Kemikaal ja protsess ammooniumlämmastiku eemaldamiseks veest

1. Mis on ammooniumlämmastik?

Ammooniumlämmastik viitab ammoniaagile vaba ammoniaagi (või mitteioonse ammoniaagi, NH3) või ioonse ammoniaagi (NH4+) kujul. Kõrgem pH ja suurem vaba ammoniaagi osakaal; vastupidiselt on ammooniumsoola osakaal suur.

Ammooniumlämmastik on vees leiduv toitaine, mis võib põhjustada vee eutrofeerumist, ning see on peamine hapnikku tarbiv saasteaine vees, mis on mürgine kaladele ja mõnedele veeorganismidele.

Ammooniumlämmastiku peamine kahjulik mõju veeorganismidele on vaba ammoniaak, mille toksilisus on kümneid kordi suurem kui ammooniumsoolal ja suureneb leeliselisuse suurenemisega. Ammooniumlämmastiku toksilisus on tihedalt seotud basseinivee pH väärtuse ja veetemperatuuriga, üldiselt, mida kõrgem on pH väärtus ja veetemperatuur, seda tugevam on toksilisus.

Kaks ammoniaagi määramiseks tavaliselt kasutatavat ligikaudse tundlikkusega kolorimeetrilist meetodit on klassikaline Nessleri reagendi meetod ja fenooli-hüpokloriti meetod. Ammoniaagi määramiseks kasutatakse tavaliselt ka tiitrimist ja elektrilisi meetodeid; kui ammoniaagi lämmastikusisaldus on kõrge, saab kasutada ka destilleerimis-tiitrimismeetodit. (Riiklikud standardid hõlmavad Nathi reagendi meetodit, salitsüülhappe spektrofotomeetriat ja destilleerimis-tiitrimismeetodit.)

2. Füüsikaline ja keemiline lämmastiku eemaldamise protsess

① Keemilise sadestamise meetod

Keemilise sadestamise meetod, tuntud ka kui MAP-sadestamise meetod, seisneb magneesiumi ja fosforhappe või vesinikfosfaadi lisamises ammooniumlämmastikku sisaldavale reoveele, nii et reovees olev NH4+ reageerib vesilahuses Mg+ ja PO4- ioonidega, tekitades ammooniummagneesiumfosfaadi sadestumise. Molekulaarvalem on MgNH4P04.6H20, et saavutada ammooniumlämmastiku eemaldamise eesmärk. Magneesiumammooniumfosfaati, tuntud ka kui struviit, saab kasutada komposti, mulla lisandina või leegiaeglustajana ehituskonstruktsioonide toodetes. Reaktsioonivõrrand on järgmine:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Keemilise sadestamise töötlusefekti mõjutavad peamised tegurid on pH väärtus, temperatuur, ammooniumlämmastiku kontsentratsioon ja molaarsuhe (n(Mg+): n(NH4+): n(P04-)). Tulemused näitavad, et kui pH väärtus on 10 ja magneesiumi, lämmastiku ja fosfori molaarsuhe on 1,2:1:1,2, on töötlusefekt parem.

Kasutades sadestavate ainetena magneesiumkloriidi ja dinaatriumvesinikfosfaati, näitavad tulemused, et töötlusefekt on parem, kui pH väärtus on 9,5 ja magneesiumi, lämmastiku ja fosfori molaarne suhe on 1,2:1:1.

Tulemused näitavad, et MgC12+Na3PO4·12H20 on teistest sadestavate ainete kombinatsioonidest parem. Kui pH väärtus on 10,0, temperatuur on 30 ℃, n(Mg+): n(NH4+): n(P04-) = 1:1:1, väheneb ammooniumlämmastiku massikontsentratsioon reovees pärast 30-minutilist segamist 222 mg/l-lt enne töötlemist 17 mg/l-ni ja eemaldamise määr on 92,3%.

Tööstusliku ammooniumlämmastiku kõrge kontsentratsiooniga reovee puhastamiseks kombineeriti keemilise sadestamise meetodit ja vedelmembraanmeetodit. Sadestamisprotsessi optimeerimise tingimustes saavutati ammooniumlämmastiku eemaldamise määr 98,1% ja edasine töötlemine vedelkilemeetodiga vähendas ammooniumlämmastiku kontsentratsiooni 0,005 g/l-ni, saavutades riikliku esimese klassi heitkoguste standardi.

Uuriti kahevalentsete metalliioonide (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) (välja arvatud Mg+) eemaldamise mõju ammooniumlämmastikule fosfaadi toimel. Pakuti välja uus CaSO4 sadestamise ja MAP sadestamise protsess ammooniumsulfaadiga reovee jaoks. Tulemused näitavad, et traditsioonilist NaOH regulaatorit saab asendada lubjaga.

