Ջրից ամոնիակային ազոտը հեռացնելու քիմիական նյութեր և գործընթացներ

1. Ի՞նչ է ամոնիակային ազոտը։

Ամոնիակային ազոտը վերաբերում է ազատ ամոնիակի (կամ ոչ իոնային ամոնիակի, NH3) կամ իոնային ամոնիակի (NH4+) տեսքով ամոնիակին։ Ավելի բարձր pH-ը և ազատ ամոնիակի ավելի մեծ համամասնությունը։ Ընդհակառակը, ամոնիումային աղի համամասնությունը բարձր է։

Ամոնիակային ազոտը ջրի սննդարար նյութ է, որը կարող է հանգեցնել ջրի էվտրոֆիկացման, և ջրի հիմնական թթվածին սպառող աղտոտիչն է, որը թունավոր է ձկների և որոշ ջրային օրգանիզմների համար։

Ամոնիակային ազոտի հիմնական վնասակար ազդեցությունը ջրային օրգանիզմների վրա ազատ ամոնիակն է, որի թունավորությունը տասնյակ անգամներ մեծ է ամոնիումային աղի թունավորությունից և աճում է ալկալիականության աճին զուգընթաց: Ամոնիակային ազոտի թունավորությունը սերտորեն կապված է լողավազանի ջրի pH արժեքի և ջրի ջերմաստիճանի հետ, ընդհանուր առմամբ, որքան բարձր է pH արժեքը և ջրի ջերմաստիճանը, այնքան ուժեղ է թունավորությունը:

Ամոնիակը որոշելու համար սովորաբար օգտագործվող մոտավոր զգայունության գունաչափական երկու մեթոդներն են՝ դասական Նեսլերի ռեակտիվի մեթոդը և ֆենոլ-հիպոքլորիտի մեթոդը: Ամոնիակը որոշելու համար լայնորեն օգտագործվում են նաև տիտրումներ և էլեկտրական մեթոդներ. երբ ամոնիակային ազոտի պարունակությունը բարձր է, կարող է օգտագործվել նաև թորման տիտրման մեթոդը: (Ազգային ստանդարտները ներառում են Նաթի ռեակտիվի մեթոդը, սալիցիլաթթվի սպեկտրոֆոտոմետրիան, թորման-տիտրման մեթոդը):

2. Ազոտի ֆիզիկական և քիմիական հեռացման գործընթաց

① Քիմիական նստվածքի մեթոդ

Քիմիական նստեցման մեթոդը, որը հայտնի է նաև որպես MAP նստեցման մեթոդ, ամոնիակային ազոտ պարունակող կեղտաջրին մագնեզիում և ֆոսֆորական թթու կամ ջրածնի ֆոսֆատ ավելացնելն է, որպեսզի կեղտաջրերի մեջ եղած NH4+-ը ջրային լուծույթում փոխազդի Mg+-ի և PO4-ի հետ՝ առաջացնելով ամոնիում-մագնեզիում-ֆոսֆատի նստվածք, որի մոլեկուլային բանաձևը MgNH4P04.6H2O է, որպեսզի հասնենք ամոնիակային ազոտը հեռացնելու նպատակին: Մագնեզիում-ամոնիումի ֆոսֆատը, որը հայտնի է որպես ստրուվիտ, կարող է օգտագործվել որպես կոմպոստ, հողի հավելանյութ կամ հրդեհամարիչ շինարարական կառուցվածքային արտադրանքների համար: Ռեակցիայի հավասարումը հետևյալն է.

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Քիմիական նստվածքի մշակման ազդեցության վրա ազդող հիմնական գործոններն են՝ pH արժեքը, ջերմաստիճանը, ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան և մոլային հարաբերակցությունը (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)): Արդյունքները ցույց են տալիս, որ երբ pH արժեքը 10 է, իսկ մագնեզիումի, ազոտի և ֆոսֆորի մոլային հարաբերակցությունը՝ 1.2:1:1.2, մշակման ազդեցությունն ավելի լավ է:

Մագնեզիումի քլորիդը և դինատրիումի ջրածնի ֆոսֆատը որպես նստվածք առաջացնող նյութեր օգտագործելով՝ արդյունքները ցույց են տալիս, որ մշակման ազդեցությունն ավելի լավ է, երբ pH-ի արժեքը 9.5 է, իսկ մագնեզիումի, ազոտի և ֆոսֆորի մոլային հարաբերակցությունը՝ 1.2:1:1։

Արդյունքները ցույց են տալիս, որ MgC12+Na3PO4.12H20-ը գերազանցում է նստվածք առաջացնող այլ նյութերի համակցություններին։ Երբ pH արժեքը 10.0 է, ջերմաստիճանը 30℃ է, n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)= 1:1:1 հարաբերակցությամբ, կեղտաջրում ամոնիակային ազոտի զանգվածային կոնցենտրացիան 30 րոպե խառնելուց հետո նվազում է 222 մգ/լ-ից մինչև 17 մգ/լ, իսկ հեռացման արագությունը՝ 92.3%։

Արդյունաբերական բարձր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտի կեղտաջրերի մաքրման համար համակցվել են քիմիական նստեցման և հեղուկ թաղանթային մեթոդները: Տեղումների գործընթացի օպտիմալացման պայմաններում ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը հասել է 98.1%-ի, իսկ հեղուկ թաղանթային մեթոդով հետագա մշակումը ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան նվազեցրել է մինչև 0.005 գ/լ՝ հասնելով ազգային առաջին դասի արտանետումների ստանդարտին:

Հետազոտվել է Mg+-ից բացի այլ երկարժեք մետաղական իոնների (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) հեռացման ազդեցությունը ամոնիակային ազոտի վրա ֆոսֆատի ազդեցությամբ: Առաջարկվել է ամոնիումի սուլֆատի կեղտաջրերի համար CaSO4 նստեցման-MAP նստեցման նոր գործընթաց: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ ավանդական NaOH կարգավորիչը կարող է փոխարինվել կրով:

Քիմիական նստվածքի մեթոդի առավելությունն այն է, որ երբ ամոնիակային ազոտի կեղտաջրերի կոնցենտրացիան բարձր է, այլ մեթոդների կիրառումը սահմանափակ է, ինչպիսիք են կենսաբանական մեթոդը, քլորացման կետի քլորացման մեթոդը, թաղանթային բաժանման մեթոդը, իոնափոխանակման մեթոդը և այլն: Այս պահին նախնական մշակման համար կարող է օգտագործվել քիմիական նստվածքի մեթոդը: Քիմիական նստվածքի մեթոդի հեռացման արդյունավետությունն ավելի լավ է, այն չի սահմանափակվում ջերմաստիճանով, իսկ գործողությունը պարզ է: Մագնեզիումի ամոնիումի ֆոսֆատ պարունակող նստվածքային տիղմը կարող է օգտագործվել որպես կոմպոզիտային պարարտանյութ՝ թափոնների օգտագործումը իրականացնելու համար, այդպիսով փոխհատուցելով ծախսերի մի մասը: Եթե այն կարող է համակցվել ֆոսֆատային կեղտաջրեր արտադրող որոշ արդյունաբերական ձեռնարկությունների և աղաջուր արտադրող ձեռնարկությունների հետ, դա կարող է խնայել դեղագործական ծախսերը և նպաստել լայնածավալ կիրառմանը:

Քիմիական նստեցման մեթոդի թերությունն այն է, որ ամոնիումի մագնեզիումի ֆոսֆատի լուծելիության արգասիքի սահմանափակման պատճառով, կեղտաջրերում ամոնիակային ազոտի որոշակի կոնցենտրացիայի հասնելուց հետո, հեռացման ազդեցությունը ակնհայտ չէ, և մուտքային արժեքը զգալիորեն մեծանում է: Հետևաբար, քիմիական նստեցման մեթոդը պետք է օգտագործվի այլ մեթոդների հետ համատեղ, որոնք հարմար են առաջադեմ մաքրման համար: Օգտագործվող ռեակտիվի քանակը մեծ է, առաջացող տիղմը մեծ է, և մաքրման արժեքը բարձր է: Քիմիական նյութերի դեղաչափման ընթացքում քլորիդային իոնների և մնացորդային ֆոսֆորի ներմուծումը կարող է հեշտությամբ առաջացնել երկրորդային աղտոտում:

Ալյումինի սուլֆատի մեծածախ արտադրող և մատակարար | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Դիբազային նատրիումի ֆոսֆատի մեծածախ արտադրող և մատակարար | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

② փչելու մեթոդ

Ամոնիակային ազոտի հեռացումը փչման մեթոդով pH-ի արժեքը բազայինի հասցնելու համար է, որպեսզի կեղտաջրերի մեջ ամոնիակային իոնը վերածվի ամոնիակի, որպեսզի այն հիմնականում գոյություն ունենա ազատ ամոնիակի տեսքով, ապա ազատ ամոնիակը դուրս է բերվում կեղտաջրերից կրող գազի միջոցով՝ ամոնիակային ազոտի հեռացման նպատակին հասնելու համար: Փչման արդյունավետության վրա ազդող հիմնական գործոններն են pH-ի արժեքը, ջերմաստիճանը, գազ-հեղուկ հարաբերակցությունը, գազի հոսքի արագությունը, սկզբնական կոնցենտրացիան և այլն: Ներկայումս փչման մեթոդը լայնորեն կիրառվում է ամոնիակային ազոտի բարձր կոնցենտրացիայով կեղտաջրերի մաքրման մեջ:

Ուսումնասիրվել է ամոնիակային ազոտի հեռացումը աղբավայրի կեղտաջրերից՝ փչման մեթոդով: Պարզվել է, որ փչման արդյունավետությունը վերահսկող հիմնական գործոններն են ջերմաստիճանը, գազ-հեղուկ հարաբերակցությունը և pH-ի արժեքը: Երբ ջրի ջերմաստիճանը 2590-ից բարձր է, գազ-հեղուկ հարաբերակցությունը մոտ 3500 է, իսկ pH-ը՝ մոտ 10.5, հեռացման արագությունը կարող է հասնել ավելի քան 90%-ի աղբավայրի կեղտաջրերի համար՝ 2000-4000 մգ/լ ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիայով: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ երբ pH=11.5 է, մաքրման ջերմաստիճանը 80°C է, իսկ մաքրման ժամանակը 120 րոպե, կեղտաջրերից ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը կարող է հասնել 99.2%-ի:

Բարձր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտով կեղտաջրերի արտանետման արդյունավետությունը չափվել է հակահոսանքային արտանետման աշտարակի միջոցով: Արդյունքները ցույց են տվել, որ արտանետման արդյունավետությունը մեծանում է pH-ի արժեքի բարձրացման հետ մեկտեղ: Որքան մեծ է գազ-հեղուկ հարաբերակցությունը, այնքան մեծ է ամոնիակային զանգվածի փոխանցման շարժիչ ուժը, և ապամոնտաժման արդյունավետությունը նույնպես մեծանում է:

Ամոնիակային ազոտի հեռացումը փչման մեթոդով արդյունավետ է, հեշտ է իրականացնել և հեշտ է կառավարել: Փչվող ամոնիակային ազոտը կարող է օգտագործվել որպես կլանիչ ծծմբական թթվի հետ, իսկ առաջացած ծծմբական թթուն կարող է օգտագործվել որպես պարարտանյութ: Փչման մեթոդը ներկայումս ֆիզիկական և քիմիական ազոտի հեռացման համար լայնորեն օգտագործվող տեխնոլոգիա է: Այնուամենայնիվ, փչման մեթոդն ունի որոշ թերություններ, ինչպիսիք են փչման աշտարակում հաճախակի նստվածք առաջացումը, ցածր ջերմաստիճանում ամոնիակային ազոտի հեռացման ցածր արդյունավետությունը և փչման գազից առաջացող երկրորդային աղտոտումը: Փչման մեթոդը սովորաբար համակցվում է ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի մաքրման այլ մեթոդների հետ՝ բարձր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերը նախնական մաքրելու համար:

③Կոտրման կետի քլորացում

Ամոնիակի հեռացման մեխանիզմը քլորացման միջոցով կայանում է նրանում, որ քլոր գազը փոխազդում է ամոնիակի հետ՝ առաջացնելով անվնաս ազոտ գազ, և N2-ը դուրս է գալիս մթնոլորտ, ինչի հետևանքով ռեակցիայի աղբյուրը շարունակում է շարժվել դեպի աջ։ Ռեակցիայի բանաձևն է՝

HOCl NH4 + + 1.5 – > 0.5 N2 H2O H++ Cl – 1.5 + 2.5 + 1.5)

Երբ քլոր գազը տեղափոխվում է կեղտաջրերի մեջ մինչև որոշակի կետ, ջրում ազատ քլորի պարունակությունը ցածր է, իսկ ամոնիակի կոնցենտրացիան՝ զրո։ Երբ քլոր գազը անցնում է կետից, ջրում ազատ քլորի քանակը մեծանում է, հետևաբար, կետը կոչվում է ճեղքման կետ, իսկ քլորացումը այս վիճակում՝ ճեղքման կետի քլորացում։

Ամոնիակային ազոտի փչումից հետո հորատման կեղտաջրերը մաքրելու համար օգտագործվում է քլորացման կետային մեթոդը, և մաքրման արդյունավետությունը անմիջականորեն կախված է նախնական մշակման ամոնիակային ազոտի փչման գործընթացից: Երբ կեղտաջրերի մեջ ամոնիակային ազոտի 70%-ը հեռացվում է փչման գործընթացով, ապա մշակվում է քլորացման կետային մեթոդով, կեղտաջրերում ամոնիակային ազոտի զանգվածային կոնցենտրացիան կազմում է 15 մգ/լ-ից պակաս: Չժան Շենգլին և այլք որպես հետազոտության օբյեկտ վերցրել են ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի մոդելավորում՝ 100 մգ/լ զանգվածային կոնցենտրացիայով, և հետազոտության արդյունքները ցույց են տվել, որ նատրիումի հիպոքլորիտի օքսիդացման միջոցով ամոնիակային ազոտի հեռացմանը ազդող հիմնական և երկրորդային գործոններն են քլորի և ամոնիակային ազոտի քանակական հարաբերակցությունը, ռեակցիայի ժամանակը և pH արժեքը:

Քլորացման կետային մեթոդը ունի ազոտի հեռացման բարձր արդյունավետություն, հեռացման արագությունը կարող է հասնել 100%-ի, իսկ կեղտաջրերում ամոնիակի կոնցենտրացիան կարող է զրոյացվել։ Ազդեցությունը կայուն է և չի ազդվում ջերմաստիճանից։ Սարքավորումների համար քիչ ներդրում է պահանջվում, արագ և լիարժեք արձագանք։ Այն ունի ջրային մարմնի վրա ստերիլիզացման և ախտահանման ազդեցություն։ Քլորացման կետային մեթոդի կիրառման շրջանակն այն է, որ ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի կոնցենտրացիան 40 մգ/լ-ից պակաս է, ուստի քլորացման կետային մեթոդը հիմնականում օգտագործվում է ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի առաջադեմ մաքրման համար։ Անվտանգ օգտագործման և պահպանման պահանջը բարձր է, մաքրման արժեքը բարձր է, իսկ քլորամիններն ու քլորացված օրգանական նյութերը կարող են երկրորդային աղտոտում առաջացնել։

④կատալիտիկ օքսիդացման մեթոդ

Կատալիտիկ օքսիդացման մեթոդը կատալիզատորի ազդեցությամբ, որոշակի ջերմաստիճանի և ճնշման տակ, օդային օքսիդացման միջոցով, կոյուղու մեջ պարունակվող օրգանական նյութերը և ամոնիակը կարող են օքսիդացվել և քայքայվել անվնաս նյութերի, ինչպիսիք են CO2-ը, N2-ը և H2O-ն, մաքրման նպատակին հասնելու համար։

Կատալիտիկ օքսիդացման ազդեցության վրա ազդող գործոններն են կատալիզատորի բնութագրերը, ջերմաստիճանը, ռեակցիայի ժամանակը, pH արժեքը, ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան, ճնշումը, խառնման ինտենսիվությունը և այլն։

Ուսումնասիրվել է օզոնացված ամոնիակային ազոտի քայքայման գործընթացը: Արդյունքները ցույց են տվել, որ երբ pH-ի արժեքը բարձրանում է, առաջանում է մի տեսակ HO ռադիկալ՝ ուժեղ օքսիդացման ունակությամբ, և օքսիդացման արագությունը զգալիորեն արագանում է: Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ օզոնը կարող է օքսիդացնել ամոնիակային ազոտը նիտրիտի, իսկ նիտրիտը նիտրատի: Ջրում ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան նվազում է ժամանակի աճին զուգընթաց, և ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը կազմում է մոտ 82%: CuO-Mn02-Ce02-ը օգտագործվել է որպես կոմպոզիտային կատալիզատոր ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի մշակման համար: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ նոր պատրաստված կոմպոզիտային կատալիզատորի օքսիդացման ակտիվությունը զգալիորեն բարելավվել է, և համապատասխան գործընթացային պայմաններն են՝ 255℃, 4.2MPa և pH=10.8: 1023 մգ/լ սկզբնական կոնցենտրացիայով ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի մշակման դեպքում ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը կարող է հասնել 98%-ի 150 րոպեի ընթացքում՝ հասնելով ազգային երկրորդային (50 մգ/լ) արտանետման ստանդարտին:

Զեոլիտային հենարանով TiO2 ֆոտոկատալիզատորի կատալիտիկ կատարողականը ուսումնասիրվել է ծծմբական թթվի լուծույթում ամոնիակային ազոտի քայքայման արագության ուսումնասիրության միջոցով: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ TiO2/զեոլիտային ֆոտոկատալիզատորի օպտիմալ դեղաչափը 1.5 գ/լ է, իսկ ռեակցիայի ժամանակը` 4 ժամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման տակ: Ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը կեղտաջրերից կարող է հասնել 98.92%-ի: Ուսումնասիրվել է բարձր երկաթի և նանո-չին երկօքսիդի հեռացման ազդեցությունը ուլտրամանուշակագույն լույսի տակ ֆենոլի և ամոնիակային ազոտի վրա: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը կազմում է 97.5%, երբ pH=9.0 է կիրառվում ամոնիակային ազոտի լուծույթին 50 մգ/լ կոնցենտրացիայով, ինչը 7.8%-ով և 22.5%-ով ավելի է, քան բարձր երկաթի կամ չին երկօքսիդի միայն հեռացման արագությունը:

Կատալիտիկ օքսիդացման մեթոդն ունի բարձր մաքրման արդյունավետության, պարզ գործընթացի, փոքր հատակային մակերեսի և այլնի առավելություններ, և հաճախ օգտագործվում է բարձր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտի կեղտաջրերի մաքրման համար: Կիրառման դժվարությունը կատալիզատորի կորստի կանխարգելման և սարքավորումների կոռոզիայից պաշտպանության մեջ է:

⑤ էլեկտրաքիմիական օքսիդացման մեթոդ

Էլեկտրաքիմիական օքսիդացման մեթոդը վերաբերում է ջրում աղտոտող նյութերը հեռացնելու մեթոդին՝ օգտագործելով կատալիտիկ ակտիվությամբ էլեկտրոօքսիդացում: Ազդող գործոններն են հոսանքի խտությունը, մուտքային հոսքի արագությունը, ելքի ժամանակը և կետային լուծույթի ժամանակը:

Ուսումնասիրվել է ամոնիակ-ազոտ կեղտաջրերի էլեկտրաքիմիական օքսիդացումը շրջանառվող հոսքի էլեկտրոլիտիկ խցիկում, որտեղ դրականը Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 ցանցային էլեկտրականությունն է, իսկ բացասականը՝ Ti ցանցային էլեկտրականությունը: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ երբ քլորիդ իոնի կոնցենտրացիան 400 մգ/լ է, ամոնիակային ազոտի սկզբնական կոնցենտրացիան 40 մգ/լ է, ներհոսքի արագությունը՝ 600 մլ/րոպե, հոսանքի խտությունը՝ 20 մԱ/սմ, իսկ էլեկտրոլիզի ժամանակը 90 րոպե, ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը 99.37% է: Սա ցույց է տալիս, որ ամոնիակ-ազոտ կեղտաջրերի էլեկտրոլիտիկ օքսիդացումը լավ կիրառման հեռանկար ունի:

3. Կենսաքիմիական ազոտի հեռացման գործընթաց

① ամբողջական նիտրիֆիկացիա և դենիտրիֆիկացիա

Ամբողջական նիտրիֆիկացումը և դենիտրիֆիկացումը կենսաբանական մեթոդ է, որը լայնորեն կիրառվում է այսօր։ Այն կեղտաջրերի մաքրման նպատակին հասնելու համար կեղտաջրերի մաքրման նպատակով կեղտաջրերի մաքրման նպատակով նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման գործընթացը ներառում է նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման մի շարք ռեակցիաներ՝ նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման նման ամբողջական գործընթաց, որը լայնորեն կիրառվում է այժօր։

Նիտրիֆիկացման ռեակցիա. Նիտրիֆիկացման ռեակցիան ավարտվում է աէրոբ ավտոտրոֆ միկրոօրգանիզմների կողմից: Աէրոբ վիճակում անօրգանական ազոտն օգտագործվում է որպես ազոտի աղբյուր՝ NH4+-ը NO2-ի փոխակերպելու համար, ապա այն օքսիդացվում է NO3-ի: Նիտրիֆիկացման գործընթացը կարելի է բաժանել երկու փուլի: Երկրորդ փուլում նիտրիտը նիտրիֆիկացնող բակտերիաների կողմից փոխակերպվում է նիտրատի (NO3-), իսկ նիտրիֆիկացնող բակտերիաների կողմից՝ նիտրիտի (NO3-):

Դենիտրիֆիկացման ռեակցիա. Դենիտրիֆիկացման ռեակցիան այն գործընթացն է, որի ընթացքում դենիտրիֆիկացնող բակտերիաները հիպօքսիայի վիճակում վերականգնում են նիտրիտային ազոտը և նիտրատային ազոտը գազային ազոտի (N2): Դենիտրիֆիկացնող բակտերիաները հետերոտրոֆ միկրոօրգանիզմներ են, որոնց մեծ մասը պատկանում է ամֆիկտիկ բակտերիաների: Հիպօքսիայի վիճակում նրանք օգտագործում են նիտրատի թթվածինը որպես էլեկտրոնների ընդունիչ և օրգանական նյութը (կոյուղու BOD բաղադրիչ) որպես էլեկտրոնների դոնոր՝ էներգիա ապահովելու և օքսիդանալու ու կայունանալու համար:

Նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման ամբողջ գործընթացի ճարտարագիտական ​​կիրառությունները հիմնականում ներառում են AO, A2O, օքսիդացման առվակ և այլն, որը կենսաբանական ազոտի հեռացման արդյունաբերության մեջ օգտագործվող ավելի հասուն մեթոդ է։

Նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման ամբողջական մեթոդն ունի կայուն ազդեցության, պարզ շահագործման, երկրորդային աղտոտման բացակայության և ցածր գնի առավելություններ: Այս մեթոդն ունի նաև որոշ թերություններ, ինչպիսիք են՝ ածխածնի աղբյուրը պետք է ավելացվի, երբ կեղտաջրերում C/N հարաբերակցությունը ցածր է, ջերմաստիճանի պահանջը համեմատաբար խիստ է, արդյունավետությունը ցածր է ցածր ջերմաստիճանում, տարածքը մեծ է, թթվածնի պահանջարկը մեծ է, և որոշ վնասակար նյութեր, ինչպիսիք են ծանր մետաղների իոնները, ճնշող ազդեցություն ունեն միկրոօրգանիզմների վրա, որոնք պետք է հեռացվեն կենսաբանական մեթոդի իրականացումից առաջ: Բացի այդ, կեղտաջրերում ամոնիակային ազոտի բարձր կոնցենտրացիան նույնպես արգելակող ազդեցություն ունի նիտրիֆիկացման գործընթացի վրա: Հետևաբար, նախնական մշակումը պետք է իրականացվի բարձր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի մշակումից առաջ, որպեսզի ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի կոնցենտրացիան լինի 500 մգ/լ-ից պակաս: Ավանդական կենսաբանական մեթոդը հարմար է ցածր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի մաքրման համար, որոնք պարունակում են օրգանական նյութեր, ինչպիսիք են կենցաղային կեղտաջրերը, քիմիական կեղտաջրերը և այլն:

②Միաժամանակյա նիտրիֆիկացիա և դենիտրիֆիկացիա (SND)

Երբ նիտրիֆիկացիան և դենիտրիֆիկացումը միաժամանակ իրականացվում են նույն ռեակտորում, դա կոչվում է միաժամանակյա մարսման դենիտրիֆիկացիա (ՍՄՄ): Կեղտաջրերում լուծված թթվածինը սահմանափակվում է դիֆուզիայի արագությամբ՝ միկրոբային փաթիլների կամ կենսաթաղանթի վրա միկրոմիջավայրի տարածքում լուծված թթվածնի գրադիենտ առաջացնելու համար, ինչը միկրոբային փաթիլների կամ կենսաթաղանթի արտաքին մակերեսին լուծված թթվածնի գրադիենտը դարձնում է նպաստավոր աէրոբ նիտրիֆիկացնող բակտերիաների և ամոնիակ առաջացնող բակտերիաների աճի և բազմացման համար: Որքան խորն է փաթիլների կամ թաղանթի մեջ, այնքան ցածր է լուծված թթվածնի կոնցենտրացիան, ինչը հանգեցնում է անօքսիկ գոտու, որտեղ գերակշռում են դենիտրիֆիկացնող բակտերիաները: Այսպիսով, ձևավորվում է միաժամանակյա մարսման և դենիտրիֆիկացման գործընթաց: Միաժամանակյա մարսման և դենիտրիֆիկացման վրա ազդող գործոններն են pH արժեքը, ջերմաստիճանը, ալկալիականությունը, օրգանական ածխածնի աղբյուրը, լուծված թթվածինը և տիղմի տարիքը:

Կարուսելի օքսիդացման առվի մեջ տեղի էր ունենում նիտրացման/դենիտրիֆիկացման միաժամանակյա գործընթաց, և Կարուսելի օքսիդացման առվի օդափոխվող թևերի միջև լուծված թթվածնի կոնցենտրացիան աստիճանաբար նվազում էր, և Կարուսելի օքսիդացման առվի ստորին մասում լուծված թթվածինը ավելի ցածր էր, քան վերին մասում։ Առվի յուրաքանչյուր մասում նիտրատային ազոտի առաջացման և սպառման արագությունները գրեթե հավասար են, և առվի մեջ ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան միշտ շատ ցածր է, ինչը ցույց է տալիս, որ նիտրացման և դենիտրիֆիկացման ռեակցիաները Կարուսելի օքսիդացման առվի մեջ տեղի են ունենում միաժամանակ։

Կենցաղային կեղտաջրերի մաքրման ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ որքան բարձր է CODCr-ը, այնքան ավելի ամբողջական է դենիտրիֆիկացումը և այնքան ավելի լավ է TN-ի հեռացումը: Լուծված թթվածնի ազդեցությունը միաժամանակյա նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման վրա մեծ է: Երբ լուծված թթվածինը կարգավորվում է 0.5~2 մգ/լ-ի վրա, ընդհանուր ազոտի հեռացման ազդեցությունը լավ է: Միևնույն ժամանակ, նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման մեթոդը խնայում է ռեակտորը, կրճատում է ռեակցիայի ժամանակը, ունի ցածր էներգիայի սպառում, խնայում է ներդրումները և հեշտ է պահպանել pH-ի կայուն արժեքը:

③ Կարճատև մարսողություն և դենիտրիֆիկացիա

Նույն ռեակտորում ամոնիակը օքսիդացնող մանրէներն օգտագործվում են աէրոբ պայմաններում ամոնիակը նիտրիտի օքսիդացնելու համար, ապա նիտրիտը անմիջապես դենիտրիֆիկացվում է՝ հիպօքսիայի պայմաններում օրգանական նյութի կամ արտաքին ածխածնի աղբյուրի միջոցով որպես էլեկտրոնային դոնոր ազոտ ստանալու համար: Կարճաժամկետ նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման ազդեցության գործոններն են ջերմաստիճանը, ազատ ամոնիակը, pH-ի արժեքը և լուծված թթվածինը:

Ջերմաստիճանի ազդեցությունը ծովային ջրից զուրկ և 30% ծովային ջրով քաղաքային կեղտաջրերի կարճաժամկետ նիտրիֆիկացման վրա: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ ծովային ջրից զուրկ քաղաքային կեղտաջրերի դեպքում ջերմաստիճանի բարձրացումը նպաստում է կարճաժամկետ նիտրիֆիկացմանը: Երբ կենցաղային կեղտաջրերի մեջ ծովի ջրի մասնաբաժինը 30% է, կարճաժամկետ նիտրիֆիկացումը կարող է ավելի լավ իրականացվել միջին ջերմաստիճանի պայմաններում: Դելֆտի տեխնոլոգիական համալսարանը մշակել է SHARON գործընթացը, որի դեպքում բարձր ջերմաստիճանի (մոտ 30-4090) օգտագործումը նպաստում է նիտրիտային մանրէների բազմացմանը, այնպես որ նիտրիտային մանրէները կորցնում են մրցակցությունը, մինչդեռ տիղմի տարիքը վերահսկելով՝ վերացվում են նիտրիտային մանրէները, որպեսզի նիտրիֆիկացման ռեակցիան տեղի ունենա նիտրիտային փուլում:

Նիտրիտային և նիտրիտային բակտերիաների միջև թթվածնի նկատմամբ կապվածության տարբերության հիման վրա՝ Gent մանրէային էկոլոգիայի լաբորատորիան մշակել է OLAND գործընթացը՝ նիտրիտային ազոտի կուտակմանն հասնելու համար՝ լուծված թթվածինը վերահսկելով՝ նիտրիտային բակտերիաները վերացնելու համար։

Կարճատև նիտրիֆիկացիայի և դենիտրիֆիկացիայի միջոցով կոքսացման կեղտաջրերի մաքրման փորձնական փորձարկման արդյունքները ցույց են տալիս, որ երբ ներթափանցող COD-ի, ամոնիակային ազոտի, TN-ի և ֆենոլի կոնցենտրացիաները կազմում են 1201.6, 510.4, 540.1 և 110.4 մգ/լ, արտահոսքի COD-ի, ամոնիակային ազոտի, TN-ի և ֆենոլի միջին կոնցենտրացիաները համապատասխանաբար կազմում են 197.1, 14.2, 181.5 և 0.4 մգ/լ: Համապատասխան հեռացման մակարդակները կազմել են համապատասխանաբար 83.6%, 97.2%, 66.4% և 99.6%:

Կարճաժամկետ նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման գործընթացը չի անցնում նիտրատի փուլով, ինչը խնայում է կենսաբանական ազոտի հեռացման համար անհրաժեշտ ածխածնի աղբյուրը: Այն որոշակի առավելություններ ունի ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի համար՝ ցածր C/N հարաբերակցությամբ: Կարճաժամկետ նիտրիֆիկացիան և դենիտրիֆիկացիան ունեն ավելի քիչ տիղմի, կարճ ռեակցիայի ժամանակի և ռեակտորի ծավալի խնայողության առավելություններ: Այնուամենայնիվ, կարճաժամկետ նիտրիֆիկացիան և դենիտրիֆիկացիան պահանջում են նիտրիտի կայուն և երկարատև կուտակում, ուստի նիտրիֆիկացնող բակտերիաների ակտիվությունը արդյունավետորեն զսպելու եղանակը դառնում է գլխավորը:

④ Անաէրոբ ամոնիակի օքսիդացում

Անաէրոբ ամօքսիդացումը ամոնիակային ազոտի ազոտի ուղղակի օքսիդացման գործընթաց է աուտոտրոֆ բակտերիաների կողմից հիպօքսիայի պայմաններում, որտեղ ազոտային ազոտը կամ ազոտային ազոտը որպես էլեկտրոնային ընդունիչ են հանդես գալիս։

Ուսումնասիրվել է ջերմաստիճանի և pH-ի ազդեցությունը anammoX-ի կենսաբանական ակտիվության վրա: Արդյունքները ցույց են տվել, որ օպտիմալ ռեակցիայի ջերմաստիճանը 30℃ է, իսկ pH-ը՝ 7.8: Ուսումնասիրվել է անաէրոբ ammoX ռեակտորի օգտագործման հնարավորությունը բարձր աղիության և բարձր կոնցենտրացիայի ազոտի կեղտաջրերի մաքրման համար: Արդյունքները ցույց են տվել, որ բարձր աղիությունը զգալիորեն զսպում է anammoX ակտիվությունը, և այս զսպումը շրջելի է: 30 գ.L-1(NaC1) աղիության դեպքում չհարմարեցված տիղմի անաէրոբ ammoX ակտիվությունը 67.5%-ով ցածր էր, քան վերահսկիչ տիղմինը: Հարմարեցված տիղմի anammoX ակտիվությունը 45.1%-ով ցածր էր, քան վերահսկիչինը: Երբ հարմարեցված տիղմը բարձր աղիության միջավայրից տեղափոխվել է ցածր աղիության միջավայր (առանց աղաջրի), անաէրոբ ammoX ակտիվությունը աճել է 43.1%-ով: Այնուամենայնիվ, ռեակտորի գործառույթը հակված է անկման, երբ այն երկար ժամանակ աշխատում է բարձր աղիության պայմաններում:

Համեմատած ավանդական կենսաբանական գործընթացի հետ, անաէրոբ ամմոքսը ավելի տնտեսող կենսաբանական ազոտի հեռացման տեխնոլոգիա է՝ առանց լրացուցիչ ածխածնի աղբյուրի, թթվածնի ցածր պահանջարկով, չեզոքացման համար ռեակտիվների անհրաժեշտության բացակայությամբ և ավելի քիչ տիղմի արտադրությամբ։ Անաէրոբ ամմոքսի թերություններն այն են, որ ռեակցիայի արագությունը դանդաղ է, ռեակտորի ծավալը մեծ է, և ածխածնի աղբյուրը անբարենպաստ է անաէրոբ ամմոքսի համար, ինչը գործնական նշանակություն ունի վատ կենսաքայքայվող ամոնիակային ազոտի կեղտաջրերի լուծման համար։

