Ķīmiskā viela un process amonjaka slāpekļa atdalīšanai no ūdens

1. Kas ir amonija slāpeklis?

Amonjaka slāpeklis attiecas uz amonjaku brīvā amonjaka (vai nejonu amonjaka, NH3) vai jonu amonjaka (NH4+) veidā. Augstāks pH līmenis un lielāka brīvā amonjaka proporcija; turpretī amonija sāls proporcija ir augsta.

Amonjaka slāpeklis ir ūdenī esoša barības viela, kas var izraisīt ūdens eitrofikāciju, un ir galvenais skābekli patērējošais piesārņotājs ūdenī, kas ir toksisks zivīm un dažiem ūdens organismiem.

Amonjaka slāpekļa galvenā kaitīgā ietekme uz ūdens organismiem ir brīvais amonjaks, kura toksicitāte ir desmitiem reižu lielāka nekā amonija sāls toksicitāte un palielinās, palielinoties sārmainībai. Amonjaka slāpekļa toksicitāte ir cieši saistīta ar baseina ūdens pH vērtību un ūdens temperatūru, kopumā, jo augstāka ir pH vērtība un ūdens temperatūra, jo spēcīgāka ir toksicitāte.

Divas aptuvenas jutības kolorimetriskās metodes, ko parasti izmanto amonjaka noteikšanai, ir klasiskā Neslera reaģenta metode un fenola-hipohlorīta metode. Amonjaka noteikšanai parasti izmanto arī titrēšanu un elektriskās metodes; Ja amonjaka slāpekļa saturs ir augsts, var izmantot arī destilācijas titrēšanas metodi. (Valsts standarti ietver Nata reaģenta metodi, salicilskābes spektrofotometriju, destilācijas-titrēšanas metodi.)

2. Fizikālā un ķīmiskā slāpekļa atdalīšanas process

① Ķīmiskās nogulsnēšanas metode

Ķīmiskās nogulsnēšanas metode, kas pazīstama arī kā MAP nogulsnēšanas metode, ir magnija un fosforskābes vai hidrogēnfosfāta pievienošana notekūdeņiem, kas satur amonija slāpekli, lai notekūdeņos esošais NH4+ reaģētu ar Mg+ un PO4- ūdens šķīdumā, veidojot amonija magnija fosfāta nogulsnes, molekulārā formula ir MgNH4P04.6H20, lai sasniegtu amonija slāpekļa noņemšanas mērķi. Magnija amonija fosfātu, kas pazīstams kā struvīts, var izmantot kā kompostu, augsnes piedevu vai antipirēnu būvkonstrukciju izstrādājumiem. Reakcijas vienādojums ir šāds:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Galvenie faktori, kas ietekmē ķīmiskās nogulsnēšanas apstrādes efektu, ir pH vērtība, temperatūra, amonjaka slāpekļa koncentrācija un molārā attiecība (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Rezultāti liecina, ka, ja pH vērtība ir 10 un magnija, slāpekļa un fosfora molārā attiecība ir 1,2:1:1,2, apstrādes efekts ir labāks.

Izmantojot magnija hlorīdu un dinātrija hidrogēnfosfātu kā nogulsnētājus, rezultāti liecina, ka apstrādes efekts ir labāks, ja pH vērtība ir 9,5 un magnija, slāpekļa un fosfora molārā attiecība ir 1,2:1:1.

Rezultāti liecina, ka MgC12+Na3PO4.12H20 ir pārāka par citām nogulsnēšanas līdzekļu kombinācijām. Kad pH vērtība ir 10,0, temperatūra ir 30 ℃, n(Mg+):n(NH4+):n(P04-)=1:1:1, amonija slāpekļa masas koncentrācija notekūdeņos pēc 30 minūšu maisīšanas samazinās no 222 mg/l pirms attīrīšanas līdz 17 mg/l, un atdalīšanas ātrums ir 92,3%.

Augstas koncentrācijas rūpniecisko amonjaka slāpekļa notekūdeņu attīrīšanai tika apvienota ķīmiskās nogulsnēšanas metode un šķidrās membrānas metode. Optimizējot nogulsnēšanas procesu, amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums sasniedza 98,1%, un pēc tam turpmāka apstrāde ar šķidrās plēves metodi samazināja amonjaka slāpekļa koncentrāciju līdz 0,005 g/l, sasniedzot valsts pirmās klases emisijas standartu.

Tika pētīta divvērtīgo metālu jonu (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+), izņemot Mg+, atdalīšanas ietekme uz amonija slāpekli fosfāta iedarbībā. Amonija sulfāta notekūdeņiem tika piedāvāts jauns CaSO4 nogulsnēšanas-MAP nogulsnēšanas process. Rezultāti liecina, ka tradicionālo NaOH regulatoru var aizstāt ar kaļķi.

