Bahan kimia dan proses untuk menyingkirkan nitrogen ammonia daripada air

1. Apakah nitrogen ammonia?

Nitrogen ammonia merujuk kepada ammonia dalam bentuk ammonia bebas (atau ammonia bukan ionik, NH3) atau ammonia ionik (NH4+). pH yang lebih tinggi dan kadar ammonia bebas yang lebih tinggi; Sebaliknya, kadar garam ammonium adalah tinggi.

Nitrogen ammonia ialah nutrien dalam air, yang boleh menyebabkan eutrofikasi air, dan merupakan bahan pencemar utama yang menggunakan oksigen dalam air, yang toksik kepada ikan dan beberapa organisma akuatik.

Kesan berbahaya utama nitrogen ammonia terhadap organisma akuatik ialah ammonia bebas, yang ketoksikannya berpuluh-puluh kali ganda lebih besar daripada garam ammonium, dan meningkat dengan peningkatan kealkalian. Ketoksikan nitrogen ammonia berkait rapat dengan nilai pH dan suhu air kolam, secara amnya, semakin tinggi nilai pH dan suhu air, semakin kuat ketoksikannya.

Dua kaedah kolorimetri kepekaan anggaran yang biasa digunakan untuk menentukan ammonia ialah kaedah reagen Nessler klasik dan kaedah fenol-hipoklorit. Titrasi dan kaedah elektrik juga biasa digunakan untuk menentukan ammonia; Apabila kandungan nitrogen ammonia tinggi, kaedah titrasi penyulingan juga boleh digunakan. (Piawaian kebangsaan termasuk kaedah reagen Nath, spektrofotometri asid salisilik, kaedah penyulingan - titrasi)

2. Proses penyingkiran nitrogen fizikal dan kimia

① Kaedah pemendakan kimia

Kaedah pemendakan kimia, juga dikenali sebagai kaedah pemendakan MAP, adalah dengan menambahkan magnesium dan asid fosforik atau hidrogen fosfat ke dalam air sisa yang mengandungi nitrogen ammonia, supaya NH4+ dalam air sisa bertindak balas dengan Mg+ dan PO4- dalam larutan akueus untuk menghasilkan pemendakan ammonium magnesium fosfat. Formula molekulnya ialah MgNH4P04.6H20, untuk mencapai tujuan penyingkiran nitrogen ammonia. Magnesium ammonium fosfat, yang biasanya dikenali sebagai struvit, boleh digunakan sebagai kompos, bahan tambahan tanah atau kalis api untuk membina produk struktur. Persamaan tindak balas adalah seperti berikut:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Faktor utama yang mempengaruhi kesan rawatan pemendakan kimia ialah nilai pH, suhu, kepekatan nitrogen ammonia dan nisbah molar (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Keputusan menunjukkan bahawa apabila nilai pH ialah 10 dan nisbah molar magnesium, nitrogen dan fosforus ialah 1.2:1:1.2, kesan rawatan adalah lebih baik.

Menggunakan magnesium klorida dan dinatrium hidrogen fosfat sebagai agen pemendakan, keputusan menunjukkan bahawa kesan rawatan adalah lebih baik apabila nilai pH ialah 9.5 dan nisbah molar magnesium, nitrogen dan fosforus ialah 1.2:1:1.

Keputusan menunjukkan bahawa MgC12+Na3PO4.12H20 adalah lebih baik daripada kombinasi agen pemendakan yang lain. Apabila nilai pH ialah 10.0, suhu ialah 30℃, n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1, kepekatan jisim nitrogen ammonia dalam air sisa selepas dikacau selama 30 minit dikurangkan daripada 222mg/L sebelum rawatan kepada 17mg/L, dan kadar penyingkiran ialah 92.3%.

Kaedah pemendakan kimia dan kaedah membran cecair telah digabungkan untuk rawatan air sisa nitrogen ammonia perindustrian berkepekatan tinggi. Di bawah keadaan pengoptimuman proses pemendakan, kadar penyingkiran nitrogen ammonia mencapai 98.1%, dan kemudian rawatan selanjutnya dengan kaedah filem cecair mengurangkan kepekatan nitrogen ammonia kepada 0.005g/L, mencapai piawaian pelepasan kelas pertama kebangsaan.

Kesan penyingkiran ion logam divalen (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) selain Mg+ terhadap nitrogen ammonia di bawah tindakan fosfat telah dikaji. Satu proses baharu pemendakan CaSO4-MAP telah dicadangkan untuk air sisa ammonium sulfat. Keputusan menunjukkan bahawa pengatur NaOH tradisional boleh digantikan dengan kapur.

