Kémiai anyag és eljárás ammónia-nitrogén eltávolítására vízből

1. Mi az ammónianitrogén?

Az ammónianitrogén szabad ammónia (vagy nemionos ammónia, NH3) vagy ionos ammónia (NH4+) formájában lévő ammóniára utal. Magasabb pH és nagyobb a szabad ammónia aránya; Ezzel szemben az ammóniumsó aránya magas.

Az ammónia-nitrogén a vízben található tápanyag, amely a víz eutrofizációjához vezethet, és a víz fő oxigénfogyasztó szennyező anyaga, amely mérgező a halakra és egyes vízi élőlényekre.

Az ammónianitrogén fő káros hatása a vízi élőlényekre a szabad ammónia, amelynek toxicitása több tucatszor nagyobb, mint az ammóniumsóé, és a lúgosság növekedésével növekszik. Az ammónianitrogén toxicitása szorosan összefügg a medencevíz pH-értékével és vízhőmérsékletével, általánosságban elmondható, hogy minél magasabb a pH-érték és a vízhőmérséklet, annál erősebb a toxicitás.

Az ammónia meghatározására két gyakran használt közelítő érzékenységű kolorimetriás módszer a klasszikus Nessler-reagens módszer és a fenol-hipoklorit módszer. A titrálást és az elektromos módszereket is gyakran alkalmazzák az ammónia meghatározására; Magas ammónia-nitrogéntartalom esetén a desztillációs titrálási módszer is alkalmazható. (A nemzeti szabványok közé tartozik a Nath-reagens módszer, a szalicilsav-spektrofotometria és a desztillációs-titrálási módszer.)

2. Fizikai és kémiai nitrogén eltávolítási folyamat

① Kémiai kicsapási módszer

A kémiai kicsapási módszer, más néven MAP kicsapási módszer, magnéziumot és foszforsavat vagy hidrogén-foszfátot ad az ammónia-nitrogént tartalmazó szennyvízhez, így a szennyvízben lévő NH4+ reakcióba lép az Mg+ és PO4- ionokkal egy vizes oldatban, ammónium-magnézium-foszfát kicsapódást eredményezve, a molekulaképlete MgNH4P04.6H20, így elérve az ammónia-nitrogén eltávolításának célját. A magnézium-ammónium-foszfát, közismert nevén struvit, komposztként, talajadalékként vagy égésgátlóként használható épületszerkezeti termékekhez. A reakcióegyenlet a következő:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

A kémiai kicsapás kezelési hatását befolyásoló fő tényezők a pH-érték, a hőmérséklet, az ammónia-nitrogén koncentrációja és a mólarány (n(Mg+): n(NH4+): n(P04-)). Az eredmények azt mutatják, hogy 10-es pH-érték és 1,2:1:1,2 magnézium, nitrogén és foszfor mólarány esetén a kezelési hatás jobb.

Magnézium-kloridot és dinátrium-hidrogén-foszfátot kicsapószerként használva az eredmények azt mutatják, hogy a kezelési hatás jobb, ha a pH-érték 9,5, a magnézium, a nitrogén és a foszfor mólaránya pedig 1,2:1:1.

Az eredmények azt mutatják, hogy az MgC12+Na3PO4.12H20 jobb, mint más kicsapószer-kombinációk. 10,0 pH-érték és 30 °C hőmérséklet esetén, n(Mg+): n(NH4+): n(P04-) = 1:1:1 arány mellett az ammónia-nitrogén tömegkoncentrációja a szennyvízben 30 perces keverés után a kezelés előtti 222 mg/l-ről 17 mg/l-re csökken, az eltávolítási arány pedig 92,3%.

A kémiai kicsapási módszert és a folyadékmembrános módszert kombinálták a nagy koncentrációjú ipari ammónia-nitrogén szennyvíz kezelésére. A kicsapási folyamat optimalizálása mellett az ammónia-nitrogén eltávolítási aránya elérte a 98,1%-ot, majd a folyadékfilmes módszerrel történő további kezelés az ammónia-nitrogén koncentrációját 0,005 g/l-re csökkentette, elérve a nemzeti első osztályú kibocsátási szabványt.

Vizsgálták a Mg+-tól eltérő kétértékű fémionok (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) ammónia-nitrogénre gyakorolt ​​​​hatását foszfát hatására. Új CaSO4 kicsapási-MAP kicsapási eljárást javasoltak ammónium-szulfátos szennyvíz kezelésére. Az eredmények azt mutatják, hogy a hagyományos NaOH szabályozó mészre válthat.

