Químic i procés per eliminar nitrogen amoniacal de l'aigua

1. Què és el nitrogen amoniàlic?

El nitrogen amoníac fa referència a l'amoníac en forma d'amoníac lliure (o amoníac no iònic, NH3) o amoníac iònic (NH4+). Un pH més alt i una proporció més alta d'amoníac lliure; al contrari, la proporció de sal d'amoni és alta.

El nitrogen amoníac és un nutrient de l'aigua que pot provocar l'eutrofització de l'aigua i és el principal contaminant que consumeix oxigen, cosa que és tòxic per als peixos i alguns organismes aquàtics.

El principal efecte nociu del nitrogen amonià sobre els organismes aquàtics és l'amoníac lliure, la toxicitat del qual és desenes de vegades més gran que la de la sal d'amoni, i augmenta amb l'augment de l'alcalinitat. La toxicitat del nitrogen amonià està estretament relacionada amb el valor del pH i la temperatura de l'aigua de la piscina; en general, com més alts siguin el valor del pH i la temperatura de l'aigua, més forta serà la toxicitat.

Dos mètodes colorimètrics de sensibilitat aproximada que s'utilitzen habitualment per determinar l'amoníac són el mètode clàssic del reactiu de Nessler i el mètode del fenol-hipoclorit. Les valoracions i els mètodes elèctrics també s'utilitzen habitualment per determinar l'amoníac; quan el contingut de nitrogen amoniàlic és alt, també es pot utilitzar el mètode de valoració per destil·lació. (Els estàndards nacionals inclouen el mètode del reactiu de Nath, l'espectrofotometria d'àcid salicílic i el mètode de valoració per destil·lació)

2. Procés d'eliminació física i química de nitrogen

① Mètode de precipitació química

El mètode de precipitació química, també conegut com a mètode de precipitació MAP, consisteix a afegir magnesi i àcid fosfòric o hidrogenfosfat a les aigües residuals que contenen nitrogen amoniàlic, de manera que el NH4+ de les aigües residuals reaccioni amb Mg+ i PO4- en una solució aquosa per generar precipitació de fosfat d'amoni i magnesi, la fórmula molecular és MgNH4P04.6H20, per tal d'aconseguir l'objectiu d'eliminar el nitrogen amoniàlic. El fosfat d'amoni i magnesi, comunament conegut com a estruvita, es pot utilitzar com a compost, additiu del sòl o ignífug per a la construcció de productes estructurals. L'equació de reacció és la següent:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Els principals factors que afecten l'efecte del tractament de la precipitació química són el valor del pH, la temperatura, la concentració de nitrogen amoniàlic i la relació molar (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Els resultats mostren que quan el valor del pH és de 10 i la relació molar de magnesi, nitrogen i fòsfor és d'1,2:1:1,2, l'efecte del tractament és millor.

Utilitzant clorur de magnesi i fosfat disòdic com a agents precipitants, els resultats mostren que l'efecte del tractament és millor quan el valor de pH és de 9,5 i la proporció molar de magnesi, nitrogen i fòsfor és d'1,2:1:1.

Els resultats mostren que MgC12+Na3PO4.12H20 és superior a altres combinacions d'agents precipitants. Quan el valor de pH és de 10.0, la temperatura és de 30 ℃, n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1, la concentració en massa de nitrogen amònic a les aigües residuals després d'agitar durant 30 minuts es redueix de 222 mg/L abans del tractament a 17 mg/L, i la taxa d'eliminació és del 92.3%.

El mètode de precipitació química i el mètode de membrana líquida es van combinar per al tractament d'aigües residuals d'alta concentració de nitrogen amònic industrial. En condicions d'optimització del procés de precipitació, la taxa d'eliminació de nitrogen amònic va arribar al 98,1%, i després un tractament addicional amb el mètode de pel·lícula líquida va reduir la concentració de nitrogen amònic a 0,005 g/L, assolint l'estàndard nacional d'emissions de primera classe.

Es va investigar l'efecte d'eliminació d'ions metàl·lics divalents (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) diferents del Mg+ sobre el nitrogen amoniàlic sota l'acció del fosfat. Es va proposar un nou procés de precipitació de CaSO4-precipitació de MAP per a aigües residuals de sulfat d'amoni. Els resultats mostren que el regulador tradicional de NaOH es pot substituir per calç.