Kelebihan kaedah pemendakan kimia ialah apabila kepekatan air sisa nitrogen ammonia tinggi, penggunaan kaedah lain adalah terhad, seperti kaedah biologi, kaedah pengklorinan titik putus, kaedah pemisahan membran, kaedah pertukaran ion, dan sebagainya. Pada masa ini, kaedah pemendakan kimia boleh digunakan untuk pra-rawatan. Kecekapan penyingkiran kaedah pemendakan kimia adalah lebih baik, dan ia tidak terhad oleh suhu, dan operasinya mudah. ​​Enap cemar termendak yang mengandungi magnesium ammonium fosfat boleh digunakan sebagai baja komposit untuk merealisasikan penggunaan sisa, sekali gus mengimbangi sebahagian daripada kos; Jika ia boleh digabungkan dengan beberapa perusahaan perindustrian yang menghasilkan air sisa fosfat dan perusahaan yang menghasilkan air garam garam, ia boleh menjimatkan kos farmaseutikal dan memudahkan aplikasi berskala besar.

Kelemahan kaedah pemendakan kimia adalah disebabkan oleh sekatan hasil darab keterlarutan ammonium magnesium fosfat, selepas nitrogen ammonia dalam air sisa mencapai kepekatan tertentu, kesan penyingkiran tidak jelas dan kos input meningkat dengan ketara. Oleh itu, kaedah pemendakan kimia harus digunakan bersama kaedah lain yang sesuai untuk rawatan lanjutan. Jumlah reagen yang digunakan adalah besar, enap cemar yang dihasilkan adalah besar, dan kos rawatan adalah tinggi. Pengenalan ion klorida dan fosforus sisa semasa dos bahan kimia boleh menyebabkan pencemaran sekunder dengan mudah.

Pengilang dan Pembekal Aluminium Sulfat Borong | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Pengilang dan Pembekal Natrium Fosfat Dibasik Borong | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②kaedah tiup

Penyingkiran nitrogen ammonia melalui kaedah peniupan adalah untuk melaraskan nilai pH kepada alkali, supaya ion ammonia dalam air sisa ditukar kepada ammonia, supaya ia terutamanya wujud dalam bentuk ammonia bebas, dan kemudian ammonia bebas dikeluarkan dari air sisa melalui gas pembawa, untuk mencapai tujuan penyingkiran nitrogen ammonia. Faktor utama yang mempengaruhi kecekapan peniupan ialah nilai pH, suhu, nisbah gas-cecair, kadar aliran gas, kepekatan awal dan sebagainya. Pada masa ini, kaedah peniupan digunakan secara meluas dalam rawatan air sisa dengan kepekatan nitrogen ammonia yang tinggi.

Penyingkiran nitrogen ammonia daripada larutan tapak pelupusan melalui kaedah semburan telah dikaji. Didapati bahawa faktor utama yang mengawal kecekapan semburan adalah suhu, nisbah gas-cecair dan nilai pH. Apabila suhu air lebih besar daripada 2590, nisbah gas-cecair adalah kira-kira 3500, dan pH adalah kira-kira 10.5, kadar penyingkiran boleh mencapai lebih daripada 90% untuk larutan tapak pelupusan dengan kepekatan nitrogen ammonia setinggi 2000-4000mg/L. Keputusan menunjukkan bahawa apabila pH=11.5, suhu pelucutan ialah 80cC dan masa pelucutan ialah 120 minit, kadar penyingkiran nitrogen ammonia dalam air sisa boleh mencapai 99.2%.

Kecekapan penyingkiran air sisa nitrogen ammonia berkepekatan tinggi telah dijalankan oleh menara penyingkiran arus lawan. Keputusan menunjukkan bahawa kecekapan penyingkiran meningkat dengan peningkatan nilai pH. Semakin besar nisbah gas-cecair, semakin besar daya penggerak pemindahan jisim pelucutan ammonia, dan kecekapan pelucutan juga meningkat.

Penyingkiran nitrogen ammonia melalui kaedah tiupan adalah berkesan, mudah dikendalikan dan mudah dikawal. Nitrogen ammonia yang ditiup boleh digunakan sebagai penyerap dengan asid sulfurik, dan wang asid sulfurik yang dihasilkan boleh digunakan sebagai baja. Kaedah tiupan merupakan teknologi yang biasa digunakan untuk penyingkiran nitrogen fizikal dan kimia pada masa ini. Walau bagaimanapun, kaedah tiupan mempunyai beberapa kelemahan, seperti penskalaan yang kerap dalam menara tiupan, kecekapan penyingkiran nitrogen ammonia yang rendah pada suhu rendah, dan pencemaran sekunder yang disebabkan oleh gas tiupan. Kaedah tiupan biasanya digabungkan dengan kaedah rawatan air sisa nitrogen ammonia yang lain untuk merawat air sisa nitrogen ammonia berkepekatan tinggi terlebih dahulu.