A kémiai kicsapási módszer előnye, hogy amikor az ammónia-nitrogén szennyvíz koncentrációja magas, más módszerek alkalmazása korlátozott, mint például a biológiai módszer, a töréspont-klórozási módszer, a membránszeparációs módszer, az ioncserélő módszer stb. Ekkor a kémiai kicsapási módszer alkalmazható előkezelésre. A kémiai kicsapási módszer eltávolítási hatékonysága jobb, és nem korlátozza a hőmérséklet, valamint a működtetése egyszerű. A magnézium-ammónium-foszfátot tartalmazó kicsapott iszap összetett műtrágyaként használható a hulladékhasznosítás megvalósítására, így ellensúlyozva a költségek egy részét; Ha kombinálható néhány foszfát szennyvizet termelő ipari vállalattal és sóoldatot előállító vállalattal, megtakaríthatja a gyógyszerköltségeket és megkönnyítheti a nagymértékű alkalmazást.

A kémiai kicsapási módszer hátránya, hogy az ammónium-magnézium-foszfát oldhatósági szorzatának korlátozottsága miatt, miután az ammónia-nitrogén a szennyvízben elér egy bizonyos koncentrációt, az eltávolítási hatás nem nyilvánvaló, és a ráfordítási költség jelentősen megnő. Ezért a kémiai kicsapási módszert más, fejlett tisztításra alkalmas módszerekkel kombinálva kell alkalmazni. A felhasznált reagens mennyisége nagy, a keletkező iszap nagy, és a kezelési költség magas. A kloridionok és a maradék foszfor bevezetése a vegyszerek adagolása során könnyen másodlagos szennyezést okozhat.

Alumínium-szulfát nagykereskedelmi gyártója és szállítója | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Nagykereskedelmi dinátrium-foszfát gyártó és szállító | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②lefúvásos módszer

Az ammónia-nitrogén fúvásos eltávolításának lényege, hogy a pH-értéket lúgosra állítják be, így a szennyvízben lévő ammóniaion ammóniává alakul, így az főként szabad ammónia formájában van jelen, majd a szabad ammóniát a vivőgázon keresztül kivonják a szennyvízből, így elérik az ammónia-nitrogén eltávolításának célját. A fúvás hatékonyságát befolyásoló fő tényezők a pH-érték, a hőmérséklet, a gáz-folyadék arány, a gáz áramlási sebessége, a kezdeti koncentráció stb. Jelenleg a fúvásos módszert széles körben alkalmazzák a magas ammónia-nitrogén koncentrációjú szennyvíz kezelésében.

Vizsgálták a hulladéklerakó csurgalékvizéből az ammónia-nitrogén lefúvatásos eltávolítását. Megállapították, hogy a lefúvatás hatékonyságát befolyásoló kulcsfontosságú tényezők a hőmérséklet, a gáz-folyadék arány és a pH-érték. Amikor a víz hőmérséklete magasabb, mint 2590, a gáz-folyadék arány körülbelül 3500, a pH pedig körülbelül 10,5, az eltávolítási arány elérheti a 90%-ot is, ha az ammónia-nitrogén koncentrációja eléri a 2000-4000 mg/l-t. Az eredmények azt mutatják, hogy 11,5 pH-érték, 80 cC sztrippelési hőmérséklet és 120 perc sztrippelési idő esetén az ammónia-nitrogén eltávolítási aránya a szennyvízben elérheti a 99,2%-ot.

A nagy koncentrációjú ammónitrogénes szennyvíz lefúvatási hatékonyságát ellenáramú lefúvató torony segítségével végezték. Az eredmények azt mutatták, hogy a lefúvatási hatékonyság a pH-érték növekedésével nőtt. Minél nagyobb a gáz-folyadék arány, annál nagyobb az ammónia sztrippelés tömegátadásának hajtóereje, és a sztrippelés hatékonysága is növekszik.

Az ammónia-nitrogén eltávolítása fúvásos módszerrel hatékony, könnyen kezelhető és könnyen szabályozható. A fúvott ammónia-nitrogén kénsavval abszorberként használható, a keletkezett kénsav pedig műtrágyaként hasznosítható. A fúvásos módszer jelenleg egy gyakran használt technológia a fizikai és kémiai nitrogén eltávolítására. A fúvásos módszernek azonban vannak hátrányai, mint például a gyakori vízkőlerakódás a fúvásos toronyban, az alacsony ammónia-nitrogén eltávolítási hatékonyság alacsony hőmérsékleten, valamint a fúvásos gáz okozta másodlagos szennyezés. A fúvásos módszert általában más ammónia-nitrogénes szennyvízkezelési módszerekkel kombinálják a nagy koncentrációjú ammónia-nitrogénes szennyvíz előkezelésére.