Keemilise sadestamise meetodi eeliseks on see, et kui ammooniumlämmastiku reovee kontsentratsioon on kõrge, on teiste meetodite, näiteks bioloogilise meetodi, murdepunkti kloorimise meetodi, membraaneraldusmeetodi, ioonvahetusmeetodi jne rakendamine piiratud. Sel ajal saab keemilise sadestamise meetodit kasutada eeltöötluseks. Keemilise sadestamise meetodi eemaldamise efektiivsus on parem, see ei ole temperatuurist piiratud ja toimimine on lihtne. Magneesiumammooniumfosfaati sisaldavat sadestatud sette saab kasutada liitväetisena jäätmete utiliseerimiseks, kompenseerides seega osa kuludest; Kui seda saab kombineerida mõnede fosfaatreovett tootvate tööstusettevõtete ja soolalahust tootvate ettevõtetega, saab see kokku hoida ravimikulusid ja hõlbustada laiaulatuslikku kasutamist.

Keemilise sadestamise meetodi puuduseks on see, et ammooniummagneesiumfosfaadi lahustuvusprodukti piiratuse tõttu ei ole pärast ammooniumlämmastiku kontsentratsiooni saavutamist reovees eemaldamisefekt ilmne ja sisendkulud suurenevad oluliselt. Seetõttu tuleks keemilise sadestamise meetodit kasutada koos teiste täiustatud töötlemiseks sobivate meetoditega. Kasutatava reagendi kogus on suur, tekkiv sette maht on suur ja töötlemiskulud on suured. Kloriidiioonide ja jääkfosfori sissetoomine kemikaalide doseerimise ajal võib kergesti põhjustada sekundaarset reostust.

Alumiiniumsulfaadi hulgimüügitootja ja tarnija | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Kahealuselise naatriumfosfaadi hulgimüügitootja ja tarnija | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②puhumismeetod

Ammooniumlämmastiku eemaldamine puhumismeetodi abil seisneb pH väärtuse reguleerimises aluseliseks, nii et reovee ammoniaagioon muundatakse ammoniaagiks, nii et see eksisteerib peamiselt vaba ammoniaagi kujul, ja seejärel eemaldatakse vaba ammoniaak reoveest kandegaasiga, et saavutada ammooniumlämmastiku eemaldamise eesmärk. Peamised puhumistõhusust mõjutavad tegurid on pH väärtus, temperatuur, gaasi-vedeliku suhe, gaasi voolukiirus, algkontsentratsioon jne. Praegu kasutatakse puhumismeetodit laialdaselt kõrge ammooniumlämmastiku kontsentratsiooniga reovee puhastamisel.

Uuriti ammooniumlämmastiku eemaldamist prügila nõrgveest läbipuhumise meetodil. Leiti, et läbipuhumise efektiivsust mõjutavad peamised tegurid olid temperatuur, gaasi-vedeliku suhe ja pH väärtus. Kui vee temperatuur on üle 2590, gaasi-vedeliku suhe on umbes 3500 ja pH on umbes 10,5, võib eemaldamise määr prügila nõrgvee puhul ulatuda üle 90%, kusjuures ammooniumlämmastiku kontsentratsioon on kuni 2000–4000 mg/l. Tulemused näitavad, et kui pH = 11,5, eraldustemperatuur on 80 °C ja eraldusaeg on 120 minutit, võib ammooniumlämmastiku eemaldamise määr reoveest ulatuda 99,2%-ni.

Kõrge kontsentratsiooniga ammooniumlämmastiku reovee äravoolu efektiivsust mõõdeti vastuvoolu äravoolutorni abil. Tulemused näitasid, et äravoolu efektiivsus suurenes pH väärtuse suurenemisega. Mida suurem on gaasi ja vedeliku suhe, seda suurem on ammoniaagi eemaldamise massiülekande liikumapanev jõud ja seda suurem on ka äravoolu efektiivsus.

Ammooniumlämmastiku eemaldamine puhumismeetodi abil on efektiivne, hõlpsasti kasutatav ja hõlpsasti juhitav. Puhutud ammooniumlämmastikku saab kasutada väävelhappe absorbendina ja tekkivat väävelhapperaha saab kasutada väetisena. Puhumismeetod on praegu laialdaselt kasutatav tehnoloogia lämmastiku füüsikaliseks ja keemiliseks eemaldamiseks. Puhumismeetodil on aga mõned puudused, näiteks sagedane katlakivi teke puhumistornis, madal ammooniumlämmastiku eemaldamise efektiivsus madalal temperatuuril ja puhumisgaasist tingitud sekundaarne reostus. Puhumismeetodit kombineeritakse tavaliselt teiste ammooniumlämmastiku reoveepuhastusmeetoditega, et eelpuhastada kõrge kontsentratsiooniga ammooniumlämmastiku reovett.