③Pengklorinan titik putus

Mekanisme penyingkiran ammonia melalui pengklorinan titik putus adalah gas klorin bertindak balas dengan ammonia untuk menghasilkan gas nitrogen yang tidak berbahaya, dan N2 terlepas ke atmosfera, menjadikan sumber tindak balas terus ke kanan. Formula tindak balas ialah:

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

Apabila gas klorin dipindahkan ke dalam air sisa ke titik tertentu, kandungan klorin bebas di dalam air adalah rendah, dan kepekatan ammonia adalah sifar. Apabila jumlah gas klorin melepasi titik tersebut, jumlah klorin bebas di dalam air akan meningkat, oleh itu, titik tersebut dipanggil titik putus, dan pengklorinan dalam keadaan ini dipanggil titik putus pengklorinan.

Kaedah pengklorinan titik putus digunakan untuk merawat air sisa penggerudian selepas peniupan nitrogen ammonia, dan kesan rawatan dipengaruhi secara langsung oleh proses peniupan nitrogen ammonia prarawatan. Apabila 70% nitrogen ammonia dalam air sisa disingkirkan melalui proses peniupan dan kemudian dirawat melalui pengklorinan titik putus, kepekatan jisim nitrogen ammonia dalam efluen adalah kurang daripada 15mg/L. Zhang Shengli et al. mengambil air sisa nitrogen ammonia simulasi dengan kepekatan jisim 100mg/L sebagai objek kajian, dan hasil kajian menunjukkan bahawa faktor utama dan sekunder yang mempengaruhi penyingkiran nitrogen ammonia melalui pengoksidaan natrium hipoklorit ialah nisbah kuantiti klorin kepada nitrogen ammonia, masa tindak balas, dan nilai pH.

Kaedah pengklorinan titik pecah mempunyai kecekapan penyingkiran nitrogen yang tinggi, kadar penyingkiran boleh mencapai 100%, dan kepekatan ammonia dalam air sisa boleh dikurangkan kepada sifar. Kesannya stabil dan tidak terjejas oleh suhu; Peralatan pelaburan yang kurang, tindak balas yang cepat dan lengkap; Ia mempunyai kesan pensterilan dan pembasmian kuman pada badan air. Skop aplikasi kaedah pengklorinan titik pecah ialah kepekatan air sisa nitrogen ammonia kurang daripada 40mg/L, jadi kaedah pengklorinan titik pecah kebanyakannya digunakan untuk rawatan lanjutan air sisa nitrogen ammonia. Keperluan penggunaan dan penyimpanan yang selamat adalah tinggi, kos rawatan adalah tinggi, dan hasil sampingan kloramina dan organik berklorin akan menyebabkan pencemaran sekunder.

④kaedah pengoksidaan pemangkin

Kaedah pengoksidaan pemangkin adalah melalui tindakan pemangkin, di bawah suhu dan tekanan tertentu, melalui pengoksidaan udara, bahan organik dan ammonia dalam kumbahan boleh dioksidakan dan diuraikan menjadi bahan tidak berbahaya seperti CO2, N2 dan H2O, untuk mencapai tujuan penulenan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kesan pengoksidaan pemangkin adalah ciri-ciri pemangkin, suhu, masa tindak balas, nilai pH, kepekatan nitrogen ammonia, tekanan, keamatan pengadukan dan sebagainya.

Proses degradasi nitrogen ammonia berozon telah dikaji. Keputusan menunjukkan bahawa apabila nilai pH meningkat, sejenis radikal HO dengan keupayaan pengoksidaan yang kuat dihasilkan, dan kadar pengoksidaan dipercepatkan dengan ketara. Kajian menunjukkan bahawa ozon boleh mengoksidakan nitrogen ammonia kepada nitrit dan nitrit kepada nitrat. Kepekatan nitrogen ammonia dalam air berkurangan dengan peningkatan masa, dan kadar penyingkiran nitrogen ammonia adalah kira-kira 82%. CuO-Mn02-Ce02 telah digunakan sebagai pemangkin komposit untuk merawat air sisa nitrogen ammonia. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa aktiviti pengoksidaan pemangkin komposit yang baru disediakan telah bertambah baik dengan ketara, dan keadaan proses yang sesuai ialah 255℃, 4.2MPa dan pH=10.8. Dalam rawatan air sisa nitrogen ammonia dengan kepekatan awal 1023mg/L, kadar penyingkiran nitrogen ammonia boleh mencapai 98% dalam masa 150 minit, mencapai piawaian pelepasan sekunder kebangsaan (50mg/L).