Ķīmiskās nogulsnēšanas metodes priekšrocība ir tāda, ka, ja amonjaka slāpekļa koncentrācija notekūdeņos ir augsta, citu metožu, piemēram, bioloģiskās metodes, lūzuma punkta hlorēšanas metodes, membrānas atdalīšanas metodes, jonu apmaiņas metodes utt., pielietošana ir ierobežota. Šajā laikā ķīmiskās nogulsnēšanas metodi var izmantot pirmapstrādei. Ķīmiskās nogulsnēšanas metodes attīrīšanas efektivitāte ir labāka, to neierobežo temperatūra, un darbība ir vienkārša. Nogulsnētās dūņas, kas satur magnija amonija fosfātu, var izmantot kā kombinētu mēslojumu atkritumu utilizācijai, tādējādi kompensējot daļu no izmaksām; Ja to var apvienot ar dažiem rūpniecības uzņēmumiem, kas ražo fosfātu notekūdeņus, un uzņēmumiem, kas ražo sālsūdeni, tas var ietaupīt farmācijas izmaksas un atvieglot plaša mēroga pielietošanu.

Ķīmiskās nogulsnēšanas metodes trūkums ir tāds, ka amonija magnija fosfāta šķīdības produkta ierobežojuma dēļ pēc tam, kad amonija slāpeklis notekūdeņos sasniedz noteiktu koncentrāciju, attīrīšanas efekts nav acīmredzams un ievades izmaksas ievērojami palielinās. Tāpēc ķīmiskās nogulsnēšanas metode jāizmanto kombinācijā ar citām metodēm, kas piemērotas progresīvai attīrīšanai. Izmantotā reaģenta daudzums ir liels, saražotās dūņas ir lielas, un attīrīšanas izmaksas ir augstas. Hlorīda jonu un atlikušā fosfora ievadīšana ķīmisko vielu dozēšanas laikā var viegli izraisīt sekundāru piesārņojumu.

Alumīnija sulfāta vairumtirdzniecības ražotājs un piegādātājs | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Dibāziskā nātrija fosfāta vairumtirdzniecības ražotājs un piegādātājs | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②izpūšanas metode

Amonjaka slāpekļa atdalīšana ar pūšanas metodi ir pH vērtības regulēšana uz sārmainu, lai amonjaka jons notekūdeņos tiktu pārvērsts par amonjaku, lai tas galvenokārt pastāvētu brīvā amonjaka veidā, un pēc tam brīvais amonjaks tiek izvadīts no notekūdeņiem ar nesējgāzi, lai sasniegtu amonjaka slāpekļa atdalīšanas mērķi. Galvenie faktori, kas ietekmē pūšanas efektivitāti, ir pH vērtība, temperatūra, gāzes un šķidruma attiecība, gāzes plūsmas ātrums, sākotnējā koncentrācija utt. Pašlaik pūšanas metode tiek plaši izmantota notekūdeņu attīrīšanā ar augstu amonjaka slāpekļa koncentrāciju.

Tika pētīta amonjaka slāpekļa atdalīšana no poligona filtrāta ar izpūšanas metodi. Tika konstatēts, ka galvenie faktori, kas kontrolē izpūšanas efektivitāti, ir temperatūra, gāzes un šķidruma attiecība un pH vērtība. Kad ūdens temperatūra ir augstāka par 2590, gāzes un šķidruma attiecība ir aptuveni 3500 un pH ir aptuveni 10,5, izpūšanas ātrums var sasniegt vairāk nekā 90% poligona filtrātam, amonjaka slāpekļa koncentrācijai sasniedzot pat 2000–4000 mg/l. Rezultāti liecina, ka, ja pH = 11,5, izpūšanas temperatūra ir 80 cC un izpūšanas laiks ir 120 minūtes, amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums notekūdeņos var sasniegt 99,2%.

Augstas koncentrācijas amonjaka slāpekļa notekūdeņu aizpūšanas efektivitāti veica, izmantojot pretplūsmas aizpūšanas torni. Rezultāti parādīja, ka aizpūšanas efektivitāte palielinājās, palielinoties pH vērtībai. Jo lielāka ir gāzes un šķidruma attiecība, jo lielāks ir amonjaka atdalīšanas masas pārneses virzītājspēks, un arī atdalīšanas efektivitāte palielinājās.

Amonjaka slāpekļa atdalīšana ar pūšanas metodi ir efektīva, viegli lietojama un viegli kontrolējama. Pūsto amonjaka slāpekli var izmantot kā absorbētāju kopā ar sērskābi, un iegūto sērskābes naudu var izmantot kā mēslojumu. Pūšanas metode pašlaik ir plaši izmantota tehnoloģija fizikālai un ķīmiskai slāpekļa atdalīšanai. Tomēr pūšanas metodei ir daži trūkumi, piemēram, bieža kaļķakmens veidošanās pūšanas tornī, zema amonjaka slāpekļa atdalīšanas efektivitāte zemā temperatūrā un sekundārais piesārņojums, ko rada pūšanas gāze. Pūšanas metode parasti tiek kombinēta ar citām amonjaka slāpekļa notekūdeņu attīrīšanas metodēm, lai iepriekš attīrītu augstas koncentrācijas amonjaka slāpekļa notekūdeņus.