L'avantatge del mètode de precipitació química és que quan la concentració d'aigües residuals amb nitrogen d'amoni és alta, l'aplicació d'altres mètodes és limitada, com ara el mètode biològic, el mètode de cloració per punt de ruptura, el mètode de separació per membrana, el mètode d'intercanvi iònic, etc. En aquest moment, el mètode de precipitació química es pot utilitzar per al pretractament. L'eficiència d'eliminació del mètode de precipitació química és millor, no està limitada per la temperatura i el funcionament és senzill. Els fangs precipitats que contenen fosfat d'amoni i magnesi es poden utilitzar com a fertilitzant compost per aconseguir l'aprofitament de residus, compensant així part del cost; Si es pot combinar amb algunes empreses industrials que produeixen aigües residuals amb fosfat i empreses que produeixen salmorra salada, pot estalviar costos farmacèutics i facilitar l'aplicació a gran escala.

El desavantatge del mètode de precipitació química és que, a causa de la restricció del producte de solubilitat del fosfat d'amoni i magnesi, després que el nitrogen amoniàc de les aigües residuals arribi a una certa concentració, l'efecte d'eliminació no és evident i el cost d'entrada augmenta considerablement. Per tant, el mètode de precipitació química s'ha d'utilitzar en combinació amb altres mètodes adequats per al tractament avançat. La quantitat de reactiu utilitzada és gran, el fang produït és gran i el cost del tractament és elevat. La introducció d'ions clorur i fòsfor residual durant la dosificació de productes químics pot causar fàcilment contaminació secundària.

Fabricant i proveïdor de sulfat d'alumini a l'engròs | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Fabricant i proveïdor de fosfat disòdic a l'engròs | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

② Mètode de bufat

L'eliminació del nitrogen amònic mitjançant el mètode de bufat consisteix a ajustar el valor del pH a alcalí, de manera que l'ió amònic de les aigües residuals es converteixi en amònic, de manera que existeixi principalment en forma d'amònic lliure, i després l'amònic lliure s'extregui de les aigües residuals a través del gas portador, per tal d'aconseguir l'objectiu d'eliminar el nitrogen amònic. Els principals factors que afecten l'eficiència del bufat són el valor del pH, la temperatura, la relació gas-líquid, el cabal de gas, la concentració inicial, etc. Actualment, el mètode de bufat s'utilitza àmpliament en el tractament d'aigües residuals amb alta concentració de nitrogen amònic.

Es va estudiar l'eliminació de nitrogen amònic dels lixiviats d'abocadors mitjançant el mètode de purga. Es va trobar que els factors clau que controlaven l'eficiència de la purga eren la temperatura, la relació gas-líquid i el valor del pH. Quan la temperatura de l'aigua és superior a 2590, la relació gas-líquid és d'uns 3500 i el pH és d'uns 10,5, la taxa d'eliminació pot arribar a més del 90% per als lixiviats d'abocadors amb una concentració de nitrogen amònic de fins a 2000-4000 mg/L. Els resultats mostren que quan el pH = 11,5, la temperatura de depuració és de 80 cC i el temps de depuració és de 120 min, la taxa d'eliminació de nitrogen amònic de les aigües residuals pot arribar al 99,2%.

L'eficiència de purga d'aigües residuals amb nitrogen amònic d'alta concentració es va dur a terme mitjançant una torre de purga a contracorrent. Els resultats van mostrar que l'eficiència de purga augmentava amb l'augment del valor del pH. Com més gran és la relació gas-líquid, més gran és la força motriu de la transferència de massa de purga d'amoníac i, per tant, també augmenta l'eficiència de purga.

L'eliminació de nitrogen amoniàlic mitjançant el mètode de bufat és eficaç, fàcil d'operar i fàcil de controlar. El nitrogen amoniàlic bufat es pot utilitzar com a absorbent amb àcid sulfúric, i els diners d'àcid sulfúric generats es poden utilitzar com a fertilitzant. El mètode de bufat és una tecnologia d'ús comú per a l'eliminació física i química de nitrogen actualment. Tanmateix, el mètode de bufat té alguns desavantatges, com ara l'incrustació freqüent a la torre de bufat, la baixa eficiència d'eliminació de nitrogen amoniàlic a baixa temperatura i la contaminació secundària causada pel gas de bufat. El mètode de bufat generalment es combina amb altres mètodes de tractament d'aigües residuals de nitrogen amoniàlic per pretractar aigües residuals de nitrogen amoniàlic d'alta concentració.