Prestasi pemangkinan fotomangkin TiO2 yang disokong zeolit ​​telah dikaji dengan mengkaji kadar degradasi nitrogen ammonia dalam larutan asid sulfurik. Keputusan menunjukkan bahawa dos optimum fotomangkin TiO2/zeolit ​​ialah 1.5g/L dan masa tindak balas ialah 4 jam di bawah penyinaran ultraungu. Kadar penyingkiran nitrogen ammonia daripada air sisa boleh mencapai 98.92%. Kesan penyingkiran besi tinggi dan nano-dagu dioksida di bawah cahaya ultraungu terhadap fenol dan nitrogen ammonia telah dikaji. Keputusan menunjukkan bahawa kadar penyingkiran nitrogen ammonia adalah 97.5% apabila pH=9.0 digunakan pada larutan nitrogen ammonia dengan kepekatan 50mg/L, iaitu 7.8% dan 22.5% lebih tinggi daripada besi tinggi atau China dioksida sahaja.

Kaedah pengoksidaan pemangkin mempunyai kelebihan kecekapan penulenan yang tinggi, proses yang mudah, kawasan dasar yang kecil, dan sebagainya, dan sering digunakan untuk merawat air sisa nitrogen ammonia berkepekatan tinggi. Kesukaran aplikasi adalah bagaimana untuk mencegah kehilangan pemangkin dan perlindungan kakisan peralatan.

⑤kaedah pengoksidaan elektrokimia

Kaedah pengoksidaan elektrokimia merujuk kepada kaedah penyingkiran bahan pencemar dalam air dengan menggunakan elektrooksidasi dengan aktiviti pemangkin. Faktor yang mempengaruhinya ialah ketumpatan arus, kadar aliran masuk, masa keluar dan masa larutan titik.

Pengoksidaan elektrokimia air sisa ammonia-nitrogen dalam sel elektrolitik aliran beredar telah dikaji, di mana positif ialah elektrik rangkaian Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 dan negatif ialah elektrik rangkaian Ti. Keputusan menunjukkan bahawa apabila kepekatan ion klorida ialah 400mg/L, kepekatan nitrogen ammonia awal ialah 40mg/L, kadar aliran influen ialah 600mL/min, ketumpatan arus ialah 20mA/cm3, dan masa elektrolisis ialah 90min, kadar penyingkiran nitrogen ammonia ialah 99.37%. Ia menunjukkan bahawa pengoksidaan elektrolitik air sisa ammonia-nitrogen mempunyai prospek aplikasi yang baik.

3. Proses penyingkiran nitrogen biokimia

①keseluruhan nitrifikasi dan denitrifikasi

Nitrifikasi dan denitrifikasi keseluruhan proses merupakan sejenis kaedah biologi yang telah digunakan secara meluas sejak sekian lama. Ia menukarkan nitrogen ammonia dalam air sisa kepada nitrogen melalui satu siri tindak balas seperti nitrifikasi dan denitrifikasi di bawah tindakan pelbagai mikroorganisma, untuk mencapai tujuan rawatan air sisa. Proses nitrifikasi dan denitrifikasi untuk menyingkirkan nitrogen ammonia perlu melalui dua peringkat:

Tindak balas nitrifikasi: Tindak balas nitrifikasi dilengkapkan oleh mikroorganisma autotrofik aerobik. Dalam keadaan aerobik, nitrogen bukan organik digunakan sebagai sumber nitrogen untuk menukar NH4+ kepada NO2-, dan kemudian ia dioksidakan kepada NO3-. Proses nitrifikasi boleh dibahagikan kepada dua peringkat. Pada peringkat kedua, nitrit ditukar kepada nitrat (NO3-) oleh bakteria nitrifikasi, dan nitrit ditukar kepada nitrat (NO3-) oleh bakteria nitrifikasi.

Tindak balas denitrifikasi: Tindak balas denitrifikasi ialah proses di mana bakteria denitrifikasi mengurangkan nitrogen nitrit dan nitrogen nitrat kepada nitrogen gas (N2) dalam keadaan hipoksia. Bakteria denitrifikasi ialah mikroorganisma heterotrofik, yang kebanyakannya tergolong dalam bakteria amfitik. Dalam keadaan hipoksia, mereka menggunakan oksigen dalam nitrat sebagai penerima elektron dan bahan organik (komponen BOD dalam kumbahan) sebagai penderma elektron untuk membekalkan tenaga dan dioksidakan serta distabilkan.