③Töréspont-klórozás

Az ammónia eltávolításának mechanizmusa töréspont-klórozással az, hogy a klórgáz reakcióba lép az ammóniával, ártalmatlan nitrogéngázt termelve, és N2 távozik a légkörbe, aminek következtében a reakcióforrás jobbra folytatódik. A reakcióképlet a következő:

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

Amikor klórgázt vezetnek a szennyvízbe egy bizonyos pontig, a vízben lévő szabad klór tartalma alacsony, az ammónia koncentrációja pedig nulla. Amikor a klórgáz mennyisége áthalad ezen a ponton, a vízben lévő szabad klór mennyisége megnő, ezért ezt a pontot töréspontnak, az ebben az állapotban bekövetkező klórozást pedig töréspont-klórozásnak nevezik.

A töréspont-klórozási módszert a fúrási szennyvíz ammónia-nitrogén befúvás utáni kezelésére használják, és a kezelés hatását közvetlenül befolyásolja az előkezelés során alkalmazott ammónia-nitrogén befúvás. Amikor a szennyvíz ammónia-nitrogénjének 70%-át eltávolítják a fúvásos eljárással, majd töréspont-klórozással kezelik, az ammónia-nitrogén tömegkoncentrációja a szennyvízben kevesebb, mint 15 mg/l. Zhang Shengli és munkatársai 100 mg/l tömegkoncentrációjú szimulált ammónia-nitrogénes szennyvizet vettek kutatási tárgyként, és a kutatási eredmények azt mutatták, hogy a nátrium-hipoklorit oxidációjával történő ammónia-nitrogén eltávolítását befolyásoló fő és másodlagos tényezők a klór és az ammónia-nitrogén mennyiségi aránya, a reakcióidő és a pH-érték voltak.

A töréspont-klórozási módszer magas nitrogéneltávolítási hatékonysággal rendelkezik, az eltávolítási arány elérheti a 100%-ot, és a szennyvíz ammóniakoncentrációja nullára csökkenthető. A hatás stabil és nem befolyásolja a hőmérséklet; Kevés beruházást igényel a berendezésekre, gyors és teljes körű válasz; Sterilizáló és fertőtlenítő hatással van a víztestre. A töréspont-klórozási módszer alkalmazási területe az, hogy az ammónia-nitrogén szennyvíz koncentrációja kevesebb, mint 40 mg/l, így a töréspont-klórozási módszert elsősorban az ammónia-nitrogén szennyvíz korszerű kezelésére használják. A biztonságos használat és tárolás követelményei magasak, a kezelés költségei magasak, és a melléktermékek, a klóraminok és a klórozott szerves anyagok másodlagos szennyezést okoznak.

④katalitikus oxidációs módszer

A katalitikus oxidációs módszer katalizátor hatására, bizonyos hőmérsékleten és nyomáson, levegőn keresztüli oxidáció révén, a szennyvízben lévő szerves anyagok és ammónia oxidálható és lebontható ártalmatlan anyagokká, például CO2-vé, N2-vé és H2O-vá, a tisztítás célja elérése érdekében.

A katalitikus oxidáció hatását befolyásoló tényezők a katalizátor jellemzői, a hőmérséklet, a reakcióidő, a pH-érték, az ammónia-nitrogén koncentrációja, a nyomás, a keverés intenzitása stb.

Az ózonnal kezelt ammónia-nitrogén lebontási folyamatát vizsgálták. Az eredmények azt mutatták, hogy a pH-érték növekedésével egy erős oxidáló képességű HO-gyök keletkezett, és az oxidációs sebesség jelentősen felgyorsult. A tanulmányok kimutatták, hogy az ózon képes az ammónia-nitrogént nitritté, a nitritet pedig nitráttá oxidálni. Az ammónia-nitrogén koncentrációja a vízben az idő múlásával csökken, és az ammónia-nitrogén eltávolítási sebessége körülbelül 82%. A CuO-Mn02-Ce02-t kompozit katalizátorként használták az ammónia-nitrogénes szennyvíz kezelésére. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy az újonnan előállított kompozit katalizátor oxidációs aktivitása jelentősen javult, és a megfelelő folyamatkörülmények a következők: 255 ℃, 4,2 MPa és pH = 10,8. Az ammónia-nitrogénes szennyvíz 1023 mg/l kezdeti koncentrációjú kezelésénél az ammónia-nitrogén eltávolítási sebessége 150 percen belül elérheti a 98%-ot, elérve a nemzeti másodlagos (50 mg/l) kibocsátási szabványt.