③Cloració del punt de ruptura

El mecanisme d'eliminació d'amoníac mitjançant la cloració del punt de ruptura és que el gas clor reacciona amb l'amoníac per produir gas nitrogen innocu, i el N2 s'escapa a l'atmosfera, fent que la font de reacció continuï cap a la dreta. La fórmula de la reacció és:

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

Quan el clor gasós es transfereix a les aigües residuals fins a un cert punt, el contingut de clor lliure a l'aigua és baix i la concentració d'amoníac és zero. Quan la quantitat de clor gasós passa el punt, la quantitat de clor lliure a l'aigua augmentarà, per tant, el punt s'anomena punt de trencament, i la cloració en aquest estat s'anomena cloració del punt de trencament.

El mètode de cloració del punt de ruptura s'utilitza per tractar les aigües residuals de perforació després del bufat de nitrogen amònic, i l'efecte del tractament es veu afectat directament pel procés de bufat de nitrogen amònic de pretractament. Quan el 70% del nitrogen amònic de les aigües residuals s'elimina mitjançant el procés de bufat i després es tracta mitjançant cloració del punt de ruptura, la concentració en massa de nitrogen amònic a l'efluent és inferior a 15 mg/L. Zhang Shengli et al. van prendre aigües residuals simulades amb nitrogen amònic amb una concentració en massa de 100 mg/L com a objecte de recerca, i els resultats de la recerca van mostrar que els factors principals i secundaris que afecten l'eliminació del nitrogen amònic per oxidació de l'hipoclorit de sodi eren la relació quantitativa de clor respecte al nitrogen amònic, el temps de reacció i el valor del pH.

El mètode de cloració del punt de ruptura té una alta eficiència d'eliminació de nitrogen, la taxa d'eliminació pot arribar al 100% i la concentració d'amoníac a les aigües residuals es pot reduir a zero. L'efecte és estable i no es veu afectat per la temperatura; Menys equip d'inversió, resposta ràpida i completa; Té l'efecte d'esterilització i desinfecció de la massa d'aigua. L'àmbit d'aplicació del mètode de cloració del punt de ruptura és que la concentració d'aigües residuals amb nitrogen amoniàlic és inferior a 40 mg/L, de manera que el mètode de cloració del punt de ruptura s'utilitza principalment per al tractament avançat d'aigües residuals amb nitrogen amoniàlic. El requisit d'ús i emmagatzematge segurs és elevat, el cost del tractament és elevat i els subproductes cloramines i compostos orgànics clorats causaran contaminació secundària.

④mètode d'oxidació catalítica

El mètode d'oxidació catalítica és mitjançant l'acció d'un catalitzador, sota una determinada temperatura i pressió, a través de l'oxidació de l'aire, la matèria orgànica i l'amoníac de les aigües residuals es poden oxidar i descompondre en substàncies inofensives com CO2, N2 i H2O, per aconseguir el propòsit de purificació.

Els factors que afecten l'efecte de l'oxidació catalítica són les característiques del catalitzador, la temperatura, el temps de reacció, el valor del pH, la concentració de nitrogen amoniànic, la pressió, la intensitat d'agitació, etc.

Es va estudiar el procés de degradació del nitrogen amònic ozonitzat. Els resultats van mostrar que quan augmentava el valor del pH, es produïa un tipus de radical HO amb una forta capacitat d'oxidació, i la velocitat d'oxidació s'accelerava significativament. Els estudis mostren que l'ozó pot oxidar el nitrogen amònic a nitrit i el nitrit a nitrat. La concentració de nitrogen amònic a l'aigua disminueix amb l'augment del temps, i la velocitat d'eliminació del nitrogen amònic és d'aproximadament el 82%. El CuO-MnO2-CeO2 es va utilitzar com a catalitzador compost per tractar aigües residuals amb nitrogen amònic. Els resultats experimentals mostren que l'activitat d'oxidació del catalitzador compost recentment preparat millora significativament, i les condicions de procés adequades són 255 ℃, 4,2 MPa i pH = 10,8. En el tractament d'aigües residuals amb nitrogen amònic amb una concentració inicial de 1023 mg/L, la velocitat d'eliminació del nitrogen amònic pot arribar al 98% en 150 minuts, assolint l'estàndard nacional de descàrrega secundària (50 mg/L).