③Murdepunkti kloorimine

Ammoniaagi eemaldamise mehhanism murdepunkti kloorimise teel on see, et kloorgaas reageerib ammoniaagiga, moodustades kahjutu lämmastikgaasi ja N2 pääseb atmosfääri, pannes reaktsiooniallika jätkama liikumist paremale. Reaktsioonivalem on:

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

Kui kloorgaas juhitakse reovette teatud punktini, on vaba kloori sisaldus vees madal ja ammoniaagi kontsentratsioon null. Kui kloorgaasi kogus sellest punktist läbi läheb, suureneb vaba kloori hulk vees, seetõttu nimetatakse seda punkti murdepunktiks ja selles olekus toimuvat kloorimist murdepunkti kloorimiseks.

Murdepunkti kloorimise meetodit kasutatakse puurimisreovee puhastamiseks pärast ammooniumlämmastiku läbipuhumist ning töötlemisefekti mõjutab otseselt eeltöötluse ammooniumlämmastiku läbipuhumise protsess. Kui 70% reovees olevast ammooniumlämmastikust eemaldatakse läbipuhumise teel ja seejärel töödeldakse murdepunkti kloorimisega, on ammooniumlämmastiku massikontsentratsioon väljavoolus alla 15 mg/l. Zhang Shengli jt. uurimisobjektiks olid simuleeritud ammooniumlämmastiku reovesi massikontsentratsiooniga 100 mg/l ning uuringutulemused näitasid, et naatriumhüpokloriti oksüdeerimise teel ammooniumlämmastiku eemaldamist mõjutavad peamised ja sekundaarsed tegurid olid kloori ja ammooniumlämmastiku koguse suhe, reaktsiooniaeg ja pH väärtus.

Murdepunkti kloorimise meetodil on kõrge lämmastiku eemaldamise efektiivsus, eemaldamise määr võib ulatuda 100%-ni ja ammoniaagi kontsentratsiooni reovees saab vähendada nullini. Mõju on stabiilne ja temperatuur ei mõjuta seda; Vajab vähem investeeringuid seadmetesse, kiire ja täielik reageerimine; Sellel on veekogule steriliseeriv ja desinfitseeriv mõju. Murdepunkti kloorimise meetodi rakendusala on see, et ammoniaaklämmastiku reovee kontsentratsioon on alla 40 mg/l, seega kasutatakse murdepunkti kloorimise meetodit enamasti ammoniaaklämmastiku reovee täiustatud töötlemiseks. Ohutu kasutamise ja ladustamise nõuded on kõrged, töötlemise kulud on suured ning kõrvalsaadused kloramiinid ja klooritud orgaanilised ühendid põhjustavad sekundaarset reostust.

④katalüütiline oksüdeerimismeetod

Katalüütilise oksüdeerimise meetod on katalüsaatori toimel teatud temperatuuril ja rõhul õhu kaudu oksüdeerimine, orgaanilise aine ja ammoniaagi oksüdeerimine ja lagunemine kahjututeks aineteks nagu CO2, N2 ja H2O, et saavutada puhastamise eesmärk.

Katalüütilise oksüdeerimise mõju mõjutavad tegurid on katalüsaatori omadused, temperatuur, reaktsiooniaeg, pH väärtus, ammoniaaklämmastiku kontsentratsioon, rõhk, segamise intensiivsus jne.

Uuriti osoonitud ammooniumlämmastiku lagunemisprotsessi. Tulemused näitasid, et pH väärtuse tõustes tekkis tugeva oksüdeerimisvõimega HO-radikaal ja oksüdatsioonikiirus kiirenes oluliselt. Uuringud näitavad, et osoon suudab oksüdeerida ammooniumlämmastiku nitritiks ja nitriti nitraadiks. Ammooniumlämmastiku kontsentratsioon vees väheneb aja jooksul ja ammooniumlämmastiku eemaldamise kiirus on umbes 82%. CuO-Mn02-Ce02 kasutati komposiitkatalüsaatorina ammooniumlämmastiku reovee puhastamiseks. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et äsja valmistatud komposiitkatalüsaatori oksüdeerimisaktiivsus on oluliselt paranenud ja sobivad protsessitingimused on 255 ℃, 4,2 MPa ja pH = 10,8. Ammooniumlämmastiku reovee puhastamisel algkontsentratsiooniga 1023 mg/l võib ammooniumlämmastiku eemaldamise kiirus ulatuda 98%-ni 150 minuti jooksul, saavutades riikliku sekundaarse heitvee standardi (50 mg/l).