A zeolittal hordozós TiO2 fotokatalizátor katalitikus teljesítményét az ammónia-nitrogén kénsavas oldatban történő lebomlási sebességének tanulmányozásával vizsgálták. Az eredmények azt mutatják, hogy a Ti02/zeolit ​​fotokatalizátor optimális dózisa 1,5 g/l, a reakcióidő pedig 4 óra ultraibolya besugárzás alatt. Az ammónia-nitrogén szennyvízből történő eltávolítási sebessége elérheti a 98,92%-ot. Vizsgálták a magas vastartalmú és a nano-cin-dioxid fenol- és ammónia-nitrogénre gyakorolt ​​​​hatását ultraibolya fény alatt. Az eredmények azt mutatják, hogy az ammónia-nitrogén eltávolítási sebessége 97,5%, ha az 50 mg/l koncentrációjú ammónia-nitrogén oldathoz pH=9,0-t alkalmaznak, ami 7,8%, illetve 22,5%-kal magasabb, mint a magas vastartalmú vagy a cin-dioxid önmagában történő eltávolítása.

A katalitikus oxidációs módszer előnyei közé tartozik a magas tisztítási hatékonyság, az egyszerű eljárás, a kis alsó terület stb., és gyakran használják nagy koncentrációjú ammónia-nitrogén szennyvíz kezelésére. Az alkalmazás nehézsége a katalizátorveszteség megakadályozása és a berendezések korrózióvédelme.

5. Elektrokémiai oxidációs módszer

Az elektrokémiai oxidációs módszer a vízben lévő szennyező anyagok katalitikus aktivitású elektrooxidációval történő eltávolítására szolgáló módszer. A befolyásoló tényezők az áramsűrűség, a belépő áramlási sebesség, a kilépési idő és a pontoldási idő.

Az ammónia-nitrogén szennyvíz elektrokémiai oxidációját keringtető áramlású elektrolizáló cellában vizsgálták, ahol a pozitív pólus a Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 hálózati elektromosság, a negatív pólus pedig a Ti hálózati elektromosság. Az eredmények azt mutatják, hogy 400 mg/l kloridion-koncentráció, 40 mg/l kezdeti ammónia-nitrogénkoncentráció, 600 ml/perc beáramló áramlási sebesség, 20 mA/cm² áramsűrűség és 90 perc elektrolízisidő esetén az ammónia-nitrogén eltávolítási sebessége 99,37%. Ez azt mutatja, hogy az ammónia-nitrogén szennyvíz elektrolitikus oxidációja jó alkalmazási lehetőségekkel rendelkezik.

3. Biokémiai nitrogéneltávolítási folyamat

①a teljes nitrifikáció és denitrifikáció

A teljes folyamatú nitrifikáció és denitrifikáció egyfajta biológiai módszer, amelyet már régóta széles körben alkalmaznak. A szennyvízben lévő ammónia-nitrogént nitrogénné alakítja egy sor reakció, például nitrifikáció és denitrifikáció révén, különféle mikroorganizmusok hatására, a szennyvíztisztítás céljainak elérése érdekében. Az ammónia-nitrogén eltávolítására irányuló nitrifikáció és denitrifikáció folyamata két szakaszon megy keresztül:

Nitrifikációs reakció: A nitrifikációs reakciót aerob autotróf mikroorganizmusok fejezik be. Aerob állapotban a szervetlen nitrogén nitrogénforrásként az NH4+-t NO2--vá alakítja, majd NO3--vá oxidálja. A nitrifikációs folyamat két szakaszra osztható. A második szakaszban a nitrit nitráttá (NO3-) alakul a nitrifikáló baktériumok hatására, majd a nitrit nitráttá (NO3-) alakul a nitrifikáló baktériumok hatására.

Denitrifikációs reakció: A denitrifikációs reakció az a folyamat, amelynek során a denitrifikáló baktériumok hipoxia állapotában a nitrit-nitrogént és a nitrát-nitrogént gáz halmazállapotú nitrogénné (N2) redukálják. A denitrifikáló baktériumok heterotróf mikroorganizmusok, amelyek többsége az amfitikus baktériumok közé tartozik. Hipoxia állapotában a nitrátban található oxigént elektron akceptorként, a szerves anyagot (a szennyvíz BOI komponense) pedig elektron donorként használják energia előállítására, valamint oxidációra és stabilizációra.

A nitrifikáció és denitrifikáció teljes folyamatának mérnöki alkalmazásai főként az AO, A2O, oxidációs árok stb. alkalmazását foglalják magukban, amely egy érettebb módszer a biológiai nitrogéneltávolítási iparban.