El rendiment catalític del fotocatalitzador de TiO2 suportat amb zeolita es va investigar estudiant la taxa de degradació del nitrogen amoniàlic en una solució d'àcid sulfúric. Els resultats mostren que la dosi òptima de fotocatalitzador de TiO2/zeolita és d'1,5 g/L i el temps de reacció és de 4 h sota irradiació ultraviolada. La taxa d'eliminació de nitrogen amoniàlic de les aigües residuals pot arribar al 98,92%. Es va estudiar l'efecte d'eliminació del diòxid de ferro alt i nanoxibenzoat sota llum ultraviolada sobre el nitrogen fenòlic i amoniàlic. Els resultats mostren que la taxa d'eliminació de nitrogen amoniàlic és del 97,5% quan s'aplica un pH = 9,0 a la solució de nitrogen amoniàlic amb una concentració de 50 mg/L, que és un 7,8% i un 22,5% més alta que la del ferro alt o del diòxid de xinès sol.

El mètode d'oxidació catalítica té els avantatges d'una alta eficiència de purificació, un procés senzill, una petita àrea de fons, etc., i sovint s'utilitza per tractar aigües residuals amb nitrogen amoniànic d'alta concentració. La dificultat de l'aplicació rau en com evitar la pèrdua de catalitzador i la protecció contra la corrosió dels equips.

⑤Mètode d'oxidació electroquímica

El mètode d'oxidació electroquímica fa referència al mètode d'eliminació de contaminants de l'aigua mitjançant l'electrooxidació amb activitat catalítica. Els factors d'influència són la densitat de corrent, el cabal d'entrada, el temps de sortida i el temps de solució puntual.

Es va estudiar l'oxidació electroquímica d'aigües residuals amb nitrogen d'amoníac en una cel·la electrolítica de flux circulant, on el positiu és l'electricitat de xarxa Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2 i el negatiu és l'electricitat de xarxa Ti. Els resultats mostren que quan la concentració d'ions clorur és de 400 mg/L, la concentració inicial de nitrogen d'amoníac és de 40 mg/L, el cabal influent és de 600 mL/min, la densitat de corrent és de 20 mA/cm i el temps electrolític és de 90 min, la taxa d'eliminació de nitrogen d'amoníac és del 99,37%. Això demostra que l'oxidació electrolítica d'aigües residuals amb nitrogen d'amoníac té bones perspectives d'aplicació.

3. Procés d'eliminació bioquímica de nitrogen

①tota la nitrificació i desnitrificació

La nitrificació i desnitrificació de procés complet és un tipus de mètode biològic que s'ha utilitzat àmpliament durant molt de temps actualment. Converteix el nitrogen amonià de les aigües residuals en nitrogen mitjançant una sèrie de reaccions com la nitrificació i la desnitrificació sota l'acció de diversos microorganismes, per tal d'aconseguir l'objectiu del tractament de les aigües residuals. El procés de nitrificació i desnitrificació per eliminar el nitrogen amonià ha de passar per dues etapes:

Reacció de nitrificació: La reacció de nitrificació la completen microorganismes autòtrofs aeròbics. En estat aeròbic, el nitrogen inorgànic s'utilitza com a font de nitrogen per convertir NH4+ en NO2-, i després s'oxida a NO3-. El procés de nitrificació es pot dividir en dues etapes. En la segona etapa, el nitrit es converteix en nitrat (NO3-) pels bacteris nitrificants, i el nitrit es converteix en nitrat (NO3-) pels bacteris nitrificants.

Reacció de desnitrificació: La reacció de desnitrificació és el procés en què els bacteris desnitrificants redueixen el nitrogen dels nitrits i el nitrogen dels nitrats a nitrogen gasós (N2) en estat d'hipòxia. Els bacteris desnitrificants són microorganismes heteròtrofs, la majoria dels quals pertanyen als bacteris amfíctics. En estat d'hipòxia, utilitzen l'oxigen del nitrat com a acceptor d'electrons i la matèria orgànica (component DBO de les aigües residuals) com a donant d'electrons per proporcionar energia i oxidar-se i estabilitzar-se.

Les aplicacions d'enginyeria de nitrificació i desnitrificació de tot el procés inclouen principalment AO, A2O, rasa d'oxidació, etc., que és un mètode més madur utilitzat en la indústria d'eliminació biològica de nitrogen.