Tseoliidil põhineva TiO2 fotokatalüsaatori katalüütilist jõudlust uuriti, uurides ammooniumlämmastiku lagunemiskiirust väävelhappe lahuses. Tulemused näitavad, et Ti02/tseoliidi fotokatalüsaatori optimaalne annus on 1,5 g/l ja reaktsiooniaeg ultraviolettkiirguse all 4 tundi. Ammooniumlämmastiku eemaldamise kiirus reoveest võib ulatuda 98,92%-ni. Uuriti kõrge rauasisaldusega ja nano-tsindioksiidi eemaldamise mõju fenoolile ja ammooniumlämmastikule ultraviolettkiirguse all. Tulemused näitavad, et ammooniumlämmastiku eemaldamise kiirus on 97,5%, kui ammooniumlämmastiku lahusele kontsentratsiooniga 50 mg/l rakendatakse pH väärtust 9,0, mis on 7,8% ja 22,5% kõrgem kui ainult kõrge rauasisaldusega või tsindioksiidi kasutamisel.

Katalüütilise oksüdeerimismeetodi eelisteks on kõrge puhastustõhusus, lihtne protsess, väike põhjapindala jne ning seda kasutatakse sageli kõrge kontsentratsiooniga ammoniaaklämmastiku reovee puhastamiseks. Rakenduse raskus seisneb katalüsaatori kadumise vältimises ja seadmete korrosioonikaitse tagamises.

5. Elektrokeemiline oksüdeerimismeetod

Elektrokeemiline oksüdatsioonimeetod viitab vees saasteainete eemaldamise meetodile katalüütilise aktiivsusega elektrooksüdatsiooni abil. Mõjutavad tegurid on voolutihedus, sisselaskevoolu kiirus, väljundaeg ja punktlahustumise aeg.

Uuriti ammoniaagi-lämmastiku reovee elektrokeemilist oksüdeerimist tsirkuleeriva vooluga elektrolüüsikambris, kus positiivne on Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 võrguelekter ja negatiivne on Ti võrguelekter. Tulemused näitavad, et kui kloriidioonide kontsentratsioon on 400 mg/l, on ammoniaagi lämmastiku algkontsentratsioon 40 mg/l, sissevoolu voolukiirus on 600 ml/min, voolutihedus on 20 mA/cm2 ja elektrolüüsi aeg on 90 minutit, on ammoniaagi lämmastiku eemaldamise kiirus 99,37%. See näitab, et ammoniaagi-lämmastiku reovee elektrolüütilisel oksüdeerimisel on head rakendusvõimalused.

3. Biokeemiline lämmastiku eemaldamise protsess

①kogu nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon

Täisprotsessiline nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon on bioloogiline meetod, mida on laialdaselt kasutatud juba pikka aega. See muundab reovees oleva ammooniumlämmastiku lämmastikuks mitmete reaktsioonide, näiteks nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni kaudu erinevate mikroorganismide toimel, et saavutada reovee puhastamise eesmärk. Ammooniumlämmastiku eemaldamiseks vajalik nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni protsess peab läbima kaks etappi:

Nitrifikatsioonireaktsioon: Nitrifikatsioonireaktsiooni viivad lõpule aeroobsed autotroofsed mikroorganismid. Aeroobses olekus kasutatakse lämmastikuallikana anorgaanilist lämmastikku NH4+ muundamiseks NO2--ks ja seejärel oksüdeeritakse see NO3--ks. Nitrifikatsiooniprotsessi saab jagada kahte etappi. Teises etapis muundavad nitrifitseerivad bakterid nitriidi nitraadiks (NO3-) ja nitrit nitraadiks (NO3-).

Denitrifikatsioonireaktsioon: Denitrifikatsioonireaktsioon on protsess, mille käigus denitrifitseerivad bakterid redutseerivad hüpoksia seisundis nitriit- ja nitraatlämmastiku gaasiliseks lämmastikuks (N2). Denitrifitseerivad bakterid on heterotroofsed mikroorganismid, millest enamik kuuluvad amfiitiliste bakterite hulka. Hüpoksia seisundis kasutavad nad energia saamiseks ning oksüdeerimiseks ja stabiliseerimiseks nitraadis olevat hapnikku elektronaktseptorina ja orgaanilist ainet (reovee BOD komponent) elektronidoonorina.

