Substanțe chimice și procedee pentru îndepărtarea azotului amoniacal din apă

1. Ce este azotul amoniacal?

Azotul amoniacal se referă la amoniacul sub formă de amoniac liber (sau amoniac neionic, NH3) sau amoniac ionic (NH4+). Un pH mai mare și o proporție mai mare de amoniac liber; Dimpotrivă, proporția de sare de amoniu este mare.

Azotul amoniacal este un nutrient din apă, care poate duce la eutrofizarea apei și este principalul poluant consumator de oxigen din apă, fiind toxic pentru pești și unele organisme acvatice.

Principalul efect nociv al azotului amoniacal asupra organismelor acvatice este amoniacul liber, a cărui toxicitate este de zeci de ori mai mare decât cea a sării de amoniu și crește odată cu creșterea alcalinității. Toxicitatea azotului amoniacal este strâns legată de valoarea pH-ului și de temperatura apei din piscină; în general, cu cât valoarea pH-ului și temperatura apei sunt mai mari, cu atât toxicitatea este mai puternică.

Două metode colorimetrice cu sensibilitate aproximativă utilizate în mod obișnuit pentru determinarea amoniacului sunt metoda clasică cu reactiv Nessler și metoda fenol-hipoclorit. Titrările și metodele electrice sunt, de asemenea, utilizate în mod obișnuit pentru determinarea amoniacului; atunci când conținutul de azot amoniacal este ridicat, se poate utiliza și metoda de titrare prin distilare. (Standardele naționale includ metoda cu reactiv Nath, spectrofotometria acidului salicilic, metoda distilare-titrare)

2. Procesul de îndepărtare fizică și chimică a azotului

① Metoda de precipitare chimică

Metoda de precipitare chimică, cunoscută și sub denumirea de metoda de precipitare MAP, constă în adăugarea de magneziu și acid fosforic sau hidrogenfosfat la apele uzate care conțin azot amoniacal, astfel încât NH4+ din apele uzate să reacționeze cu Mg+ și PO4- într-o soluție apoasă pentru a genera precipitarea de fosfat de amoniu și magneziu, formula moleculară fiind MgNH4P04.6H20, pentru a se atinge scopul de a elimina azotul amoniacal. Fosfatul de amoniu și magneziu, cunoscut în mod obișnuit sub numele de struvit, poate fi utilizat ca compost, aditiv pentru sol sau agent ignifug pentru construcția de produse structurale. Ecuația reacției este următoarea:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4PO4

Principalii factori care afectează efectul tratamentului precipitării chimice sunt valoarea pH-ului, temperatura, concentrația de azot amoniacal și raportul molar (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Rezultatele arată că atunci când valoarea pH-ului este 10 și raportul molar dintre magneziu, azot și fosfor este 1,2:1:1,2, efectul tratamentului este mai bun.

Folosind clorură de magneziu și fosfat disodic ca agenți de precipitare, rezultatele arată că efectul tratamentului este mai bun atunci când valoarea pH-ului este de 9,5, iar raportul molar dintre magneziu, azot și fosfor este de 1,2:1:1.

Rezultatele arată că MgC12+Na3PO4.12H20 este superior altor combinații de agenți de precipitare. Când valoarea pH-ului este de 10,0, temperatura este de 30℃, n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1, concentrația masică de azot amoniacal în apa uzată, după agitare timp de 30 de minute, este redusă de la 222 mg/L înainte de tratare la 17 mg/L, iar rata de eliminare este de 92,3%.

Metoda de precipitare chimică și metoda cu membrană lichidă au fost combinate pentru tratarea apelor uzate industriale cu concentrație mare de azot amoniacal. În condițiile optimizării procesului de precipitare, rata de îndepărtare a azotului amoniacal a atins 98,1%, iar apoi tratarea ulterioară cu metoda peliculei lichide a redus concentrația de azot amoniacal la 0,005 g/l, atingând standardul național de emisie de primă clasă.

A fost investigat efectul de îndepărtare a ionilor metalici divalenți (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+), alții decât Mg+, asupra azotului amoniacal sub acțiunea fosfatului. A fost propus un nou proces de precipitare cu CaSO4-precipitare cu MAP pentru apele uzate cu sulfat de amoniu. Rezultatele arată că regulatorul tradițional NaOH poate fi înlocuit cu var.