Tot el mètode de nitrificació i desnitrificació té els avantatges d'un efecte estable, un funcionament senzill, sense contaminació secundària i un baix cost. Aquest mètode també té alguns inconvenients, com ara que s'ha d'afegir la font de carboni quan la relació C/N de les aigües residuals és baixa, el requisit de temperatura és relativament estricte, l'eficiència és baixa a baixa temperatura, l'àrea és gran, la demanda d'oxigen és gran i algunes substàncies nocives com els ions de metalls pesants tenen un efecte pressió sobre els microorganismes, que cal eliminar abans de dur a terme el mètode biològic. A més, l'alta concentració de nitrogen amoniàlic a les aigües residuals també té un efecte inhibidor sobre el procés de nitrificació. Per tant, s'ha de dur a terme un pretractament abans del tractament d'aigües residuals amb nitrogen amoniàlic d'alta concentració, de manera que la concentració d'aigües residuals amb nitrogen amoniàlic sigui inferior a 500 mg/L. El mètode biològic tradicional és adequat per al tractament d'aigües residuals amb nitrogen amoniàlic de baixa concentració que contenen matèria orgànica, com ara aigües residuals domèstiques, aigües residuals químiques, etc.

② Nitrificació i desnitrificació simultànies (SND)

Quan la nitrificació i la desnitrificació es duen a terme conjuntament en el mateix reactor, s'anomena desnitrificació per digestió simultània (SND). L'oxigen dissolt a les aigües residuals està limitat per la velocitat de difusió per produir un gradient d'oxigen dissolt a la zona del microambient del floc o biofilm microbià, cosa que fa que el gradient d'oxigen dissolt a la superfície exterior del floc o biofilm microbià sigui propici per al creixement i la propagació de bacteris nitrificants aeròbics i bacteris amoníacs. Com més profund sigui el floc o la membrana, menor serà la concentració d'oxigen dissolt, donant lloc a una zona anòxica on dominen els bacteris desnitrificants. Així es forma un procés de digestió i desnitrificació simultànies. Els factors que afecten la digestió i la desnitrificació simultànies són el valor del pH, la temperatura, l'alcalinitat, la font de carboni orgànic, l'oxigen dissolt i l'edat dels fangs.

A la rasa d'oxidació del Carrousel hi va haver nitrificació/desnitrificació simultànies, i la concentració d'oxigen dissolt entre l'impel·lent airejat de la rasa d'oxidació del Carrousel va disminuir gradualment, i l'oxigen dissolt a la part inferior de la rasa d'oxidació del Carrousel era inferior a la de la part superior. Les taxes de formació i consum de nitrogen nitrat a cada part del canal són gairebé iguals, i la concentració de nitrogen amonià al canal és sempre molt baixa, cosa que indica que les reaccions de nitrificació i desnitrificació es produeixen simultàniament al canal d'oxidació del Carrousel.

L'estudi sobre el tractament d'aigües residuals domèstiques mostra que com més alt és el CODCr, més completa és la desnitrificació i millor és l'eliminació de TN. L'efecte de l'oxigen dissolt sobre la nitrificació i la desnitrificació simultànies és gran. Quan l'oxigen dissolt es controla a 0,5~2 mg/L, l'efecte d'eliminació total de nitrogen és bo. Al mateix temps, el mètode de nitrificació i desnitrificació estalvia el reactor, escurça el temps de reacció, té un baix consum d'energia, estalvia inversió i és fàcil mantenir estable el valor del pH.

③Digestió i desnitrificació a curt termini

En el mateix reactor, s'utilitzen bacteris oxidants d'amoníac per oxidar l'amoníac a nitrit en condicions aeròbiques, i després el nitrit es desnitrifica directament per produir nitrogen amb matèria orgànica o font externa de carboni com a donant d'electrons en condicions d'hipòxia. Els factors d'influència de la nitrificació i la desnitrificació a curt abast són la temperatura, l'amoníac lliure, el valor del pH i l'oxigen dissolt.