A teljes nitrifikációs és denitrifikációs módszer előnyei közé tartozik a stabil hatás, az egyszerű működés, a másodlagos szennyezés hiánya és az alacsony költség. Ennek a módszernek vannak hátrányai is, például a szénforrást alacsony C/N arány esetén kell hozzáadni a szennyvízhez, a hőmérsékleti követelmény viszonylag szigorú, alacsony hőmérsékleten alacsony a hatásfok, nagy a terület, nagy az oxigénigény, és egyes káros anyagok, például a nehézfém-ionok nyomó hatással vannak a mikroorganizmusokra, amelyeket a biológiai módszer alkalmazása előtt el kell távolítani. Ezenkívül a szennyvízben lévő magas ammónia-nitrogén-koncentráció is gátló hatással van a nitrifikációs folyamatra. Ezért a nagy koncentrációjú ammónia-nitrogénes szennyvíz kezelése előtt előkezelést kell végezni, hogy az ammónia-nitrogénes szennyvíz koncentrációja kevesebb legyen, mint 500 mg/l. A hagyományos biológiai módszer alkalmas alacsony koncentrációjú, szerves anyagot tartalmazó ammónia-nitrogénes szennyvíz, például háztartási szennyvíz, vegyipari szennyvíz stb. kezelésére.

②Egyidejű nitrifikáció és denitrifikáció (SND)

Amikor a nitrifikációt és a denitrifikációt ugyanabban a reaktorban együttesen végzik, azt szimultán emésztési denitrifikációnak (SND) nevezik. A szennyvízben oldott oxigén mennyiségét a diffúziós sebesség korlátozza, így oldott oxigén gradiens jön létre a mikrobiális flokkul vagy biofilm mikrokörnyezetében, ami a mikrobiális flokkul vagy biofilm külső felületén lévő oldott oxigén gradienst kedvez az aerob nitrifikáló baktériumok és az ammóniát képző baktériumok növekedésének és szaporodásának. Minél mélyebbre kerül a flokkul vagy a membrán, annál alacsonyabb az oldott oxigén koncentrációja, ami anoxikus zónát eredményez, ahol a denitrifikáló baktériumok dominálnak. Így szimultán emésztési és denitrifikációs folyamat alakul ki. Az szimultán emésztést és denitrifikációt befolyásoló tényezők a pH-érték, a hőmérséklet, a lúgosság, a szerves szénforrás, az oldott oxigén és az iszap kora.

A Carrousel oxidációs árokban egyidejű nitrifikáció/denitrifikáció zajlott, és az oldott oxigén koncentrációja a Carrousel oxidációs árokban lévő levegőztetett járókerék között fokozatosan csökkent, és az oldott oxigén koncentrációja a Carrousel oxidációs árok alsó részében alacsonyabb volt, mint a felső részben. A nitrát-nitrogén képződési és fogyasztási sebessége a csatorna mindkét részében közel azonos, és az ammónia-nitrogén koncentrációja a csatornában mindig nagyon alacsony, ami arra utal, hogy a nitrifikációs és denitrifikációs reakciók egyidejűleg zajlanak le a Carrousel oxidációs csatornában.

A háztartási szennyvízkezeléssel kapcsolatos tanulmány kimutatta, hogy minél magasabb a KOICr érték, annál teljesebb a denitrifikáció és annál jobb a TN eltávolítása. Az oldott oxigén hatása a nitrifikációra és a denitrifikációra egyaránt nagy. Ha az oldott oxigén szintjét 0,5~2 mg/l-re szabályozzák, a teljes nitrogén eltávolításának hatása jó. Ugyanakkor a nitrifikációs és denitrifikációs módszer kíméli a reaktort, lerövidíti a reakcióidőt, alacsony energiafogyasztással jár, beruházást takarít meg, és könnyen stabilizálja a pH-értéket.

③Rövid távú lebontás és denitrifikáció

Ugyanebben a reaktorban ammóniát oxidáló baktériumokat használnak az ammónia nitritté oxidálására aerob körülmények között, majd a nitritet közvetlenül denitrifikálják, így szerves anyaggal vagy külső szénforrással, mint elektrondonorral hipoxiás körülmények között nitrogént állítanak elő. A rövid távú nitrifikáció és denitrifikáció befolyásoló tényezői a hőmérséklet, a szabad ammónia, a pH-érték és az oldott oxigén.