③Lūzuma punkta hlorēšana

Amonjaka atdalīšanas mehānisms ar lūzuma punkta hlorēšanu ir tāds, ka hlora gāze reaģē ar amonjaku, veidojot nekaitīgu slāpekļa gāzi, un N2 izplūst atmosfērā, liekot reakcijas avotam turpināties pa labi. Reakcijas formula ir:

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

Kad hlora gāze nonāk notekūdeņos līdz noteiktam punktam, brīvā hlora saturs ūdenī ir zems, un amonjaka koncentrācija ir nulle. Kad hlora gāzes daudzums pārsniedz šo punktu, brīvā hlora daudzums ūdenī palielinās, tāpēc šo punktu sauc par lūzuma punktu, un hlorēšanu šajā stāvoklī sauc par lūzuma punkta hlorēšanu.

Lūzuma punkta hlorēšanas metode tiek izmantota urbšanas notekūdeņu attīrīšanai pēc amonjaka slāpekļa pūšanas, un attīrīšanas efektu tieši ietekmē amonjaka slāpekļa pūšanas process pirms attīrīšanas. Kad 70% amonjaka slāpekļa no notekūdeņiem tiek atdalīti ar pūšanas procesu un pēc tam apstrādāti ar lūzuma punkta hlorēšanu, amonjaka slāpekļa masas koncentrācija notekūdeņos ir mazāka par 15 mg/l. Džans Šengli un līdzautori par pētījuma objektu izvēlējās simulētus amonjaka slāpekļa notekūdeņus ar masas koncentrāciju 100 mg/l, un pētījuma rezultāti parādīja, ka galvenie un sekundārie faktori, kas ietekmē amonjaka slāpekļa atdalīšanu, oksidējot nātrija hipohlorītu, bija hlora un amonjaka slāpekļa daudzuma attiecība, reakcijas laiks un pH vērtība.

Lūzuma punkta hlorēšanas metodei ir augsta slāpekļa atdalīšanas efektivitāte, atdalīšanas ātrums var sasniegt 100%, un amonjaka koncentrāciju notekūdeņos var samazināt līdz nullei. Efekts ir stabils un to neietekmē temperatūra; Nepieciešamas mazākas investīcijas aprīkojumā, ātra un pilnīga reakcija; Tai ir sterilizējoša un dezinficējoša ietekme uz ūdenstilpni. Lūzuma punkta hlorēšanas metodes pielietojuma joma ir tāda, ka amonjaka slāpekļa koncentrācija notekūdeņos ir mazāka par 40 mg/l, tāpēc lūzuma punkta hlorēšanas metodi galvenokārt izmanto amonjaka slāpekļa notekūdeņu padziļinātai attīrīšanai. Drošas lietošanas un uzglabāšanas prasības ir augstas, attīrīšanas izmaksas ir augstas, un blakusprodukti hloramīni un hlorētās organiskās vielas radīs sekundāru piesārņojumu.

④katalītiskās oksidācijas metode

Katalītiskās oksidēšanas metode ir katalizatora iedarbība, noteiktā temperatūrā un spiedienā, izmantojot gaisa oksidāciju, organiskās vielas un amonjaks notekūdeņos var oksidēties un sadalīties nekaitīgās vielās, piemēram, CO2, N2 un H2O, lai sasniegtu attīrīšanas mērķi.

Katalītiskās oksidācijas ietekmi ietekmējošie faktori ir katalizatora īpašības, temperatūra, reakcijas laiks, pH vērtība, amonjaka slāpekļa koncentrācija, spiediens, maisīšanas intensitāte un tā tālāk.

Tika pētīts ozonēta amonija slāpekļa noārdīšanās process. Rezultāti parādīja, ka, palielinoties pH vērtībai, radās HO radikāļa veids ar spēcīgu oksidēšanās spēju, un oksidēšanās ātrums ievērojami paātrinājās. Pētījumi liecina, ka ozons var oksidēt amonija slāpekli par nitrītu un nitrītu par nitrātu. Amonija slāpekļa koncentrācija ūdenī samazinās līdz ar laiku, un amonija slāpekļa atdalīšanas ātrums ir aptuveni 82%. CuO-Mn02-Ce02 tika izmantots kā kompozīta katalizators amonija slāpekļa notekūdeņu attīrīšanai. Eksperimentālie rezultāti liecina, ka jaunizveidotā kompozīta katalizatora oksidēšanās aktivitāte ir ievērojami uzlabojusies, un piemēroti procesa apstākļi ir 255 ℃, 4,2 MPa un pH = 10,8. Attīrot amonija slāpekļa notekūdeņus ar sākotnējo koncentrāciju 1023 mg/l, amonija slāpekļa atdalīšanas ātrums var sasniegt 98% 150 minūšu laikā, sasniedzot valsts sekundāro (50 mg/l) izplūdes standartu.