Efecte de la temperatura sobre la nitrificació a curt abast de les aigües residuals municipals sense aigua de mar i les aigües residuals municipals amb un 30% d'aigua de mar. Els resultats experimentals mostren que: per a les aigües residuals municipals sense aigua de mar, augmentar la temperatura afavoreix la nitrificació a curt abast. Quan la proporció d'aigua de mar en les aigües residuals domèstiques és del 30%, la nitrificació a curt abast es pot aconseguir millor en condicions de temperatura mitjana. La Universitat Tecnològica de Delft va desenvolupar el procés SHARON, l'ús d'alta temperatura (al voltant de 30-4090) afavoreix la proliferació de bacteris nitrits, de manera que els bacteris nitrits perden competència, alhora que controlant l'edat dels fangs s'eliminen els bacteris nitrits, es produeix la reacció de nitrificació en la fase de nitrit.

Basant-se en la diferència d'afinitat per l'oxigen entre els bacteris nitrits i els bacteris nitrits, el Laboratori d'Ecologia Microbiana de Gent va desenvolupar el procés OLAND per aconseguir l'acumulació de nitrogen nitrit controlant l'oxigen dissolt per eliminar els bacteris nitrits.

Els resultats de la prova pilot del tractament d'aigües residuals de coc mitjançant nitrificació i desnitrificació de curt abast mostren que quan les concentracions de DQO, nitrogen amoniàlic, TN i fenol a l'influent són de 1201,6, 510,4, 540,1 i 110,4 mg/L, les concentracions mitjanes de DQO, nitrogen amoniàlic, TN i fenol a l'efluent són de 197,1, 14,2, 181,5 i 0,4 mg/L, respectivament. Les taxes d'eliminació corresponents van ser del 83,6%, 97,2%, 66,4% i 99,6%, respectivament.

El procés de nitrificació i desnitrificació a curt abast no passa per la fase de nitrat, cosa que estalvia la font de carboni necessària per a l'eliminació biològica de nitrogen. Té certs avantatges per a les aigües residuals amb nitrogen amoniàlic amb una baixa relació C/N. La nitrificació i desnitrificació a curt abast té els avantatges de menys fangs, un temps de reacció curt i un estalvi de volum del reactor. Tanmateix, la nitrificació i desnitrificació a curt abast requereixen una acumulació estable i duradora de nitrit, de manera que la clau és com inhibir eficaçment l'activitat dels bacteris nitrificants.

④ Oxidació anaeròbica d'amoníac

L'amoxidació anaeròbica és un procés d'oxidació directa del nitrogen amoniàlic a nitrogen per bacteris autòtrofs en condicions d'hipòxia, amb nitrogen nitrós o nitrogen nitrós com a acceptor d'electrons.

Es van estudiar els efectes de la temperatura i el pH sobre l'activitat biològica de l'anammoX. Els resultats van mostrar que la temperatura de reacció òptima era de 30 ℃ i el valor del pH era de 7,8. Es va estudiar la viabilitat del reactor anaeròbic ammoX per al tractament d'aigües residuals amb alta salinitat i alta concentració de nitrogen. Els resultats van mostrar que l'alta salinitat inhibia significativament l'activitat de l'anammoX, i aquesta inhibició era reversible. L'activitat anaeròbica de l'ammoX del fang no aclimatat era un 67,5% inferior a la del fang de control sota la salinitat de 30 g.L-1(NaC1). L'activitat de l'anammoX del fang aclimatat era un 45,1% inferior a la del control. Quan el fang aclimatat es va transferir d'un ambient d'alta salinitat a un ambient de baixa salinitat (sense salmorra), l'activitat anaeròbica de l'ammoX va augmentar en un 43,1%. Tanmateix, el reactor és propens a disminuir el funcionament quan funciona en una salinitat alta durant molt de temps.

En comparació amb el procés biològic tradicional, l'ammoX anaeròbic és una tecnologia d'eliminació de nitrogen biològic més econòmica sense font addicional de carboni, baixa demanda d'oxigen, sense necessitat de reactius per neutralitzar i menys producció de fangs. Els desavantatges de l'ammox anaeròbic són que la velocitat de reacció és lenta, el volum del reactor és gran i la font de carboni és desfavorable a l'amMOX anaeròbic, cosa que té una importància pràctica per resoldre les aigües residuals amb nitrogen amoniàlic amb poca biodegradabilitat.