A hőmérséklet hatása a tengervíz nélküli és a 30%-os tengervíztartalmú települési szennyvíz rövid távú nitrifikációjára. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a tengervíz nélküli települési szennyvíz esetében a hőmérséklet emelése elősegíti a rövid távú nitrifikáció elérését. Amikor a tengervíz aránya a lakossági szennyvízben 30%, a rövid távú nitrifikáció közepes hőmérsékleti körülmények között jobban elérhető. A Delfti Műszaki Egyetem fejlesztette ki a SHARON eljárást, amelyben a magas hőmérséklet (kb. 30-40-90 °C) használata elősegíti a nitritbaktériumok elszaporodását, így a nitritbaktériumok elveszítik a versenyt, miközben az iszap korának szabályozásával a nitritbaktériumok eltávolíthatók, így a nitrifikációs reakció a nitrit fázisban zajlik.

A nitritbaktériumok és a nitritbaktériumok közötti oxigénaffinitásbeli különbség alapján a Genti Mikrobiális Ökológiai Laboratórium kifejlesztette az OLAND eljárást, amely a nitrit-nitrogén felhalmozódását az oldott oxigén szabályozásával éri el a nitritbaktériumok elpusztítása érdekében.

A kokszolási szennyvíz rövid távú nitrifikációval és denitrifikációval történő kezelésének kísérleti eredményei azt mutatják, hogy amikor a beáramló KOI, ammónia-nitrogén, triglicerid és fenol koncentrációja 1201,6, 510,4, 540,1 és 110,4 mg/l, akkor az átlagos elfolyó KOI, ammónia-nitrogén, triglicerid és fenol koncentrációja rendre 197,1, 14,2, 181,5 és 0,4 mg/l. A megfelelő eltávolítási arányok 83,6%, 97,2%, 66,4% és 99,6% voltak.

A rövid hatótávolságú nitrifikáció és denitrifikáció folyamata nem megy keresztül a nitrát fázison, így megtakarítható a biológiai nitrogén eltávolításához szükséges szénforrás. Bizonyos előnyökkel jár az alacsony C/N arányú ammónianitrogénes szennyvíz esetén. A rövid hatótávolságú nitrifikáció és denitrifikáció előnyei közé tartozik a kevesebb iszap, a rövid reakcióidő és a reaktortérfogat megtakarítása. A rövid hatótávolságú nitrifikáció és denitrifikáció azonban stabil és tartós nitritfelhalmozódást igényel, így a nitrifikáló baktériumok aktivitásának hatékony gátlása kulcsfontosságúvá válik.

④ Anaerob ammóniaoxidáció

Az anaerob ammoxidáció az ammónia-nitrogén közvetlen oxidációja nitrogénné autotróf baktériumok által hipoxia körülmények között, nitrózus-nitrogén vagy nitrózus-nitrogén elektron-akceptorral.

Tanulmányozták a hőmérséklet és a pH hatását az anammoX biológiai aktivitására. Az eredmények azt mutatták, hogy az optimális reakcióhőmérséklet 30 ℃, a pH-érték pedig 7,8 volt. Vizsgálták az anaerob ammoX reaktor megvalósíthatóságát magas sótartalmú és nagy koncentrációjú nitrogénes szennyvíz kezelésére. Az eredmények azt mutatták, hogy a magas sótartalom jelentősen gátolta az anammoX aktivitását, és ez a gátlás reverzibilis volt. A nem akklimatizált iszap anaerob ammox aktivitása 67,5%-kal alacsonyabb volt, mint a kontroll iszapé 30 g.L-1 (NaC1) sótartalom mellett. Az akklimatizált iszap anammoX aktivitása 45,1%-kal alacsonyabb volt, mint a kontrollé. Amikor az akklimatizált iszapot magas sótartalmú környezetből alacsony sótartalmú környezetbe (sóoldat nélkül) helyezték át, az anaerob ammoX aktivitás 43,1%-kal nőtt. A reaktor azonban hajlamos a működés romlására, ha hosszú ideig magas sótartalmú környezetben működik.

A hagyományos biológiai eljárással összehasonlítva az anaerob ammoX egy gazdaságosabb biológiai nitrogéneltávolítási technológia, amely nem igényel további szénforrást, alacsony oxigénigényű, nincs szükség semlegesítő reagensekre, és kevesebb iszap keletkezik. Az anaerob ammox hátrányai a lassú reakciósebesség, a nagy reaktortérfogat, és a szénforrás kedvezőtlen az anaerob amMOX számára, aminek gyakorlati jelentősége van a rosszul lebontható ammónia-nitrogén szennyvíz oldásában.