Ceolīta atbalstīta TiO2 fotokatalizatora katalītiskā veiktspēja tika pētīta, pētot amonjaka slāpekļa noārdīšanās ātrumu sērskābes šķīdumā. Rezultāti liecina, ka optimālā Ti02/ceolīta fotokatalizatora deva ir 1,5 g/l, un reakcijas laiks ultravioletā starojuma ietekmē ir 4 stundas. Amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums no notekūdeņiem var sasniegt 98,92%. Tika pētīta augsta dzelzs satura un nano-ķīniskā dioksīda atdalīšanas ietekme uz fenolu un amonjaka slāpekli ultravioletā gaismā. Rezultāti liecina, ka amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums ir 97,5%, ja amonjaka slāpekļa šķīdumam ar koncentrāciju 50 mg/l tiek pielietots pH = 9,0, kas ir par 7,8% un 22,5% augstāks nekā tikai augsta dzelzs satura vai ķīniskā dioksīda atdalīšanas ātrums.

Katalītiskās oksidēšanas metodei ir tādas priekšrocības kā augsta attīrīšanas efektivitāte, vienkāršs process, mazs dibena laukums utt., un to bieži izmanto augstas koncentrācijas amonjaka slāpekļa notekūdeņu attīrīšanai. Pielietošanas grūtības ir tas, kā novērst katalizatora zudumus un nodrošināt iekārtu aizsardzību pret koroziju.

5. Elektroķīmiskā oksidācijas metode

Elektroķīmiskās oksidācijas metode attiecas uz piesārņotāju atdalīšanas metodi ūdenī, izmantojot elektrooksidāciju ar katalītisku aktivitāti. Ietekmejošie faktori ir strāvas blīvums, ieplūdes plūsmas ātrums, izplūdes laiks un punkta šķīdināšanas laiks.

Tika pētīta amonjaka-slāpekļa notekūdeņu elektroķīmiskā oksidēšana cirkulācijas plūsmas elektrolīzes šūnā, kur pozitīvais ir Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 tīkla elektrība un negatīvais ir Ti tīkla elektrība. Rezultāti liecina, ka, ja hlorīda jonu koncentrācija ir 400 mg/l, sākotnējā amonjaka slāpekļa koncentrācija ir 40 mg/l, ieplūdes plūsmas ātrums ir 600 ml/min, strāvas blīvums ir 20 mA/cm2 un elektrolīzes laiks ir 90 minūtes, amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums ir 99,37%. Tas parāda, ka amonjaka-slāpekļa notekūdeņu elektrolītiskajai oksidēšanai ir labas pielietojuma iespējas.

3. Bioķīmiskā slāpekļa atdalīšanas process

①visa nitrifikācija un denitrifikācija

Pilna procesa nitrifikācija un denitrifikācija ir bioloģiska metode, ko jau ilgu laiku plaši izmanto. Tā pārveido amonjaka slāpekli notekūdeņos par slāpekli, izmantojot virkni reakciju, piemēram, nitrifikāciju un denitrifikāciju, dažādu mikroorganismu iedarbībā, lai sasniegtu notekūdeņu attīrīšanas mērķi. Nitrifikācijas un denitrifikācijas procesam, lai atdalītu amonjaka slāpekli, jāiziet divos posmos:

Nitrifikācijas reakcija: Nitrifikācijas reakciju pabeidz aerobie autotrofie mikroorganismi. Aerobā stāvoklī neorganiskais slāpeklis tiek izmantots kā slāpekļa avots, lai pārvērstu NH4+ par NO2-, un pēc tam tas tiek oksidēts par NO3-. Nitrifikācijas procesu var iedalīt divos posmos. Otrajā posmā nitrificējošās baktērijas nitrītu pārvērš par nitrātu (NO3-), un nitrificējošās baktērijas nitrītu pārvērš par nitrātu (NO3-).

Denitrifikācijas reakcija: Denitrifikācijas reakcija ir process, kurā denitrifikācijas baktērijas hipoksijas stāvoklī reducē nitrītu slāpekli un nitrātu slāpekli līdz gāzveida slāpeklim (N2). Denitrifikācijas baktērijas ir heterotrofi mikroorganismi, no kuriem lielākā daļa pieder pie amfītiskajām baktērijām. Hipoksijas stāvoklī tās izmanto nitrātos esošo skābekli kā elektronu akceptoru un organiskās vielas (BSP komponents notekūdeņos) kā elektronu donoru, lai nodrošinātu enerģiju un oksidētos un stabilizētos.

Visa procesa nitrifikācijas un denitrifikācijas inženierijas pielietojumi galvenokārt ietver AO, A2O, oksidācijas grāvjus utt., kas ir nobriedušāka metode, ko izmanto bioloģiskās slāpekļa atdalīšanas nozarē.