Keseluruhan aplikasi kejuruteraan nitrifikasi dan denitrifikasi proses terutamanya merangkumi AO, A2O, parit pengoksidaan, dan sebagainya, yang merupakan kaedah yang lebih matang yang digunakan dalam industri penyingkiran nitrogen biologi.

Keseluruhan kaedah nitrifikasi dan denitrifikasi mempunyai kelebihan kesan yang stabil, operasi yang mudah, tiada pencemaran sekunder dan kos yang rendah. Kaedah ini juga mempunyai beberapa kelemahan, seperti sumber karbon mesti ditambah apabila nisbah C/N dalam air sisa rendah, keperluan suhu agak ketat, kecekapan rendah pada suhu rendah, kawasannya luas, permintaan oksigen besar, dan beberapa bahan berbahaya seperti ion logam berat mempunyai kesan menekan pada mikroorganisma, yang perlu disingkirkan sebelum kaedah biologi dijalankan. Di samping itu, kepekatan nitrogen ammonia yang tinggi dalam air sisa juga mempunyai kesan perencatan pada proses nitrifikasi. Oleh itu, prarawatan harus dijalankan sebelum rawatan air sisa nitrogen ammonia berkepekatan tinggi supaya kepekatan air sisa nitrogen ammonia kurang daripada 500mg/L. Kaedah biologi tradisional sesuai untuk rawatan air sisa nitrogen ammonia berkepekatan rendah yang mengandungi bahan organik, seperti kumbahan domestik, air sisa kimia, dan sebagainya.

②Nitrifikasi dan denitrifikasi serentak (SND)

Apabila nitrifikasi dan denitrifikasi dijalankan bersama dalam reaktor yang sama, ia dipanggil denitrifikasi pencernaan serentak (SND). Oksigen terlarut dalam air sisa dihadkan oleh kadar resapan untuk menghasilkan kecerunan oksigen terlarut dalam kawasan persekitaran mikro pada flok mikrob atau biofilm, yang menjadikan kecerunan oksigen terlarut pada permukaan luar flok mikrob atau biofilm kondusif untuk pertumbuhan dan pembiakan bakteria nitrifikasi aerobik dan bakteria pengamoniaan. Lebih dalam ke dalam flok atau membran, lebih rendah kepekatan oksigen terlarut, mengakibatkan zon anoksik di mana bakteria denitrifikasi mendominasi. Sekali gus membentuk proses pencernaan dan denitrifikasi serentak. Faktor-faktor yang mempengaruhi pencernaan dan denitrifikasi serentak ialah nilai PH, suhu, kealkalian, sumber karbon organik, oksigen terlarut dan usia enap cemar.

Nitrifikasi/denitrifikasi serentak wujud dalam parit pengoksidaan Carrousel, dan kepekatan oksigen terlarut antara pendesak berudara dalam parit pengoksidaan Carrousel secara beransur-ansur menurun, dan oksigen terlarut di bahagian bawah parit pengoksidaan Carrousel adalah lebih rendah daripada di bahagian atas. Kadar pembentukan dan penggunaan nitrogen nitrat di setiap bahagian saluran hampir sama, dan kepekatan nitrogen ammonia dalam saluran sentiasa sangat rendah, yang menunjukkan bahawa tindak balas nitrifikasi dan denitrifikasi berlaku serentak dalam saluran pengoksidaan Carrousel.

Kajian mengenai rawatan kumbahan domestik menunjukkan bahawa semakin tinggi CODCr, semakin lengkap denitrifikasi dan semakin baik penyingkiran TN. Kesan oksigen terlarut terhadap nitrifikasi dan denitrifikasi serentak adalah hebat. Apabila oksigen terlarut dikawal pada 0.5 ~ 2mg/L, kesan penyingkiran nitrogen total adalah baik. Pada masa yang sama, kaedah nitrifikasi dan denitrifikasi menjimatkan reaktor, memendekkan masa tindak balas, mempunyai penggunaan tenaga yang rendah, menjimatkan pelaburan, dan mudah untuk mengekalkan nilai pH yang stabil.

③Penghadaman dan denitrifikasi jarak pendek

Dalam reaktor yang sama, bakteria pengoksidaan ammonia digunakan untuk mengoksidakan ammonia kepada nitrit di bawah keadaan aerobik, dan kemudian nitrit didenitrifikasi secara langsung untuk menghasilkan nitrogen dengan bahan organik atau sumber karbon luaran sebagai penderma elektron di bawah keadaan hipoksia. Faktor pengaruh nitrifikasi dan denitrifikasi jarak pendek ialah suhu, ammonia bebas, nilai pH dan oksigen terlarut.