4. elválasztási és adszorpciós nitrogén eltávolítási folyamat

① membrános elválasztási módszer

A membrános elválasztási módszer a membrán szelektív permeabilitásának kihasználásával szelektíven választja szét a folyadékban lévő komponenseket, így elérve az ammónia-nitrogén eltávolításának célját. Ide tartozik a fordított ozmózis, a nanofiltráció, a deammonializátoros membrán és az elektrodialízis. A membrános elválasztást befolyásoló tényezők a membrán jellemzői, a nyomás vagy feszültség, a pH-érték, a hőmérséklet és az ammónia-nitrogén koncentrációja.

A ritkaföldfém-olvasztó által kibocsátott ammónia-nitrogén szennyvíz vízminősége alapján fordított ozmózisos kísérletet végeztek NH4C1-gyel és NaCI-vel szimulált szennyvízzel. Megállapították, hogy azonos körülmények között a fordított ozmózis nagyobb NaCI eltávolítási arányt eredményez, míg az NHCl víztermelési aránya magasabb. Az NH4C1 eltávolítási aránya 77,3% a fordított ozmózisos kezelés után, amely az ammónia-nitrogén szennyvíz előkezeléseként alkalmazható. A fordított ozmózis technológia energiát takaríthat meg, jó hőstabilitással rendelkezik, de klórállóságú és szennyezéssel szembeni ellenállása gyenge.

A hulladéklerakó csurgalékvizét biokémiai nanofiltrációs membránszeparációs eljárással kezelték, így az áteresztő folyadék 85%~90%-a a szabványnak megfelelően távozott, és a koncentrált szennyvízfolyadéknak és iszapnak csak 0%~15%-a került vissza a szeméttárolóba. Ozturki és munkatársai a törökországi Odayeri hulladéklerakó csurgalékvizét nanofiltrációs membránnal kezelték, és az ammónia-nitrogén eltávolítási aránya körülbelül 72% volt. A nanofiltrációs membrán alacsonyabb nyomást igényel, mint a fordított ozmózis membrán, és könnyen kezelhető.

Az ammóniaeltávolító membránrendszert általában magas ammónianitrogén-tartalmú szennyvíz kezelésére használják. A vízben lévő ammónianitrogén egyensúlya a következő: NH4- +OH- = NH3+H2O. Működés közben az ammóniatartalmú szennyvíz a membránmodul héjában áramlik, a savanyító folyadék pedig a membránmodul csövében. Amikor a szennyvíz pH-értéke növekszik vagy a hőmérséklete emelkedik, az egyensúly jobbra tolódik, és az NH4- ammóniumion szabad gáz halmazállapotú NH3-má alakul. Ekkor a gáz halmazállapotú NH3 a héjban lévő szennyvízfázisból az üreges szál felületén lévő mikropórusokon keresztül bejuthat a csőben lévő savanyító folyadékfázisba, amelyet a savas oldat elnyel, és azonnal ionos NH4--vá alakul. A szennyvíz pH-értékét 10 felett, a hőmérsékletet pedig 35 °C felett (50 °C alatt) kell tartani, így a szennyvízfázisban lévő NH4 folyamatosan NH3-má alakul az abszorpciós folyadékfázis migrációja során. Ennek eredményeként a szennyvízoldalon az ammónianitrogén koncentrációja folyamatosan csökken. A savas abszorpciós folyékony fázis, mivel csak sav és NH4- van benne, nagyon tiszta ammóniumsót képez, és folyamatos keringetés után elér egy bizonyos koncentrációt, amely újrahasznosítható. Egyrészt ennek a technológiának az alkalmazása nagymértékben javíthatja a szennyvíz ammónia-nitrogénjének eltávolítási sebességét, másrészt csökkentheti a szennyvíztisztító rendszer teljes üzemeltetési költségét.

②elektrodialízis módszer

Az elektrodialízis egy olyan módszer, amelynek során oldott szilárd anyagokat távolítanak el vizes oldatokból a membránpárok között feszültség alkalmazásával. Feszültség hatására az ammónia-nitrogén szennyvízben lévő ammóniaionok és más ionok a membránon keresztül feldúsulnak az ammóniát tartalmazó tömény vízben, így elérik az eltávolítás célját.

Az elektrodialízis módszert alkalmazták nagy koncentrációjú ammónia-nitrogént tartalmazó szervetlen szennyvíz kezelésére, és jó eredményeket értek el. 2000-3000 mg/l ammónia-nitrogén tartalmú szennyvíz esetén az ammónia-nitrogén eltávolítási aránya meghaladhatja a 85%-ot, és a tömény ammóniás víz 8,9%-a nyerhető. Az elektrodialízis során felhasznált villamos energia mennyisége arányos a szennyvízben lévő ammónia-nitrogén mennyiségével. A szennyvíz elektrodialízises kezelését nem korlátozza a pH-érték, a hőmérséklet és a nyomás, és könnyen kezelhető.