Visai nitrifikācijas un denitrifikācijas metodei ir tādas priekšrocības kā stabils efekts, vienkārša darbība, sekundārā piesārņojuma neesamība un zemas izmaksas. Šai metodei ir arī daži trūkumi, piemēram, oglekļa avots jāpievieno, ja notekūdeņos ir zema C/N attiecība, temperatūras prasības ir relatīvi stingras, efektivitāte ir zema zemā temperatūrā, platība ir liela, skābekļa patēriņš ir liels, un dažām kaitīgām vielām, piemēram, smago metālu joniem, ir spēcīga ietekme uz mikroorganismiem, kas pirms bioloģiskās metodes veikšanas ir jānoņem. Turklāt augsta amonjaka slāpekļa koncentrācija notekūdeņos arī kavē nitrifikācijas procesu. Tāpēc pirms augstas amonjaka slāpekļa koncentrācijas notekūdeņu attīrīšanas jāveic pirmapstrāde, lai amonjaka slāpekļa notekūdeņu koncentrācija būtu mazāka par 500 mg/l. Tradicionālā bioloģiskā metode ir piemērota zemas koncentrācijas amonjaka slāpekļa notekūdeņu, kas satur organiskas vielas, piemēram, sadzīves notekūdeņu, ķīmisko notekūdeņu u.c., attīrīšanai.

②Vienlaicīga nitrifikācija un denitrifikācija (SND)

Kad nitrifikācija un denitrifikācija tiek veiktas kopā vienā reaktorā, to sauc par vienlaicīgu fermentācijas denitrifikāciju (SND). Izšķīdušā skābekļa daudzums notekūdeņos ir ierobežots ar difūzijas ātrumu, lai mikrovides zonā uz mikrobiālā floka vai bioplēves radītu izšķīdušā skābekļa gradientu, kas uz mikrobiālā floka vai bioplēves ārējās virsmas veicina aerobo nitrifikācijas baktēriju un amonifikācijas baktēriju augšanu un vairošanos. Jo dziļāk flokā vai membrānā, jo zemāka ir izšķīdušā skābekļa koncentrācija, kā rezultātā rodas anoksiska zona, kurā dominē denitrifikācijas baktērijas. Tādējādi veidojas vienlaicīga fermentācija un denitrifikācija. Faktori, kas ietekmē vienlaicīgu fermentāciju un denitrifikāciju, ir pH vērtība, temperatūra, sārmainība, organiskā oglekļa avots, izšķīdušais skābeklis un dūņu vecums.

Karuseļa oksidācijas grāvī notika vienlaicīga nitrifikācija/denitrifikācija, un izšķīdušā skābekļa koncentrācija starp aerēto lāpstiņriteni Karuseļa oksidācijas grāvī pakāpeniski samazinājās, un izšķīdušā skābekļa daudzums Karuseļa oksidācijas grāvja apakšējā daļā bija zemāks nekā augšējā daļā. Nitrātu slāpekļa veidošanās un patēriņa ātrumi katrā kanāla daļā ir gandrīz vienādi, un amonija slāpekļa koncentrācija kanālā vienmēr ir ļoti zema, kas norāda, ka nitrifikācijas un denitrifikācijas reakcijas Karuseļa oksidācijas kanālā notiek vienlaicīgi.

Pētījums par sadzīves notekūdeņu attīrīšanu liecina, ka, jo augstāks ir CODCr, jo pilnīgāka ir denitrifikācija un labāka TN atdalīšana. Izšķīdušā skābekļa ietekme uz vienlaicīgu nitrifikāciju un denitrifikāciju ir lieliska. Kad izšķīdušā skābekļa līmenis tiek kontrolēts 0,5–2 mg/l robežās, kopējā slāpekļa atdalīšanas efekts ir labs. Vienlaikus nitrifikācijas un denitrifikācijas metode ietaupa reaktoru, saīsina reakcijas laiku, nodrošina zemu enerģijas patēriņu, ietaupa ieguldījumus un atvieglo pH vērtības saglabāšanu stabilā stāvoklī.

③Īsa darbības rādiusa sadalīšanās un denitrifikācija

Tajā pašā reaktorā amonjaka oksidējošās baktērijas tiek izmantotas, lai aerobos apstākļos oksidētu amonjaku līdz nitrītam, un pēc tam nitrīts tiek tieši denitrificēts, lai hipoksijas apstākļos ar organiskām vielām vai ārēju oglekļa avotu kā elektronu donoru ražotu slāpekli. Īsa darbības rādiusa nitrifikācijas un denitrifikācijas ietekmes faktori ir temperatūra, brīvais amonjaks, pH vērtība un izšķīdušais skābeklis.