4. Ազոտի բաժանման և ադսորբցիայի հեռացման գործընթաց

① թաղանթային բաժանման մեթոդ

Մեմբրանային բաժանման մեթոդը թաղանթի ընտրողական թափանցելիության օգտագործումն է՝ հեղուկի բաղադրիչները ընտրողականորեն բաժանելու համար՝ ամոնիակային ազոտի հեռացման նպատակին հասնելու համար: Ներառյալ հակադարձ օսմոս, նանոֆիլտրացիա, ամոնիակազերծող թաղանթ և էլեկտրոդիալիզ: Մեմբրանային բաժանման վրա ազդող գործոններն են թաղանթի բնութագրերը, ճնշումը կամ լարումը, pH-ի արժեքը, ջերմաստիճանը և ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան:

Հազվագյուտ մետաղների հալեցման գործարանի կողմից արտանետվող ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի ջրի որակի համաձայն, հակադարձ օսմոսի փորձը կատարվել է NH4C1 և NaCI մոդելավորված կեղտաջրերով: Պարզվել է, որ նույն պայմաններում հակադարձ օսմոսը ունի NaCI-ի ավելի բարձր հեռացման մակարդակ, մինչդեռ NHCl-ն ունի ավելի բարձր ջրի արտադրության մակարդակ: NH4C1-ի հեռացման մակարդակը հակադարձ օսմոսի մշակումից հետո կազմում է 77.3%, որը կարող է օգտագործվել որպես ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի նախնական մաքրում: Հակադարձ օսմոսի տեխնոլոգիան կարող է խնայել էներգիա, լավ ջերմային կայունություն, բայց քլորի նկատմամբ դիմադրողականությունը և աղտոտման նկատմամբ դիմադրությունը վատ են:

Աղբավայրի արտահոսքը մշակելու համար օգտագործվել է կենսաքիմիական նանոֆիլտրացիոն թաղանթային բաժանման գործընթաց, այնպես որ թափանցելի հեղուկի 85%-90%-ը արտանետվել է ստանդարտին համապատասխան, և կենտրոնացված կոյուղու հեղուկի և ցեխի միայն 0%-15%-ն է վերադարձվել աղբարկղ: Օզթուրքին և իր գործընկերները Թուրքիայի Օդայերի քաղաքի աղբավայրի արտահոսքը մշակել են նանոֆիլտրացիոն թաղանթով, և ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը կազմել է մոտ 72%: Նանոֆիլտրացիոն թաղանթը պահանջում է ավելի ցածր ճնշում, քան հակադարձ օսմոսի թաղանթը, հեշտ է օգտագործել:

Ամոնիակ հեռացնող թաղանթային համակարգը սովորաբար օգտագործվում է բարձր ամոնիակային ազոտի պարունակությամբ կեղտաջրերի մաքրման համար: Ջրում առկա ամոնիակային ազոտն ունի հետևյալ հավասարակշռությունը. NH4- +OH- = NH3 + H2O: Գործողության ընթացքում ամոնիակ պարունակող կեղտաջրերը հոսում են թաղանթային մոդուլի պատյանում, իսկ թթու կլանող հեղուկը՝ թաղանթային մոդուլի խողովակում: Երբ կեղտաջրերի pH-ը բարձրանում է կամ ջերմաստիճանը բարձրանում է, հավասարակշռությունը կտեղաշարժվի դեպի աջ, և ամոնիումի NH4- իոնը կդառնա ազատ գազային NH3: Այս պահին գազային NH3-ը կարող է մտնել խողովակի թթվային կլանման հեղուկ փուլ պատյանի կեղտաջրային փուլից՝ խոռոչ մանրաթելի մակերեսին գտնվող միկրոծակոտիների միջոցով, որը կլանվում է թթվային լուծույթի կողմից և անմիջապես դառնում իոնային NH4-: Պահպանեք կեղտաջրերի pH-ը 10-ից բարձր, իսկ ջերմաստիճանը՝ 35°C-ից բարձր (50°C-ից ցածր), որպեսզի կեղտաջրերի փուլում գտնվող NH4-ը անընդհատ վերածվի NH3-ի՝ կլանման հեղուկ փուլի միգրացիայի համար: Արդյունքում, կեղտաջրերի կողմում ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան անընդհատ նվազել է: Թթվային կլանման հեղուկ փուլը, քանի որ այն պարունակում է միայն թթու և NH4-, առաջացնում է շատ մաքուր ամոնիումային աղ և անընդհատ շրջանառությունից հետո հասնում է որոշակի կոնցենտրացիայի, որը կարող է վերամշակվել: Մի կողմից, այս տեխնոլոգիայի կիրառումը կարող է զգալիորեն բարելավել կեղտաջրերից ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը, իսկ մյուս կողմից՝ կրճատել կեղտաջրերի մաքրման համակարգի ընդհանուր շահագործման արժեքը:

②էլեկտրոդիալիզի մեթոդ

Էլեկտրադիալիզը ջրային լուծույթներից լուծված պինդ նյութերը հեռացնելու մեթոդ է՝ թաղանթային զույգերի միջև լարում կիրառելով: Լարման ազդեցությամբ ամոնիակ-ազոտ կեղտաջրերի ամոնիակ իոնները և այլ իոնները թաղանթի միջոցով հարստանում են ամոնիակ պարունակող խտացված ջրով՝ հեռացնելու նպատակին հասնելու համար:

Անօրգանական կեղտաջրերը ամոնիակային ազոտի բարձր կոնցենտրացիայով մշակելու համար կիրառվել է էլեկտրոդիալիզի մեթոդը, որը լավ արդյունքներ է տվել: 2000-3000 մգ/լ ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի դեպքում ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը կարող է կազմել ավելի քան 85%, իսկ կոնցենտրացված ամոնիակային ջուրը՝ 8.9%: Էլեկտրադիալիզի աշխատանքի ընթացքում սպառվող էլեկտրաէներգիայի քանակը համեմատական ​​է կեղտաջրերում ամոնիակային ազոտի քանակին: Կեղտաջրերի էլեկտրոդիալիզային մշակումը չի սահմանափակվում pH արժեքով, ջերմաստիճանով և ճնշմամբ, և այն հեշտ է շահագործել:

Մեմբրանային բաժանման առավելություններն են՝ ամոնիակային ազոտի բարձր վերականգնողականությունը, պարզ շահագործումը, կայուն մաքրման ազդեցությունը և երկրորդային աղտոտման բացակայությունը: Այնուամենայնիվ, բարձր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտի կեղտաջրերի մաքրման ժամանակ, բացառությամբ ամոնիակազերծված թաղանթի, մյուս թաղանթները հեշտությամբ նստվածք են տալիս և խցանվում, և վերականգնումը և հետադարձ լվացումը հաճախակի են լինում, ինչը մեծացնում է մաքրման արժեքը: Հետևաբար, այս մեթոդն ավելի հարմար է նախնական մաքրման կամ ցածր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտի կեղտաջրերի համար:

③ Իոնային փոխանակման մեթոդ

Իոնափոխանակման մեթոդը ամոնիակային ազոտը կեղտաջրերից հեռացնելու մեթոդ է՝ օգտագործելով ամոնիակային իոնների ուժեղ ընտրողական ադսորբցիա ունեցող նյութեր: Հաճախ օգտագործվող ադսորբցիոն նյութերն են ակտիվացված ածուխը, զեոլիտը, մոնտմորիլոնիտը և փոխանակման խեժը: Զեոլիտը սիլիկոալյումինատի տեսակ է՝ եռաչափ տարածական կառուցվածքով, կանոնավոր ծակոտիների կառուցվածքով և անցքերով, որոնցից կլինոպտիլոլիտն ունի ամոնիակային իոնների ուժեղ ընտրողական ադսորբցիոն ունակություն և ցածր գին, ուստի այն լայնորեն օգտագործվում է որպես ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի ադսորբցիոն նյութ ճարտարագիտության մեջ: Կլինոպտիլոլիտի մաքրման ազդեցությանը ազդող գործոններն են մասնիկների չափը, ներթափանցող ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան, շփման ժամանակը, pH արժեքը և այլն:

Զեոլիտի ամոնիակային ազոտի վրա ադսորբցիոն ազդեցությունը ակնհայտ է, որին հաջորդում է ռանիտը, իսկ հողի և կերամիզիտի ազդեցությունը թույլ է։ Զեոլիտից ամոնիակային ազոտը հեռացնելու հիմնական եղանակը իոնափոխանակությունն է, և ֆիզիկական ադսորբցիոն ազդեցությունը շատ փոքր է։ Կերամիտի, հողի և ռանիտի իոնափոխանակչական ազդեցությունը նման է ֆիզիկական ադսորբցիոն ազդեցությանը։ Չորս լցանյութերի ադսորբցիոն ունակությունը նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ՝ 15-35℃ միջակայքում, և աճում է pH-ի արժեքի բարձրացման հետ՝ 3-9 միջակայքում։ Ադսորբցիոն հավասարակշռությունը հասվել է 6 ժամ տևողությամբ տատանումից հետո։

Ուսումնասիրվել է ամոնիակային ազոտի հեռացման հնարավորությունը աղբավայրի արտահոսքից զեոլիտի ադսորբցիայի միջոցով: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ զեոլիտի յուրաքանչյուր գրամն ունի սահմանափակ ադսորբցիոն պոտենցիալ՝ 15.5 մգ ամոնիակային ազոտ, երբ զեոլիտի մասնիկի չափը 30-16 mesh է, ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը հասնում է 78.5%-ի, և նույն ադսորբցիոն ժամանակի, դեղաչափի և զեոլիտի մասնիկի չափի դեպքում, որքան բարձր է ներթափանցող ամոնիակային ազոտի կոնցենտրացիան, այնքան բարձր է ադսորբցիոն արագությունը, և զեոլիտի համար որպես ադսորբենտ հնարավոր է հեռացնել ամոնիակային ազոտը արտահոսքից: Միևնույն ժամանակ, նշվում է, որ զեոլիտի կողմից ամոնիակային ազոտի ադսորբցիոն արագությունը ցածր է, և գործնականում զեոլիտի համար դժվար է հասնել հագեցած ադսորբցիոն հզորության:

Ուսումնասիրվել է կենսաբանական զեոլիտային շերտի հեռացման ազդեցությունը ազոտի, COD-ի և այլ աղտոտիչների վրա՝ մոդելավորված գյուղական կոյուղու մեջ։ Արդյունքները ցույց են տալիս, որ կենսաբանական զեոլիտային շերտով ամոնիակային ազոտի հեռացման արագությունը կազմում է ավելի քան 95%, իսկ նիտրատային ազոտի հեռացման վրա մեծապես ազդում է հիդրավլիկ կեցության ժամանակը։

Իոնափոխանակման մեթոդն ունի փոքր ներդրումների, պարզ գործընթացի, հարմար շահագործման, թույնի և ջերմաստիճանի նկատմամբ անզգայունության և զեոլիտի վերօգտագործման առավելությունները վերականգնման միջոցով: Այնուամենայնիվ, բարձր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի մշակման ժամանակ վերականգնումը հաճախակի է, ինչը անհարմարություններ է առաջացնում շահագործման ընթացքում, ուստի այն պետք է համակցվի ամոնիակային ազոտային մշակման այլ մեթոդների հետ կամ օգտագործվի ցածր կոնցենտրացիայի ամոնիակային ազոտային կեղտաջրերի մշակման համար:

Մեծածախ 4A զեոլիտի արտադրող և մատակարար | EVERBRIGHT (cnchemist.com)