A membrános elválasztás előnyei az ammónia-nitrogén magas kinyerési aránya, az egyszerű működés, a stabil kezelési hatás és a másodlagos szennyezés hiánya. A nagy koncentrációjú ammónia-nitrogén szennyvíz kezelésekor azonban a deammonizált membránon kívül más membránok könnyen lerakódnak és eltömődnek, a regeneráció és a visszamosás pedig gyakori, ami növeli a kezelési költségeket. Ezért ez a módszer alkalmasabb előkezelésre vagy alacsony koncentrációjú ammónia-nitrogén szennyvíz esetén.

③ Ioncserélő módszer

Az ioncserélő módszer egy olyan módszer, amellyel az ammónia-nitrogént eltávolítják a szennyvízből olyan anyagok segítségével, amelyek erős szelektív adszorpcióval rendelkeznek az ammóniaionok számára. A leggyakrabban használt adszorpciós anyagok az aktív szén, a zeolit, a montmorillonit és a cserélő gyanta. A zeolit ​​egyfajta szilícium-aluminát, háromdimenziós térbeli szerkezettel, szabályos pórusszerkezettel és lyukakkal, amelyek közül a klinoptilolit erős szelektív adszorpciós kapacitással rendelkezik az ammóniaionok számára, és alacsony áron kapható, ezért gyakran használják adszorpciós anyagként az ammónia-nitrogén szennyvízhez a mérnöki tudományokban. A klinoptilolit kezelési hatását befolyásoló tényezők közé tartozik a részecskeméret, a beáramló ammónia-nitrogén koncentrációja, az érintkezési idő, a pH-érték stb.

A zeolit ​​adszorpciós hatása az ammónia-nitrogénre nyilvánvaló, ezt követi a ranité, míg a talaj és a ceramizit hatása gyenge. Az ammónia-nitrogén zeolitból történő eltávolításának fő módja az ioncsere, és a fizikai adszorpciós hatás nagyon kicsi. A ceramit, a talaj és a ranit ioncserélő hatása hasonló a fizikai adszorpciós hatáshoz. A négy töltőanyag adszorpciós kapacitása a hőmérséklet 15-35 ℃ közötti növekedésével csökkent, és a pH-érték 3-9 közötti növekedésével nőtt. Az adszorpciós egyensúly 6 órás oszcilláció után alakult ki.

Vizsgálták az ammónia-nitrogén zeolit ​​adszorpcióval történő eltávolításának megvalósíthatóságát a hulladéklerakó csurgalékvizéből. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy minden gramm zeolit ​​korlátozott adszorpciós potenciállal rendelkezik, amely 15,5 mg ammónia-nitrogén. Ha a zeolit ​​részecskemérete 30-16 mesh, az ammónia-nitrogén eltávolítási sebessége eléri a 78,5%-ot. Ugyanezen adszorpciós idő, adagolás és zeolit ​​részecskeméret mellett minél nagyobb a beáramló ammónia-nitrogén koncentrációja, annál nagyobb az adszorpciós sebesség, és a zeolit, mint adszorbens, képes eltávolítani az ammónia-nitrogént a csurgalékvizből. Ugyanakkor rámutatnak arra, hogy az ammónia-nitrogén zeolit ​​általi adszorpciós sebessége alacsony, és a zeolitnak a gyakorlati működés során nehéz elérni a telítési adszorpciós kapacitást.

A biológiai zeolitágy nitrogén-, KOI- és egyéb szennyezőanyag-eltávolító hatását vizsgálták szimulált falusi szennyvízben. Az eredmények azt mutatják, hogy az ammónia-nitrogén eltávolítási aránya a biológiai zeolitágy esetében meghaladja a 95%-ot, a nitrát-nitrogén eltávolítását pedig nagymértékben befolyásolja a hidraulikus tartózkodási idő.

Az ioncserélő módszer előnyei közé tartozik a kis beruházási költség, az egyszerű eljárás, a kényelmes kezelhetőség, a méreg- és hőmérséklet-érzékenység, valamint a zeolit ​​regenerálással történő újrafelhasználhatósága. A nagy koncentrációjú ammónia-nitrogénes szennyvíz kezelésekor azonban a regenerálás gyakori, ami kényelmetlenséget okoz a működésben, ezért más ammónia-nitrogénes kezelési módszerekkel kell kombinálni, vagy alacsony koncentrációjú ammónia-nitrogénes szennyvíz kezelésére kell használni.

Nagykereskedelmi 4A zeolit ​​gyártó és szállító | EVERBRIGHT (cnchemist.com)