Temperatūras ietekme uz īsa darbības nitrifikāciju sadzīves notekūdeņos bez jūras ūdens un sadzīves notekūdeņos ar 30% jūras ūdens saturu. Eksperimentālie rezultāti liecina, ka sadzīves notekūdeņos bez jūras ūdens temperatūras paaugstināšana veicina īsa darbības nitrifikāciju. Ja jūras ūdens īpatsvars sadzīves notekūdeņos ir 30%, īsa darbības nitrifikāciju var labāk panākt vidējas temperatūras apstākļos. Delftas Tehnoloģiju universitāte izstrādāja SHARON procesu, kurā augstas temperatūras (aptuveni 30–40–90 °C) izmantošana veicina nitrītu baktēriju vairošanos, kā rezultātā nitrītu baktērijas zaudē konkurenci, savukārt, kontrolējot dūņu vecumu, tiek likvidētas nitrītu baktērijas, lai nitrifikācijas reakcija notiktu nitrītu stadijā.

Pamatojoties uz atšķirīgo skābekļa afinitāti starp nitrītu baktērijām un nitrītu baktērijām, Gentas Mikrobu ekoloģijas laboratorija izstrādāja OLAND procesu, lai panāktu nitrītu slāpekļa uzkrāšanos, kontrolējot izšķīdušo skābekli un tādējādi likvidējot nitrītu baktērijas.

Koksēšanas notekūdeņu attīrīšanas pilottesta rezultāti ar īsa darbības attāluma nitrifikāciju un denitrifikāciju liecina, ka, ja ieplūdes ĶSP, amonija slāpekļa, TN un fenola koncentrācijas ir 1201,6, 510,4, 540,1 un 110,4 mg/l, vidējās notekūdeņu ĶSP, amonija slāpekļa, TN un fenola koncentrācijas ir attiecīgi 197,1, 14,2, 181,5 un 0,4 mg/l. Atbilstošie attīrīšanas rādītāji bija attiecīgi 83,6%, 97,2%, 66,4% un 99,6%.

Īsa darbības rādiusa nitrifikācijas un denitrifikācijas process neiziet cauri nitrātu stadijai, tādējādi ietaupot oglekļa avotu, kas nepieciešams bioloģiskajai slāpekļa atdalīšanai. Tam ir noteiktas priekšrocības amonjaka slāpekļa notekūdeņos ar zemu C/N attiecību. Īsa darbības rādiusa nitrifikācijai un denitrifikācijai ir tādas priekšrocības kā mazāks dūņu daudzums, īss reakcijas laiks un reaktora tilpuma ietaupījums. Tomēr īsa darbības rādiusa nitrifikācijai un denitrifikācijai ir nepieciešama stabila un ilgstoša nitrītu uzkrāšanās, tāpēc galvenais ir tas, kā efektīvi kavēt nitrificējošo baktēriju aktivitāti.

④ Anaerobā amonjaka oksidēšana

Anaerobā amoksidācija ir tiešas amonija slāpekļa oksidēšanas process par slāpekli, ko veic autotrofiskas baktērijas hipoksijas apstākļos, un slāpekļa slāpeklis vai slāpekļa slāpeklis ir elektronu akceptoru viela.

Tika pētīta temperatūras un pH ietekme uz anammoX bioloģisko aktivitāti. Rezultāti parādīja, ka optimālā reakcijas temperatūra bija 30 °C un pH vērtība bija 7,8. Tika pētīta anaerobā anammoX reaktora iespējamība augsta sāļuma un augstas slāpekļa koncentrācijas notekūdeņu attīrīšanai. Rezultāti parādīja, ka augsts sāļums ievērojami kavē anammoX aktivitāti, un šī kavēšana ir atgriezeniska. Neaklimatizēto dūņu anaerobā anammoX aktivitāte bija par 67,5 % zemāka nekā kontroles dūņām pie sāļuma 30 g.L-1 (NaC1). Aklimatizēto dūņu anaerobā aktivitāte bija par 45,1 % zemāka nekā kontroles dūņām. Kad aklimatizētās dūņas tika pārvietotas no augsta sāļuma vides uz zema sāļuma vidi (bez sālsūdens), anaerobā anammoX aktivitāte palielinājās par 43,1 %. Tomēr reaktoram ir tendence uz darbības pasliktināšanos, ja tas ilgstoši darbojas augstā sāļuma vidē.

Salīdzinot ar tradicionālo bioloģisko procesu, anaerobā amoX ir ekonomiskāka bioloģiskās slāpekļa atdalīšanas tehnoloģija bez papildu oglekļa avota, ar zemu skābekļa patēriņu, bez nepieciešamības pēc reaģentiem neitralizēšanai un ar mazāku dūņu veidošanos. Anaerobās amox metodes trūkumi ir lēns reakcijas ātrums, liels reaktora tilpums un nelabvēlīgs oglekļa avots anaerobajai amox metodei, kam ir praktiska nozīme amonjaka slāpekļa notekūdeņu ar sliktu bioloģisko noārdīšanos šķīdināšanā.

