotnega dušika dober. Hkrati metoda nitrifikacije in denitrifikacije prihrani reaktor, skrajša reakcijski čas, ima nizko porabo energije, prihrani naložbe in enostavno vzdržuje stabilno vrednost pH.

③Kratkotrajna razgradnja in denitrifikacija

V istem reaktorju se z bakterijami, ki oksidirajo amonijak, amonijak v nitrit oksidira v aerobnih pogojih, nato pa se nitrit neposredno denitrificira za proizvodnjo dušika z organsko snovjo ali zunanjim virom ogljika kot donorjem elektronov v pogojih hipoksije. Vplivni dejavniki nitrifikacije in denitrifikacije s kratkim dosegom so temperatura, prosti amonijak, pH vrednost in raztopljeni kisik.

Vpliv temperature na nitrifikacijo komunalnih odplak brez morske vode in komunalnih odplak s 30 % morske vode na kratkem dosegu. Eksperimentalni rezultati kažejo, da: pri komunalnih odplakah brez morske vode zvišanje temperature prispeva k doseganju nitrifikacije na kratkem dosegu. Ko je delež morske vode v komunalnih odplakah 30 %, je nitrifikacija na kratkem dosegu boljša pri srednjih temperaturah. Tehnološka univerza v Delftu je razvila postopek SHARON, pri katerem uporaba visoke temperature (približno 30–4090 °C) spodbuja razmnoževanje nitritnih bakterij, zaradi česar te izgubijo konkurenco, hkrati pa z nadzorom starosti blata odstrani nitritne bakterije in tako doseže nitrifikacijsko reakcijo v nitritni fazi.

Na podlagi razlike v afiniteti kisika med nitritnimi in nitritnimi bakterijami je laboratorij za mikrobno ekologijo v Gentu razvil postopek OLAND za doseganje kopičenja nitritnega dušika z nadzorovanjem raztopljenega kisika za odstranitev nitritov.

Rezultati pilotnega testiranja čiščenja koksne odpadne vode s kratkodometno nitrifikacijo in denitrifikacijo kažejo, da so pri koncentracijah dotoka KPK, amonijevega dušika, TN in fenola 1201,6, 510,4, 540,1 in 110,4 mg/l povprečne koncentracije iztoka KPK, amonijevega dušika, TN in fenola 197,1, 14,2, 181,5 oziroma 0,4 mg/l. Ustrezne stopnje odstranjevanja so bile 83,6 %, 97,2 %, 66,4 % oziroma 99,6 %.

Postopek nitrifikacije in denitrifikacije na kratke razdalje ne gre skozi fazo nitrata, kar prihrani vir ogljika, potreben za biološko odstranjevanje dušika. Ima določene prednosti za odpadno vodo z amoniakovim dušikom z nizkim razmerjem C/N. Nitrifikacija in denitrifikacija na kratke razdalje ima prednosti manjšega blata, kratkega reakcijskega časa in prihranka prostornine reaktorja. Vendar pa nitrifikacija in denitrifikacija na kratke razdalje zahtevata stabilno in trajno kopičenje nitritov, zato je ključnega pomena, kako učinkovito zavirati aktivnost nitrifikacijskih bakterij.

④ Anaerobna oksidacija amoniaka

Anaerobna amoksidacija je proces neposredne oksidacije amonijevega dušika v dušik z avtotrofnimi bakterijami v pogojih hipoksije, pri čemer je dušikov dušik ali dušikov dušik akceptor elektronov.

Proučevali so vplive temperature in pH na biološko aktivnost anammoX-a. Rezultati so pokazali, da je optimalna reakcijska temperatura 30 ℃, pH pa 7,8. Proučevali so izvedljivost anaerobnega reaktorja ammoX za čiščenje odpadne vode z visoko slanostjo in visoko koncentracijo dušika. Rezultati so pokazali, da visoka slanost znatno zavira aktivnost anammoX-a, ta inhibicija pa je bila reverzibilna. Anaerobna aktivnost ammoX-a v neaklimatiziranem blatu je bila pri slanosti 30 g.L-1 (NaCl) za 67,5 % nižja kot v kontrolnem blatu. Aktivnost anammoX-a v aklimatiziranem blatu je bila za 45,1 % nižja kot v kontrolnem blatu. Ko je bilo aklimatizirano blato preneseno iz okolja z visoko slanostjo v okolje z nizko slanostjo (brez slanice), se je anaerobna aktivnost ammoX-a povečala za 43,1 %. Vendar pa je reaktor nagnjen k zmanjšanju delovanja, če dlje časa deluje v okolju z visoko slanostjo.