Kesan suhu terhadap nitrifikasi jarak dekat kumbahan perbandaran tanpa air laut dan kumbahan perbandaran dengan 30% air laut. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa: untuk kumbahan perbandaran tanpa air laut, peningkatan suhu adalah kondusif untuk mencapai nitrifikasi jarak dekat. Apabila kadar air laut dalam kumbahan domestik adalah 30%, nitrifikasi jarak dekat boleh dicapai dengan lebih baik di bawah keadaan suhu sederhana. Universiti Teknologi Delft telah membangunkan proses SHARON, penggunaan suhu tinggi (kira-kira 30-4090) adalah kondusif untuk percambahan bakteria nitrit, supaya bakteria nitrit kehilangan persaingan, manakala dengan mengawal usia enap cemar untuk menghapuskan bakteria nitrit, supaya tindak balas nitrifikasi dalam peringkat nitrit.

Berdasarkan perbezaan afiniti oksigen antara bakteria nitrit dan bakteria nitrit, Makmal Ekologi Mikrob Gent telah membangunkan proses OLAND untuk mencapai pengumpulan nitrogen nitrit dengan mengawal oksigen terlarut bagi menghapuskan bakteria nitrit.

Keputusan ujian rintis bagi rawatan air sisa kokas melalui nitrifikasi dan denitrifikasi jarak pendek menunjukkan bahawa apabila kepekatan COD, nitrogen ammonia, TN dan fenol yang berpengaruh ialah 1201.6,510.4,540.1 dan 110.4 mg/L, purata kepekatan COD, nitrogen ammonia, TN dan fenol efluen masing-masing ialah 197.1,14.2,181.5 dan 0.4 mg/L. Kadar penyingkiran yang sepadan ialah masing-masing 83.6%, 97.2%, 66.4% dan 99.6%.

Proses nitrifikasi dan denitrifikasi jarak dekat tidak melalui peringkat nitrat, menjimatkan sumber karbon yang diperlukan untuk penyingkiran nitrogen biologi. Ia mempunyai kelebihan tertentu untuk air sisa nitrogen ammonia dengan nisbah C/N yang rendah. Nitrifikasi dan denitrifikasi jarak dekat mempunyai kelebihan enapcemar yang lebih sedikit, masa tindak balas yang singkat dan menjimatkan isipadu reaktor. Walau bagaimanapun, nitrifikasi dan denitrifikasi jarak dekat memerlukan pengumpulan nitrit yang stabil dan berkekalan, jadi cara untuk menghalang aktiviti bakteria nitrifikasi secara berkesan menjadi kuncinya.

④ Pengoksidaan ammonia anaerobik

Amoksidasi anaerobik ialah proses pengoksidaan langsung nitrogen ammonia kepada nitrogen oleh bakteria autotrofik di bawah keadaan hipoksia, dengan nitrogen nitrus atau nitrogen nitrus sebagai penerima elektron.

Kesan suhu dan PH terhadap aktiviti biologi anammoX telah dikaji. Keputusan menunjukkan bahawa suhu tindak balas optimum ialah 30℃ dan nilai pH ialah 7.8. Kebolehlaksanaan reaktor ammoX anaerobik untuk merawat air sisa bermasinat tinggi dan air sisa nitrogen berkepekatan tinggi telah dikaji. Keputusan menunjukkan bahawa kemasinan yang tinggi menghalang aktiviti anammoX dengan ketara, dan perencatan ini boleh diterbalikkan. Aktiviti ammox anaerobik bagi enapcemar yang tidak diaklimatisasi adalah 67.5% lebih rendah daripada enapcemar kawalan di bawah kemasinan 30g.L-1(NaC1). Aktiviti anammoX bagi enapcemar yang diaklimatisasi adalah 45.1% lebih rendah daripada kawalan. Apabila enapcemar yang diaklimatisasi dipindahkan dari persekitaran kemasinan tinggi ke persekitaran kemasinan rendah (tiada air garam), aktiviti ammoX anaerobik meningkat sebanyak 43.1%. Walau bagaimanapun, reaktor terdedah kepada penurunan fungsi apabila ia beroperasi dalam kemasinan tinggi untuk masa yang lama.

Berbanding dengan proses biologi tradisional, ammoX anaerobik merupakan teknologi penyingkiran nitrogen biologi yang lebih menjimatkan tanpa sumber karbon tambahan, permintaan oksigen yang rendah, tidak memerlukan reagen untuk meneutralkan, dan kurang penghasilan enapcemar. Kelemahan ammox anaerobik ialah kelajuan tindak balas yang perlahan, isipadu reaktor yang besar, dan sumber karbon tidak sesuai untuk amMOX anaerobik, yang mempunyai kepentingan praktikal untuk menyelesaikan air sisa nitrogen ammonia dengan kebolehuraian biologi yang lemah.