Kogu nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni protsessi rakendused hõlmavad peamiselt AO, A2O, oksüdatsioonikraave jne, mis on bioloogilise lämmastiku eemaldamise tööstuses kasutatav küpsem meetod.

Kogu nitrifikatsiooni- ja denitrifikatsioonimeetodi eelised on stabiilne toime, lihtne toimimine, sekundaarse reostuse puudumine ja madalad kulud. Sellel meetodil on ka mõningaid puudusi, näiteks süsinikuallika lisamine on vajalik, kui reovee C/N suhe on madal, temperatuurinõue on suhteliselt range, efektiivsus madalal temperatuuril on madal, pindala on suur, hapnikutarve on suur ning mõned kahjulikud ained, näiteks raskmetalliioonid, avaldavad mikroorganismidele survet, mis tuleb enne bioloogilise meetodi rakendamist eemaldada. Lisaks pärsib nitrifikatsiooniprotsessi ka kõrge ammooniumlämmastiku kontsentratsioon reovees. Seetõttu tuleks enne kõrge kontsentratsiooniga ammooniumlämmastikuga reovee puhastamist läbi viia eeltöötlus, et ammooniumlämmastikuga reovee kontsentratsioon oleks alla 500 mg/l. Traditsiooniline bioloogiline meetod sobib madala kontsentratsiooniga orgaanilist ainet sisaldava ammooniumlämmastikuga reovee, näiteks olmereovee, keemilise reovee jne puhastamiseks.

②Samaaegne nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon (SND)

Kui nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon viiakse läbi koos samas reaktoris, nimetatakse seda samaaegseks seedimise denitrifikatsiooniks (SND). Reovees lahustunud hapniku hulka piirab difusioonikiirus, mille tulemusel tekib mikroobse floki või biokile mikrokeskkonnas lahustunud hapniku gradient, mis omakorda soodustab mikroobse floki või biokile välispinnal oleva lahustunud hapniku gradiendi kasvu ja paljunemist aeroobsete nitrifitseerivate ja ammoniaagisistavate bakterite kasvu ja paljunemist. Mida sügavamale flokki või membraani on, seda madalam on lahustunud hapniku kontsentratsioon, mille tulemuseks on anoksiline tsoon, kus domineerivad denitrifitseerivad bakterid. Nii moodustub samaaegne seedimise ja denitrifikatsiooni protsess. Samaaegset seedimist ja denitrifikatsiooni mõjutavad tegurid on pH väärtus, temperatuur, leeliselisus, orgaanilise süsiniku allikas, lahustunud hapnik ja sette vanus.

Carrouseli oksüdatsioonikraavis toimus samaaegne nitrifikatsioon/denitrifikatsioon ning lahustunud hapniku kontsentratsioon Carrouseli oksüdatsioonikraavi aereeritud tiiviku vahel vähenes järk-järgult ning lahustunud hapniku kontsentratsioon Carrouseli oksüdatsioonikraavi alumises osas oli madalam kui ülemises osas. Nitraatlämmastiku tekke- ja tarbimise kiirused kanali igas osas on peaaegu võrdsed ning ammooniumlämmastiku kontsentratsioon kanalis on alati väga madal, mis näitab, et nitrifikatsiooni- ja denitrifikatsioonireaktsioonid toimuvad Carrouseli oksüdatsioonikanalis samaaegselt.

Kodumajapidamiste reovee puhastamise uuring näitab, et mida kõrgem on CODCr, seda täielikum on denitrifikatsioon ja parem on trinitrifikatsiooni eemaldamine. Lahustunud hapniku mõju samaaegsele nitrifikatsioonile ja denitrifikatsioonile on suur. Kui lahustunud hapniku taset kontrollitakse 0,5–2 mg/l juures, on kogu lämmastiku eemaldamise efekt hea. Samal ajal säästab nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni meetod reaktorit, lühendab reaktsiooniaega, vähendab energiatarbimist, säästab investeeringuid ja hõlbustab pH väärtuse stabiilsena hoidmist.

③Lühiajaline lagundamine ja denitrifikatsioon

Samas reaktoris kasutatakse ammoniaaki oksüdeerivaid baktereid ammoniaagi oksüdeerimiseks aeroobsetes tingimustes nitritiks ja seejärel denitrifitseeritakse nitrit otse, et toota lämmastikku, kasutades hüpoksia tingimustes orgaanilist ainet või välist süsinikuallikat elektronidoonorina. Lühiajalise nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni mõjutegurid on temperatuur, vaba ammoniaak, pH väärtus ja lahustunud hapnik.