4. Procés d'eliminació de nitrogen per separació i adsorció

① mètode de separació per membrana

El mètode de separació per membrana consisteix a utilitzar la permeabilitat selectiva de la membrana per separar selectivament els components del líquid, per tal d'aconseguir l'eliminació del nitrogen amoniàlic. Inclou l'osmosi inversa, la nanofiltració, la membrana de desamoníac i l'electrodiàlisi. Els factors que afecten la separació per membrana són les característiques de la membrana, la pressió o voltatge, el valor del pH, la temperatura i la concentració de nitrogen amoniàlic.

Segons la qualitat de l'aigua de les aigües residuals amb nitrogen amònic abocades per la fosa de terres rares, es va dur a terme un experiment d'osmosi inversa amb aigües residuals simulades de NH4C1 i NaCI. Es va trobar que, en les mateixes condicions, l'osmosi inversa té una taxa d'eliminació de NaCI més alta, mentre que l'NHCl té una taxa de producció d'aigua més alta. La taxa d'eliminació de NH4C1 és del 77,3% després del tractament d'osmosi inversa, que es pot utilitzar com a pretractament de les aigües residuals amb nitrogen amònic. La tecnologia d'osmosi inversa pot estalviar energia, té una bona estabilitat tèrmica, però té poca resistència al clor i a la contaminació.

Es va utilitzar un procés de separació per membrana de nanofiltració bioquímica per tractar els lixiviats de l'abocador, de manera que el 85%~90% del líquid permeable es va descarregar segons l'estàndard, i només el 0%~15% del líquid i fang de les aigües residuals concentrats es va retornar al dipòsit d'escombraries. Ozturki et al. van tractar els lixiviats de l'abocador d'Odayeri, a Turquia, amb una membrana de nanofiltració, i la taxa d'eliminació de nitrogen amoniàlic va ser d'aproximadament el 72%. La membrana de nanofiltració requereix una pressió més baixa que la membrana d'osmosi inversa i és fàcil d'operar.

El sistema de membrana d'eliminació d'amoníac s'utilitza generalment en el tractament d'aigües residuals amb un alt contingut de nitrogen amònic. El nitrogen amònic a l'aigua té el següent balanç: NH4- +OH- = NH3 + H2O. En funcionament, les aigües residuals que contenen amoníac flueixen a la carcassa del mòdul de membrana i el líquid absorbent d'àcid flueix a la canonada del mòdul de membrana. Quan el pH de les aigües residuals augmenta o la temperatura puja, l'equilibri es desplaça cap a la dreta i l'ió amoni NH4- es converteix en el NH3 gasós lliure. En aquest moment, el NH3 gasós pot entrar a la fase líquida d'absorció d'àcid a la canonada des de la fase d'aigua residual a la carcassa a través dels microporus a la superfície de la fibra buida, que és absorbida per la solució àcida i es converteix immediatament en NH4- iònic. Mantingueu el pH de les aigües residuals per sobre de 10 i la temperatura per sobre de 35 °C (per sota de 50 °C), de manera que el NH4 de la fase d'aigua residual es converteixi contínuament en NH3 a la migració de la fase líquida d'absorció. Com a resultat, la concentració de nitrogen amònic al costat de les aigües residuals disminueix contínuament. La fase líquida d'absorció d'àcid, com que només hi ha àcid i NH4-, forma una sal d'amoni molt pura i arriba a una certa concentració després d'una circulació contínua, que es pot reciclar. D'una banda, l'ús d'aquesta tecnologia pot millorar considerablement la taxa d'eliminació del nitrogen amonià de les aigües residuals i, d'altra banda, pot reduir el cost operatiu total del sistema de tractament d'aigües residuals.

② mètode d'electrodiàlisi

L'electrodiàlisi és un mètode d'eliminació de sòlids dissolts de solucions aquoses mitjançant l'aplicació d'un voltatge entre els parells de membranes. Sota l'acció del voltatge, els ions d'amoníac i altres ions de les aigües residuals d'amoníac-nitrogen s'enriqueixen a través de la membrana en l'aigua concentrada que conté amoníac, per tal d'aconseguir l'objectiu d'eliminació.

El mètode d'electrodiàlisi es va utilitzar per tractar aigües residuals inorgàniques amb una alta concentració de nitrogen amònic i es van obtenir bons resultats. Per a aigües residuals amb nitrogen amònic de 2000-3000 mg/L, la taxa d'eliminació del nitrogen amònic pot ser superior al 85% i es pot obtenir un 8,9% d'aigua amb amoníac concentrada. La quantitat d'electricitat consumida durant l'operació d'electrodiàlisi és proporcional a la quantitat de nitrogen amònic de les aigües residuals. El tractament d'electrodiàlisi de les aigües residuals no està limitat pel valor del pH, la temperatura ni la pressió, i és fàcil d'operar.