4. proses penyingkiran nitrogen pemisahan dan penjerapan

① kaedah pemisahan membran

Kaedah pemisahan membran adalah dengan menggunakan kebolehtelapan terpilih membran untuk memisahkan komponen dalam cecair secara selektif, bagi mencapai tujuan penyingkiran nitrogen ammonia. Termasuk osmosis terbalik, nanofiltrasi, membran deammoniasi dan elektrodialisis. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemisahan membran adalah ciri-ciri membran, tekanan atau voltan, nilai pH, suhu dan kepekatan nitrogen ammonia.

Mengikut kualiti air sisa nitrogen ammonia yang dilepaskan oleh pelebur nadir bumi, eksperimen osmosis songsang telah dijalankan dengan air sisa simulasi NH4C1 dan NaCI. Didapati bahawa di bawah keadaan yang sama, osmosis songsang mempunyai kadar penyingkiran NaCI yang lebih tinggi, manakala NHCl mempunyai kadar pengeluaran air yang lebih tinggi. Kadar penyingkiran NH4C1 ialah 77.3% selepas rawatan osmosis songsang, yang boleh digunakan sebagai prarawatan air sisa nitrogen ammonia. Teknologi osmosis songsang boleh menjimatkan tenaga, kestabilan terma yang baik, tetapi rintangan klorin dan pencemaran adalah lemah.

Proses pemisahan membran nanopenurasan biokimia telah digunakan untuk merawat larut lesap tapak pelupusan sampah, supaya 85%~90% cecair telap dilepaskan mengikut piawaian, dan hanya 0%~15% cecair kumbahan pekat dan lumpur dikembalikan ke tangki sampah. Ozturki et al. merawat larut lesap tapak pelupusan sampah Odayeri di Turki dengan membran nanopenurasan, dan kadar penyingkiran nitrogen ammonia adalah kira-kira 72%. Membran nanopenurasan memerlukan tekanan yang lebih rendah daripada membran osmosis terbalik, mudah dikendalikan.

Sistem membran penyingkir ammonia biasanya digunakan dalam rawatan air sisa dengan nitrogen ammonia yang tinggi. Nitrogen ammonia di dalam air mempunyai keseimbangan berikut: NH4- +OH- = NH3 + H2O semasa beroperasi, air sisa yang mengandungi ammonia mengalir di dalam cangkerang modul membran, dan cecair penyerap asid mengalir di dalam paip modul membran. Apabila PH air sisa meningkat atau suhu meningkat, keseimbangan akan beralih ke kanan, dan ion ammonium NH4- menjadi NH3 gas bebas. Pada masa ini, NH3 gas boleh memasuki fasa cecair penyerapan asid di dalam paip dari fasa air sisa di dalam cangkerang melalui mikropori pada permukaan gentian berongga, yang diserap oleh larutan asid dan serta-merta menjadi NH4- ionik. Kekalkan PH air sisa di atas 10, dan suhu di atas 35 °C (di bawah 50 °C), supaya NH4 dalam fasa air sisa akan terus menjadi NH3 untuk penghijrahan fasa cecair penyerapan. Akibatnya, kepekatan nitrogen ammonia di bahagian air sisa menurun secara berterusan. Fasa cecair penyerapan asid, kerana hanya terdapat asid dan NH4-, membentuk garam ammonium yang sangat tulen, dan mencapai kepekatan tertentu selepas peredaran berterusan, yang boleh dikitar semula. Di satu pihak, penggunaan teknologi ini dapat meningkatkan kadar penyingkiran nitrogen ammonia dalam air sisa dengan ketara, dan di pihak yang lain, ia dapat mengurangkan jumlah kos operasi sistem rawatan air sisa.

②kaedah elektrodialisis

Elektrodialisis ialah kaedah untuk menyingkirkan pepejal terlarut daripada larutan akueus dengan mengenakan voltan antara pasangan membran. Di bawah tindakan voltan, ion ammonia dan ion lain dalam air sisa ammonia-nitrogen diperkayakan melalui membran dalam air pekat yang mengandungi ammonia, untuk mencapai tujuan penyingkiran.

Kaedah elektrodialisis telah digunakan untuk merawat air sisa bukan organik dengan kepekatan nitrogen ammonia yang tinggi dan mencapai keputusan yang baik. Bagi air sisa nitrogen ammonia 2000-3000mg/L, kadar penyingkiran nitrogen ammonia boleh melebihi 85%, dan air ammonia pekat boleh diperolehi sebanyak 8.9%. Jumlah elektrik yang digunakan semasa operasi elektrodialisis adalah berkadar terus dengan jumlah nitrogen ammonia dalam air sisa. Rawatan air sisa secara elektrodialisis tidak terhad oleh nilai pH, suhu dan tekanan, dan ia mudah dikendalikan.