Temperatuuri mõju lühiajalisele nitrifikatsioonile mereveeta ja 30% mereveega munitsipaalreovee puhul. Katsetulemused näitavad, et mereveeta munitsipaalreovee puhul soodustab temperatuuri tõstmine lühiajalise nitrifikatsiooni saavutamist. Kui merevee osakaal olmereovees on 30%, on lühiajalist nitrifikatsiooni võimalik saavutada keskmise temperatuuri tingimustes. Delfti Tehnikaülikool töötas välja SHARON protsessi, milles kõrge temperatuur (umbes 30–4090 °F) soodustab nitritibakterite vohamist, mistõttu nitritibakterid kaotavad konkurentsi, samal ajal kui sette vanuse kontrollimisega kõrvaldatakse nitritibakterid, nii et nitrifikatsioonireaktsioon toimub nitritifaasis.

Nitritbakterite ja nitritbakterite hapnikuafiinsuse erinevuse põhjal töötas Genti mikroobide ökoloogia labor välja OLAND-protsessi, et saavutada nitritilämmastiku akumuleerumine lahustunud hapniku kontrollimise teel nitritbakterite elimineerimiseks.

Koksistamisreovee lühiajalise nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni töötlemise pilootkatsete tulemused näitavad, et kui sissevooluvee keemiline hapnikutarve (KHT), ammooniumlämmastik, triatlon ja fenooli kontsentratsioonid on 1201,6, 510,4, 540,1 ja 110,4 mg/l, siis heitvee keskmine KHT, ammooniumlämmastik, triatlon ja fenooli kontsentratsioon on vastavalt 197,1, 14,2, 181,5 ja 0,4 mg/l. Vastavad eemaldamismäärad olid vastavalt 83,6%, 97,2%, 66,4% ja 99,6%.

Lühiajaline nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon ei läbi nitraadi etappi, säästes bioloogiliseks lämmastiku eemaldamiseks vajalikku süsinikuallikat. Sellel on teatud eelised ammooniumlämmastiku reovee puhul, millel on madal C/N suhe. Lühiajalise nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni eelised on väiksem sette hulk, lühike reaktsiooniaeg ja reaktori mahu kokkuhoid. Lühiajaline nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon nõuavad aga nitriti stabiilset ja püsivat akumuleerumist, seega on võtmetähtsusega see, kuidas nitrifitseerivate bakterite aktiivsust tõhusalt pärssida.

④ Anaeroobne ammoniaagi oksüdeerimine

Anaeroobne ammoksüdatsioon on ammooniumlämmastiku otsene oksüdeerimine lämmastikuks autotroofsete bakterite poolt hüpoksia tingimustes, kusjuures elektronaktseptoriks on lämmastik või lämmastik.

Uuriti temperatuuri ja pH mõju anammoX bioloogilisele aktiivsusele. Tulemused näitasid, et optimaalne reaktsioonitemperatuur oli 30 ℃ ja pH väärtus 7,8. Uuriti anaeroobse ammoX reaktori teostatavust kõrge soolsusega ja kõrge lämmastikusisaldusega reovee töötlemiseks. Tulemused näitasid, et kõrge soolsus pärssis oluliselt anammoX aktiivsust ja see pärssimine oli pöörduv. Aklimatiseerimata sette anaeroobne ammoksi aktiivsus oli 30 g.L-1 (NaC1) soolsuse juures 67,5% madalam kui kontrollmudal. Aklimatiseerunud sette anammoX aktiivsus oli 45,1% madalam kui kontrollmudal. Kui aklimatiseerunud sette viidi kõrge soolsusega keskkonnast madala soolsusega keskkonda (ilma soolveeta), suurenes anaeroobne ammoX aktiivsus 43,1%. Reaktori funktsioon on aga altid langusele, kui see töötab pikka aega kõrge soolsusega keskkonnas.

Võrreldes traditsioonilise bioloogilise protsessiga on anaeroobne ammoX säästlikum bioloogilise lämmastiku eemaldamise tehnoloogia, millel puudub täiendav süsinikuallikas, madal hapnikutarve, neutraliseerivate reagentide vajadus ja väiksem sette teke. Anaeroobse ammoXi puudusteks on aeglane reaktsioonikiirus, suur reaktori maht ja anaeroobse amMOXi jaoks ebasoodne süsinikuallikas, millel on praktiline tähtsus halva biolagunevusega ammooniumlämmastiku reovee lahustamisel.