V primerjavi s tradicionalnim biološkim postopkom je anaerobni ammoX bolj ekonomična tehnologija biološkega odstranjevanja dušika brez dodatnega vira ogljika, z nizko potrebo po kisiku, brez potrebe po reagentih za nevtralizacijo in z manjšo proizvodnjo blata. Slabosti anaerobnega ammoxa so počasna hitrost reakcije, velik volumen reaktorja in neugoden vir ogljika za anaerobni amMOX, kar ima praktičen pomen za reševanje problema odpadne vode z amoniakom in dušikom, ki je slabo biorazgradljiva.

4. postopek ločevanja in odstranjevanja dušika z adsorpcijo

1. Metoda membranskega ločevanja

Metoda membranskega ločevanja uporablja selektivno prepustnost membrane za selektivno ločevanje komponent v tekočini, da se doseže namen odstranjevanja amonijevega dušika. Vključuje reverzno osmozo, nanofiltracijo, deamoniacijsko membrano in elektrodializo. Dejavniki, ki vplivajo na membransko ločevanje, so značilnosti membrane, tlak ali napetost, pH vrednost, temperatura in koncentracija amonijevega dušika.

Glede na kakovost vode iz odpadne vode z amonijevim dušikom, ki jo izpušča talilnica redkih zemelj, je bil izveden poskus reverzne osmoze s simulirano odpadno vodo NH4C1 in NaCl. Ugotovljeno je bilo, da ima reverzna osmoza pod enakimi pogoji višjo stopnjo odstranjevanja NaCl, medtem ko ima NHCl višjo stopnjo proizvodnje vode. Stopnja odstranjevanja NH4C1 po obdelavi z reverzno osmozo je 77,3 %, kar se lahko uporabi za predobdelavo odpadne vode z amonijevim dušikom. Tehnologija reverzne osmoze lahko prihrani energijo, ima dobro toplotno stabilnost, vendar je odporna na klor in onesnaženje slaba.

Za obdelavo izcedne vode z odlagališča je bil uporabljen postopek ločevanja z biokemijsko nanofiltracijsko membrano, tako da je bilo 85 % do 90 % prepustne tekočine izpuščene v skladu s standardom, le 0 % do 15 % koncentrirane tekočine iz odplak in blata pa je bilo vrnjenih v zabojnik za smeti. Ozturki in sodelavci so izcedno vodo z odlagališča Odayeri v Turčiji obdelali z nanofiltracijsko membrano, stopnja odstranjevanja amonijevega dušika pa je bila približno 72 %. Nanofiltracijska membrana zahteva nižji tlak kot membrana za reverzno osmozo in je enostavna za uporabo.

Membranski sistem za odstranjevanje amonijaka se običajno uporablja za čiščenje odpadne vode z visoko vsebnostjo amonijačnega dušika. Amonijev dušik v vodi ima naslednje ravnovesje: NH4- +OH- = NH3+H2O. Med delovanjem odpadna voda, ki vsebuje amonijak, teče skozi lupino membranskega modula, tekočina, ki absorbira kislino, pa skozi cev membranskega modula. Ko se pH odpadne vode poveča ali temperatura dvigne, se ravnovesje premakne v desno in amonijev ion NH4- postane prosti plinasti NH3. V tem času lahko plinasti NH3 vstopi iz faze odpadne vode v lupini v tekočo fazo za absorpcijo kisline v cevi, kjer ga absorbira raztopina kisline in se takoj spremeni v ionski NH4-. pH odpadne vode je treba vzdrževati nad 10, temperaturo pa nad 35 °C (pod 50 °C), tako da se NH4 v fazi odpadne vode nenehno spreminja v NH3 in se premika skozi tekočo fazo za absorpcijo. Posledično se koncentracija amonijačnega dušika v odpadni vodi nenehno zmanjšuje. Tekoča faza absorpcije kisline, ker vsebuje samo kislino in NH4⁻, tvori zelo čisto amonijevo sol, ki po neprekinjenem kroženju doseže določeno koncentracijo, ki jo je mogoče reciklirati. Po eni strani lahko uporaba te tehnologije močno izboljša hitrost odstranjevanja amonijevega dušika v odpadni vodi, po drugi strani pa lahko zmanjša skupne obratovalne stroške sistema za čiščenje odpadne vode.

②metoda elektrodialize

Elektrodializa je metoda odstranjevanja raztopljenih trdnih snovi iz vodnih raztopin z uporabo napetosti med membranskima paroma. Pod vplivom napetosti se amonijevi ioni in drugi ioni v odpadni vodi z amoniakom in dušikom skozi membrano obogatijo v koncentrirani vodi, ki vsebuje amonijak, da se doseže namen odstranjevanja.