Els avantatges de la separació per membrana són l'alta recuperació de nitrogen amònic, el funcionament senzill, l'efecte de tractament estable i l'absència de contaminació secundària. Tanmateix, en el tractament d'aigües residuals amb nitrogen amònic d'alta concentració, excepte la membrana desamoníaca, altres membranes són fàcils d'incrustar i obstruir, i la regeneració i el rentat a contracorrent són freqüents, cosa que augmenta el cost del tractament. Per tant, aquest mètode és més adequat per al pretractament o per a aigües residuals amb nitrogen amònic de baixa concentració.

③ Mètode d'intercanvi iònic

El mètode d'intercanvi iònic és un mètode per eliminar el nitrogen amònic de les aigües residuals mitjançant materials amb una forta adsorció selectiva d'ions amònic. Els materials d'adsorció més utilitzats són el carbó activat, la zeolita, la montmorillonita i la resina d'intercanvi. La zeolita és un tipus de silico-aluminat amb una estructura espacial tridimensional, una estructura de porus regulars i forats, entre els quals la clinoptilolita té una forta capacitat d'adsorció selectiva per a ions amònic i un preu baix, per la qual cosa s'utilitza habitualment com a material d'adsorció per a aigües residuals amb nitrogen amònic en enginyeria. Els factors que afecten l'efecte del tractament de la clinoptilolita inclouen la mida de les partícules, la concentració de nitrogen amònic a l'influent, el temps de contacte, el valor del pH, etc.

L'efecte d'adsorció de la zeolita sobre el nitrogen amonià és obvi, seguit de la ranita, i l'efecte del sòl i la ceramisita és deficient. La principal manera d'eliminar el nitrogen amonià de la zeolita és l'intercanvi iònic, i l'efecte d'adsorció física és molt petit. L'efecte d'intercanvi iònic de la ceramita, el sòl i la ranita és similar a l'efecte d'adsorció física. La capacitat d'adsorció dels quatre farcits disminueix amb l'augment de la temperatura en el rang de 15-35 ℃ i augmenta amb l'augment del valor del pH en el rang de 3-9. L'equilibri d'adsorció es va assolir després d'oscil·lació de 6 h.

Es va estudiar la viabilitat d'eliminar el nitrogen amònic del lixiviat d'abocador mitjançant l'adsorció de zeolita. Els resultats experimentals mostren que cada gram de zeolita té un potencial d'adsorció limitat de 15,5 mg de nitrogen amònic. Quan la mida de partícula de zeolita és de malla 30-16, la taxa d'eliminació del nitrogen amònic arriba al 78,5%, i amb el mateix temps d'adsorció, dosi i mida de partícula de zeolita, com més alta sigui la concentració de nitrogen amònic a l'influent, més alta serà la taxa d'adsorció, i és factible que la zeolita com a adsorbent elimini el nitrogen amònic del lixiviat. Al mateix temps, s'assenyala que la taxa d'adsorció del nitrogen amònic per la zeolita és baixa i és difícil que la zeolita assoleixi la capacitat d'adsorció de saturació en un funcionament pràctic.

Es va estudiar l'efecte d'eliminació del llit de zeolita biològica sobre el nitrogen, la DQO i altres contaminants en aigües residuals simulades d'un poble. Els resultats mostren que la taxa d'eliminació del nitrogen amoniànic pel llit de zeolita biològica és superior al 95%, i l'eliminació del nitrogen nitrat es veu molt afectada pel temps de residència hidràulic.

El mètode d'intercanvi iònic té els avantatges d'una petita inversió, un procés senzill, un funcionament convenient, la insensibilitat al verí i a la temperatura i la reutilització de la zeolita mitjançant regeneració. Tanmateix, quan es tracten aigües residuals amb nitrogen amònic d'alta concentració, la regeneració és freqüent, cosa que comporta inconvenients per a l'operació, per la qual cosa cal combinar-lo amb altres mètodes de tractament de nitrogen amònic o utilitzar-lo per tractar aigües residuals amb nitrogen amònic de baixa concentració.

Fabricant i proveïdor de zeolita 4A a l'engròs | EVERBRIGHT (cnchemist.com)