4. lämmastiku eraldamise ja adsorptsiooni eemaldamise protsess

① membraaneraldusmeetod

Membraanide eraldusmeetod seisneb membraani selektiivse läbilaskvuse kasutamises vedeliku komponentide selektiivseks eraldamiseks, et saavutada ammoniaaklämmastiku eemaldamise eesmärk. See meetod hõlmab pöördosmoosi, nanofiltratsiooni, deammoniaažimembraani ja elektrodialüüsi. Membraanide eraldust mõjutavad tegurid on membraani omadused, rõhk või pinge, pH väärtus, temperatuur ja ammoniaaklämmastiku kontsentratsioon.

Haruldaste muldmetallide sulatusahjust väljuva ammooniumlämmastiku reovee vee kvaliteedi hindamiseks viidi läbi pöördosmoosi katse NH4C1 ja NaCI simuleeritud reoveega. Leiti, et samades tingimustes on pöördosmoosi korral NaCI eemaldamise määr kõrgem, samas kui NHCl-il on kõrgem veetootmise määr. NH4C1 eemaldamise määr pärast pöördosmoosi töötlemist on 77,3%, mida saab kasutada ammooniumlämmastiku reovee eeltöötlusena. Pöördosmoosi tehnoloogia aitab säästa energiat ja sellel on hea termiline stabiilsus, kuid kloorikindlus ja reostuskindlus on kehv.

Prügila nõrgvee töötlemiseks kasutati biokeemilist nanofiltratsioonimembraaniga eraldusprotsessi, mille käigus juhiti standardi kohaselt välja 85–90% läbilaskvast vedelikust ning prügimahutisse suunati tagasi vaid 0–15% kontsentreeritud reoveevedelikust ja mudast. Ozturki jt. töödeldi Türgis Odayeri prügila nõrgvett nanofiltratsioonimembraaniga ning ammoniaaklämmastiku eemaldamise määr oli umbes 72%. Nanofiltratsioonimembraan vajab madalamat rõhku kui pöördosmoosimembraan ja seda on lihtne kasutada.

Ammoniaaki eemaldavat membraansüsteemi kasutatakse üldiselt kõrge ammooniumlämmastiku sisaldusega reovee puhastamisel. Vee ammooniumlämmastiku tasakaal on järgmine: NH4- +OH- = NH3 + H2O. Töötamise ajal voolab ammoniaaki sisaldav reovesi membraanimooduli kestas ja hapet absorbeeriv vedelik membraanimooduli torus. Kui reovee pH tõuseb või temperatuur tõuseb, nihkub tasakaal paremale ja ammooniumiioon NH4- muutub vabaks gaasiliseks NH3-ks. Sel ajal saab gaasiline NH3 siseneda torus olevasse reoveefaasi kestas olevast reoveefaasist läbi õõneskiudude pinnal olevate mikropooride, mis absorbeerub happelahusesse ja muutub kohe ioonseks NH4-ks. Reovee pH-d tuleb hoida üle 10 ja temperatuuri üle 35 °C (alla 50 °C), nii et reoveefaasis olev NH4 muutub pidevalt NH3-ks absorptsioonivedeliku faasi migratsiooniks. Selle tulemusena väheneb ammooniumlämmastiku kontsentratsioon reovee poolel pidevalt. Happe neeldumise vedel faas moodustab väga puhta ammooniumsoola, kuna see sisaldab ainult hapet ja NH4-, mis saavutab pideva ringluse järel teatud kontsentratsiooni, mida saab taaskasutada. Ühelt poolt saab selle tehnoloogia abil oluliselt parandada ammooniumlämmastiku eemaldamise kiirust reoveest ja teiselt poolt vähendada reoveepuhastussüsteemi kogukulu.

②elektrodialüüsi meetod

Elektrodialüüs on meetod lahustunud tahkete ainete eemaldamiseks vesilahustest, rakendades membraanipaaride vahele pinget. Pinge mõjul rikastatakse ammoniaagi-lämmastiku reovees olevad ammoniaagiioonid ja teised ioonid läbi membraani ammoniaaki sisaldavas kontsentreeritud vees, et saavutada eemaldamise eesmärk.

Elektrodialüüsi meetodit kasutati anorgaanilise reovee puhastamiseks kõrge ammooniumlämmastiku kontsentratsiooniga ja saavutati häid tulemusi. 2000–3000 mg/l ammooniumlämmastiku kontsentratsiooniga reovee puhul võib ammooniumlämmastiku eemaldamise määr olla üle 85% ja kontsentreeritud ammoniaakvett on võimalik saada 8,9%. Elektrodialüüsi käigus tarbitav elektrienergia hulk on proportsionaalne reovee ammooniumlämmastiku hulgaga. Reovee elektrodialüüsi töötlemine ei ole piiratud pH väärtuse, temperatuuri ega rõhuga ning seda on lihtne kasutada.