Za čiščenje anorganske odpadne vode z visoko koncentracijo amonijevega dušika je bila uporabljena metoda elektrodialize, ki je dosegla dobre rezultate. Pri odpadni vodi z vsebnostjo 2000–3000 mg/l amonijevega dušika je lahko stopnja odstranitve amonijevega dušika večja od 85 %, koncentrirane amoniakove vode pa je mogoče dobiti 8,9 %. Količina porabljene električne energije med delovanjem elektrodialize je sorazmerna s količino amonijevega dušika v odpadni vodi. Čiščenje odpadne vode z elektrodializo ni omejeno z vrednostjo pH, temperaturo in tlakom ter je enostavno za uporabo.

Prednosti membranske ločitve so visok izkoristek amonijevega dušika, enostavno delovanje, stabilen učinek čiščenja in odsotnost sekundarnega onesnaženja. Vendar pa se pri čiščenju odpadne vode z visoko koncentracijo amonijevega dušika, razen deamonijirane membrane, druge membrane zlahka obložijo in zamašijo, regeneracija in povratno izpiranje pa sta pogosta, kar povečuje stroške čiščenja. Zato je ta metoda bolj primerna za predobdelavo ali odpadno vodo z nizko koncentracijo amonijevega dušika.

③ Metoda ionske izmenjave

Metoda ionske izmenjave je metoda za odstranjevanje amonijevega dušika iz odpadne vode z uporabo materialov z močno selektivno adsorpcijo amonijevih ionov. Najpogosteje uporabljeni adsorpcijski materiali so aktivno oglje, zeolit, montmorilonit in izmenjalna smola. Zeolit ​​je vrsta siliko-aluminata s tridimenzionalno prostorsko strukturo, pravilno strukturo por in lukenj, med katerimi ima klinoptilolit močno selektivno adsorpcijsko sposobnost za amonijeve ione in nizko ceno, zato se pogosto uporablja kot adsorpcijski material za odpadne vode z amonijevim dušikom v inženirstvu. Dejavniki, ki vplivajo na učinek čiščenja s klinoptilolitom, vključujejo velikost delcev, koncentracijo vhodnega amonijevega dušika, čas stika, pH vrednost in tako naprej.

Adsorpcijski učinek zeolita na amonijski dušik je očiten, sledi mu ranit, učinek zemlje in keramizita pa je slab. Glavni način odstranjevanja amonijevega dušika iz zeolita je ionska izmenjava, učinek fizikalne adsorpcije pa je zelo majhen. Učinek ionske izmenjave keramita, zemlje in ranita je podoben učinku fizikalne adsorpcije. Adsorpcijska kapaciteta štirih polnil se je z naraščanjem temperature v območju 15–35 ℃ zmanjševala in z naraščanjem pH vrednosti v območju 3–9 povečevala. Adsorpcijsko ravnovesje je bilo doseženo po 6 urah nihanja.

Proučevali so izvedljivost odstranjevanja amonijevega dušika iz izcedne vode z odlagališča z adsorpcijo na zeolit. Eksperimentalni rezultati kažejo, da ima vsak gram zeolita omejen adsorpcijski potencial 15,5 mg amonijevega dušika. Pri velikosti delcev zeolita 30-16 mesh stopnja odstranjevanja amonijevega dušika doseže 78,5 %. Pri enakem času adsorpcije, odmerku in velikosti delcev zeolita velja, da višja kot je koncentracija dotoka amonijevega dušika, višja je stopnja adsorpcije in zeolit ​​kot adsorbent lahko odstrani amonijev dušik iz izcedne vode. Hkrati je poudarjeno, da je stopnja adsorpcije amonijevega dušika na zeolit ​​nizka in da zeolit ​​v praksi težko doseže nasičeno adsorpcijsko kapaciteto.

Preučevali so učinek odstranjevanja dušika, KPK in drugih onesnaževal v simulirani vaški kanalizaciji z biološko zeolitno plastjo. Rezultati kažejo, da je stopnja odstranjevanja amonijevega dušika z biološko zeolitno plastjo več kot 95 %, na odstranjevanje nitratnega dušika pa močno vpliva hidravlični čas zadrževanja.

Metoda ionske izmenjave ima prednosti majhne investicije, preprostega postopka, priročnega delovanja, neobčutljivosti na strupe in temperaturo ter ponovne uporabe zeolita z regeneracijo. Vendar pa je pri čiščenju odpadne vode z visoko koncentracijo amonijevega dušika regeneracija pogosta, kar povzroča nevšečnosti pri delovanju, zato jo je treba kombinirati z drugimi metodami čiščenja amonijevega dušika ali uporabiti za čiščenje odpadne vode z nizko koncentracijo amonijevega dušika.

Proizvajalec in dobavitelj zeolita 4A na debelo | EVERBRIGHT (cnchemist.com)