Kelebihan pemisahan membran adalah pemulihan nitrogen ammonia yang tinggi, operasi mudah, kesan rawatan yang stabil dan tiada pencemaran sekunder. Walau bagaimanapun, dalam rawatan air sisa nitrogen ammonia berkepekatan tinggi, kecuali membran yang dideammoniasi, membran lain mudah mengerak dan tersumbat, dan penjanaan semula dan pencucian balik adalah kerap, meningkatkan kos rawatan. Oleh itu, kaedah ini lebih sesuai untuk prarawatan atau air sisa nitrogen ammonia berkepekatan rendah.

③ Kaedah pertukaran ion

Kaedah pertukaran ion merupakan kaedah untuk menyingkirkan nitrogen ammonia daripada air sisa dengan menggunakan bahan-bahan yang mempunyai penjerapan selektif ion ammonia yang kuat. Bahan penjerapan yang biasa digunakan ialah karbon teraktif, zeolit, montmorilonit dan resin pertukaran. Zeolit ​​ialah sejenis siliko-aluminat dengan struktur ruang tiga dimensi, struktur liang yang sekata dan lubang, antaranya klinoptilolit mempunyai kapasiti penjerapan selektif yang kuat untuk ion ammonia dan harga yang rendah, jadi ia biasanya digunakan sebagai bahan penjerapan untuk air sisa nitrogen ammonia dalam kejuruteraan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kesan rawatan klinoptilolit termasuk saiz zarah, kepekatan nitrogen ammonia yang berpengaruh, masa sentuhan, nilai pH dan sebagainya.

Kesan penjerapan zeolit ​​terhadap nitrogen ammonia adalah jelas, diikuti oleh ranit, dan kesan tanah dan seramikit adalah lemah. Cara utama untuk menyingkirkan nitrogen ammonia daripada zeolit ​​adalah melalui pertukaran ion, dan kesan penjerapan fizikal adalah sangat kecil. Kesan pertukaran ion seramik, tanah dan ranit adalah serupa dengan kesan penjerapan fizikal. Kapasiti penjerapan empat pengisi berkurangan dengan peningkatan suhu dalam julat 15-35℃, dan meningkat dengan peningkatan nilai pH dalam julat 3-9. Keseimbangan penjerapan dicapai selepas ayunan 6 jam.

Kebolehlaksanaan penyingkiran nitrogen ammonia daripada larut resap tapak pelupusan sampah melalui penjerapan zeolit ​​telah dikaji. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa setiap gram zeolit ​​mempunyai potensi penjerapan terhad iaitu 15.5mg nitrogen ammonia. Apabila saiz zarah zeolit ​​ialah 30-16 mesh, kadar penyingkiran nitrogen ammonia mencapai 78.5%, dan di bawah masa penjerapan, dos dan saiz zarah zeolit ​​yang sama, semakin tinggi kepekatan nitrogen ammonia yang berpengaruh, semakin tinggi kadar penjerapan, dan adalah sesuai untuk zeolit ​​sebagai penjerap untuk menyingkirkan nitrogen ammonia daripada larut resap. Pada masa yang sama, ditunjukkan bahawa kadar penjerapan nitrogen ammonia oleh zeolit ​​adalah rendah, dan sukar untuk zeolit ​​mencapai kapasiti penjerapan tepu dalam operasi praktikal.

Kesan penyingkiran lapisan zeolit ​​biologi terhadap nitrogen, COD dan bahan pencemar lain dalam kumbahan kampung simulasi telah dikaji. Keputusan menunjukkan bahawa kadar penyingkiran nitrogen ammonia oleh lapisan zeolit ​​biologi adalah lebih daripada 95%, dan penyingkiran nitrogen nitrat sangat dipengaruhi oleh masa kediaman hidraulik.

Kaedah pertukaran ion mempunyai kelebihan pelaburan yang kecil, proses yang mudah, operasi yang mudah, tidak sensitif terhadap racun dan suhu, dan penggunaan semula zeolit ​​melalui penjanaan semula. Walau bagaimanapun, apabila merawat air sisa nitrogen ammonia berkepekatan tinggi, penjanaan semula adalah kerap, yang membawa kesulitan kepada operasi, jadi ia perlu digabungkan dengan kaedah rawatan nitrogen ammonia yang lain, atau digunakan untuk merawat air sisa nitrogen ammonia berkepekatan rendah.

Pengilang dan Pembekal Zeolit ​​4A Borong | EVERBRIGHT (cnchemist.com)