4. atdalīšanas un adsorbcijas slāpekļa atdalīšanas process

① membrānas atdalīšanas metode

Membrānas atdalīšanas metode ir membrānas selektīvās caurlaidības izmantošana, lai selektīvi atdalītu šķidruma komponentus, tādējādi panākot amonjaka slāpekļa atdalīšanas mērķi. Izmantojama reversā osmoze, nanofiltrācija, deamonēšanas membrāna un elektrodialīze. Faktori, kas ietekmē membrānas atdalīšanu, ir membrānas īpašības, spiediens vai spriegums, pH vērtība, temperatūra un amonjaka slāpekļa koncentrācija.

Saskaņā ar retzemju kausētavas izvadītā amonjaka slāpekļa notekūdeņu ūdens kvalitāti, tika veikts reversās osmozes eksperiments ar NH4C1 un NaCI simulētiem notekūdeņiem. Tika konstatēts, ka vienādos apstākļos reversās osmozes metodei ir augstāks NaCI atdalīšanas ātrums, savukārt NHCl ir augstāks ūdens ražošanas ātrums. NH4C1 atdalīšanas ātrums pēc reversās osmozes apstrādes ir 77,3%, ko var izmantot kā amonjaka slāpekļa notekūdeņu pirmapstrādi. Reversās osmozes tehnoloģija var ietaupīt enerģiju, tai ir laba termiskā stabilitāte, bet tā ir izturīga pret hloru un piesārņojumu, un tai ir slikta izturība pret piesārņojumu.

Atkritumu poligona filtrāta attīrīšanai tika izmantots bioķīmisks nanofiltrācijas membrānas atdalīšanas process, lai 85–90 % caurlaidīgā šķidruma tiktu izvadīti atbilstoši standartam un tikai 0–15 % koncentrētā notekūdeņu šķidruma un dūņu tiktu atgriezti atkritumu tvertnē. Ozturki un līdzautori apstrādāja Turcijas Odayeri atkritumu poligona filtrātu ar nanofiltrācijas membrānu, un amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums bija aptuveni 72 %. Nanofiltrācijas membrānai nepieciešams zemāks spiediens nekā reversās osmozes membrānai, un to ir viegli lietot.

Amonjaka attīrīšanas membrānas sistēma parasti tiek izmantota notekūdeņu attīrīšanā ar augstu amonjaka slāpekļa saturu. Amonjaka slāpekļa līdzsvars ūdenī ir šāds: NH4- +OH- = NH3 + H2O. Darbības laikā amonjaku saturošie notekūdeņi plūst membrānas moduļa apvalkā, un skābi absorbējošais šķidrums plūst membrānas moduļa caurulē. Kad notekūdeņu pH palielinās vai temperatūra paaugstinās, līdzsvars nobīdās pa labi, un amonija jons NH4- kļūst par brīvo gāzveida NH3. Šajā laikā gāzveida NH3 var iekļūt skābes absorbcijas šķidrajā fāzē caurulē no notekūdeņu fāzes apvalkā caur dobās šķiedras virsmas mikroporām, ko absorbē skābes šķīdums un kas nekavējoties kļūst par jonu NH4-. Notekūdeņu pH jāuztur virs 10 un temperatūra virs 35 °C (zem 50 °C), lai NH4 notekūdeņu fāzē nepārtraukti pārvērstos par NH3 absorbcijas šķidrajā fāzē. Tā rezultātā amonjaka slāpekļa koncentrācija notekūdeņu pusē nepārtraukti samazinās. Skābes absorbcijas šķidrā fāze, tā kā tajā ir tikai skābe un NH4-, veido ļoti tīru amonija sāli un pēc nepārtrauktas cirkulācijas sasniedz noteiktu koncentrāciju, ko var pārstrādāt. No vienas puses, šīs tehnoloģijas izmantošana var ievērojami uzlabot amonija slāpekļa atdalīšanas ātrumu notekūdeņos, un, no otras puses, tā var samazināt notekūdeņu attīrīšanas sistēmas kopējās ekspluatācijas izmaksas.

②elektrodialīzes metode

Elektrodialīze ir metode, kurā no ūdens šķīdumiem atdala izšķīdušas cietvielas, starp membrānu pāriem pievadot spriegumu. Sprieguma ietekmē amonjaka joni un citi joni amonjaka-slāpekļa notekūdeņos caur membrānu tiek bagātināti amonjaku saturošā koncentrētā ūdenī, lai sasniegtu atdalīšanas mērķi.