Membraanseparatsiooni eelised on ammooniumlämmastiku kõrge taaskasutus, lihtne töö, stabiilne puhastusefekt ja sekundaarse reostuse puudumine. Kõrge kontsentratsiooniga ammooniumlämmastikuga reovee puhastamisel on aga peale deammoniseeritud membraanide teiste membraanide puhul lihtne katlakivi tekitada ja ummistuda ning regenereerimine ja tagasipesu on sagedased, mis suurendab puhastuskulusid. Seetõttu sobib see meetod paremini eelpuhastuseks või madala kontsentratsiooniga ammooniumlämmastikuga reovee puhastamiseks.

③ Ioonvahetusmeetod

Ioonvahetusmeetod on meetod ammooniumlämmastiku eemaldamiseks reoveest, kasutades materjale, millel on tugev ammoniaagioonide selektiivne adsorptsioon. Tavaliselt kasutatavad adsorptsioonimaterjalid on aktiivsüsi, tseoliit, montmorilloniit ja vahetusvaik. Tseoliit on ränialuminaat, millel on kolmemõõtmeline ruumiline struktuur, regulaarne pooride struktuur ja augud. Nende hulgas on klinoptiloliidil tugev ammoniaagioonide selektiivne adsorptsioonivõime ja madal hind, seega kasutatakse seda tavaliselt ammooniumlämmastiku reovee adsorptsioonimaterjalina inseneriteadustes. Klinoptiloliidi puhastusefekti mõjutavad tegurid on osakeste suurus, sissevooluava ammooniumlämmastiku kontsentratsioon, kokkupuuteaeg, pH väärtus jne.

Tseoliidi adsorptsiooniefekt ammooniumlämmastikule on ilmne, millele järgneb raniidi oma ning pinnase ja keramisiidi mõju on nõrk. Peamine viis ammooniumlämmastiku eemaldamiseks tseoliidist on ioonvahetus ja füüsikalise adsorptsiooni efekt on väga väike. Keramiidi, pinnase ja raniidi ioonvahetuse efekt on sarnane füüsikalise adsorptsiooni efektiga. Nelja täiteaine adsorptsioonivõime vähenes temperatuuri tõustes vahemikus 15–35 ℃ ja suurenes pH väärtuse tõustes vahemikus 3–9. Adsorptsiooni tasakaal saavutati pärast 6-tunnist ostsillatsiooni.

Uuriti tseoliidi adsorptsiooni abil prügila nõrgveest ammooniumlämmastiku eemaldamise teostatavust. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et iga grammi tseoliidi piiratud adsorptsioonipotentsiaal on 15,5 mg ammooniumlämmastikku. Kui tseoliidi osakeste suurus on 30–16 mešši, ulatub ammooniumlämmastiku eemaldamise kiirus 78,5%-ni. Sama adsorptsiooniaja, annuse ja tseoliidi osakeste suuruse korral, mida suurem on sissevoolu ammooniumlämmastiku kontsentratsioon, seda suurem on adsorptsioonikiirus ja tseoliidi kui adsorbendi abil on võimalik ammooniumlämmastikku nõrgveest eemaldada. Samal ajal juhitakse tähelepanu sellele, et ammooniumlämmastiku adsorptsioonikiirus tseoliidi poolt on madal ja tseoliidil on praktikas raske saavutada küllastus-adsorptsioonivõimet.

Uuriti bioloogilise tseoliidikihi eemaldamise mõju lämmastikule, keemilisele hapnikutarbele ja teistele saasteainetele simuleeritud küla reovees. Tulemused näitavad, et ammooniumlämmastiku eemaldamise määr bioloogilise tseoliidikihi abil on üle 95% ja nitraatlämmastiku eemaldamist mõjutab oluliselt hüdrauliline viibeaeg.

Ioonvahetusmeetodi eelised on väike investeering, lihtne protsess, mugav käsitsemine, mürgi- ja temperatuuritundlikkus ning tseoliidi taaskasutamine regenereerimise teel. Kõrge kontsentratsiooniga ammooniumlämmastikuga reovee töötlemisel on regenereerimine aga sagedane, mis tekitab töös ebamugavusi, seega tuleb seda kombineerida teiste ammooniumlämmastikuga töötlemise meetoditega või kasutada madala kontsentratsiooniga ammooniumlämmastikuga reovee töötlemiseks.

4A tseoliidi hulgimüügitootja ja tarnija | EVERBRIGHT (cnchemist.com)