Elektrodialīzes metode tika izmantota neorganisko notekūdeņu ar augstu amonjaka slāpekļa koncentrāciju attīrīšanai, un tika sasniegti labi rezultāti. Notekūdeņiem ar amonjaka slāpekļa koncentrāciju 2000–3000 mg/l amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums var pārsniegt 85%, un koncentrēta amonjaka ūdens daudzums var sasniegt 8,9%. Elektrodialīzes laikā patērētās elektroenerģijas daudzums ir proporcionāls amonjaka slāpekļa daudzumam notekūdeņos. Notekūdeņu elektrodialīzes attīrīšana nav ierobežota ar pH vērtību, temperatūru un spiedienu, un to ir viegli vadīt.

Membrānas atdalīšanas priekšrocības ir augsta amonija slāpekļa atgūšana, vienkārša darbība, stabils attīrīšanas efekts un sekundārā piesārņojuma neesamība. Tomēr, attīrot augstas koncentrācijas amonija slāpekļa notekūdeņus, izņemot deamonizēto membrānu, citas membrānas viegli aizsērē un pārklājas, un bieži notiek reģenerācija un pretskalošana, kas palielina attīrīšanas izmaksas. Tāpēc šī metode ir piemērotāka priekšattīrīšanai vai zemas koncentrācijas amonija slāpekļa notekūdeņiem.

③ Jonu apmaiņas metode

Jonu apmaiņas metode ir metode amonjaka slāpekļa atdalīšanai no notekūdeņiem, izmantojot materiālus ar spēcīgu selektīvu amonjaka jonu adsorbciju. Visbiežāk izmantotie adsorbcijas materiāli ir aktivētā ogle, ceolīts, montmorilonīts un apmaiņas sveķi. Ceolīts ir silīcija alumināta veids ar trīsdimensiju telpisko struktūru, regulāru poru struktūru un caurumiem, starp kuriem klinoptilolitam ir spēcīga selektīvā amonjaka jonu adsorbcijas spēja un zema cena, tāpēc to inženierzinātnēs parasti izmanto kā adsorbcijas materiālu amonjaka slāpekļa notekūdeņiem. Faktori, kas ietekmē klinoptilolīta attīrīšanas efektu, ir daļiņu izmērs, ieplūstošā amonjaka slāpekļa koncentrācija, saskares laiks, pH vērtība utt.

Ceolīta adsorbcijas ietekme uz amonija slāpekli ir acīmredzama, kam seko ranīts, un augsnes un keramizīta ietekme ir vāja. Galvenais veids, kā noņemt amonija slāpekli no ceolīta, ir jonu apmaiņa, un fizikālās adsorbcijas efekts ir ļoti mazs. Keramīta, augsnes un ranīta jonu apmaiņas efekts ir līdzīgs fizikālās adsorbcijas efektam. Četru pildvielu adsorbcijas spēja samazinājās, palielinoties temperatūrai 15–35 ℃ diapazonā, un palielinājās, palielinoties pH vērtībai 3–9 diapazonā. Adsorbcijas līdzsvars tika sasniegts pēc 6 stundu svārstībām.

Tika pētīta amonjaka slāpekļa atdalīšanas iespējamība no poligonu filtrāta, izmantojot ceolīta adsorbciju. Eksperimentālie rezultāti liecina, ka katram ceolīta gramam ir ierobežots adsorbcijas potenciāls 15,5 mg amonjaka slāpekļa, ja ceolīta daļiņu izmērs ir 30–16 mesh, amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums sasniedz 78,5%, un pie vienāda adsorbcijas laika, devas un ceolīta daļiņu izmēra, jo augstāka ir ieplūstošā amonjaka slāpekļa koncentrācija, jo augstāks ir adsorbcijas ātrums, un ceolīts kā adsorbents var noņemt amonjaka slāpekli no filtrāta. Vienlaikus tiek norādīts, ka amonjaka slāpekļa adsorbcijas ātrums ceolītā ir zems, un ceolītam ir grūti sasniegt piesātinājuma adsorbcijas spēju praktiskajā darbībā.

Tika pētīta bioloģiskā ceolīta slāņa ietekme uz slāpekli, ĶSP un citiem piesārņotājiem simulētos ciemata notekūdeņos. Rezultāti liecina, ka amonija slāpekļa atdalīšanas ātrums ar bioloģiskā ceolīta slāni ir vairāk nekā 95%, un nitrātu slāpekļa atdalīšanu lielā mērā ietekmē hidrauliskās uzturēšanās laiks.

Jonu apmaiņas metodes priekšrocības ir nelielas investīcijas, vienkāršs process, ērta darbība, nejutīgums pret indēm un temperatūru, kā arī ceolīta atkārtota izmantošana reģenerācijas ceļā. Tomēr, attīrot augstas koncentrācijas amonjaka slāpekļa notekūdeņus, reģenerācija ir bieža, kas rada neērtības darbībā, tāpēc tā jāapvieno ar citām amonjaka slāpekļa attīrīšanas metodēm vai jāizmanto zemas koncentrācijas amonjaka slāpekļa notekūdeņu attīrīšanai.

4A ceolīta vairumtirdzniecības ražotājs un piegādātājs | EVERBRIGHT (cnchemist.com)