Avantajul metodei de precipitare chimică este că, atunci când concentrația de azot amoniacal în ape uzate este mare, aplicarea altor metode este limitată, cum ar fi metoda biologică, metoda de clorinare cu punct de rupere, metoda de separare cu membrană, metoda de schimb ionic etc. În acest moment, metoda de precipitare chimică poate fi utilizată pentru pretratare. Eficiența de eliminare a metodei de precipitare chimică este mai bună, nu este limitată de temperatură, iar operarea este simplă. Nămolul precipitat care conține fosfat de magneziu și amoniu poate fi utilizat ca îngrășământ compozit pentru a realiza utilizarea deșeurilor, compensând astfel o parte din cost; Dacă poate fi combinat cu unele întreprinderi industriale care produc ape uzate cu fosfat și întreprinderi care produc saramură sărată, se pot economisi costurile farmaceutice și se poate facilita aplicarea la scară largă.

Dezavantajul metodei de precipitare chimică este că, din cauza restricționării produsului de solubilitate al fosfatului de amoniu și magneziu, după ce azotul amoniacal din apele uzate atinge o anumită concentrație, efectul de eliminare nu este evident, iar costul de intrare crește considerabil. Prin urmare, metoda de precipitare chimică ar trebui utilizată în combinație cu alte metode adecvate pentru tratarea avansată. Cantitatea de reactiv utilizată este mare, nămolul produs este mare, iar costul de tratare este ridicat. Introducerea ionilor de clorură și a fosforului rezidual în timpul dozării substanțelor chimice poate provoca cu ușurință poluare secundară.

Producător și furnizor en-gros de sulfat de aluminiu | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Producător și furnizor en-gros de fosfat disodic | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②metoda de suflare

Îndepărtarea azotului amoniacal prin metoda de suflare constă în ajustarea valorii pH-ului la alcalinitate, astfel încât ionul de amoniac din apele uzate să fie transformat în amoniac, acesta existent în principal sub formă de amoniac liber, iar apoi amoniacul liber este extras din apele uzate prin intermediul gazului purtător, pentru a atinge scopul de a elimina azotul amoniacal. Principalii factori care afectează eficiența suflării sunt valoarea pH-ului, temperatura, raportul gaz-lichid, debitul gazului, concentrația inițială și așa mai departe. În prezent, metoda de suflare este utilizată pe scară largă în tratarea apelor uzate cu concentrație mare de azot amoniacal.

A fost studiată eliminarea azotului amoniacal din levigatul depozitului de deșeuri prin metoda purjării. S-a constatat că factorii cheie care controlează eficiența purjării au fost temperatura, raportul gaz-lichid și valoarea pH-ului. Când temperatura apei este mai mare de 2590, raportul gaz-lichid este de aproximativ 3500, iar pH-ul este de aproximativ 10,5, rata de eliminare poate ajunge la peste 90% pentru levigatul depozitului de deșeuri, cu o concentrație de azot amoniacal de până la 2000-4000 mg/L. Rezultatele arată că atunci când pH=11,5, temperatura de stripare este de 80 cC și timpul de stripare este de 120 min, rata de eliminare a azotului amoniacal din apele uzate poate ajunge la 99,2%.

Eficiența de evacuare a apelor uzate cu azot amoniacal cu concentrație mare a fost determinată prin intermediul unui turn de evacuare în contracurent. Rezultatele au arătat că eficiența de evacuare a crescut odată cu creșterea valorii pH-ului. Cu cât raportul gaz-lichid este mai mare, cu atât forța motrice a transferului de masă de stripare a amoniac este mai mare, iar eficiența de stripare crește, de asemenea.

Îndepărtarea azotului amoniacal prin metoda de suflare este eficientă, ușor de operat și ușor de controlat. Azotul amoniacal suflat poate fi utilizat ca absorbant cu acid sulfuric, iar acidul sulfuric generat poate fi utilizat ca îngrășământ. Metoda de suflare este o tehnologie frecvent utilizată în prezent pentru îndepărtarea fizică și chimică a azotului. Cu toate acestea, metoda de suflare are unele dezavantaje, cum ar fi depunerile frecvente de crustă în turnul de suflare, eficiența scăzută a eliminării azotului amoniacal la temperatură scăzută și poluarea secundară cauzată de gazul de suflare. Metoda de suflare este în general combinată cu alte metode de tratare a apelor uzate cu azot amoniacal pentru a pretrata apele uzate cu concentrație mare de azot amoniacal.

③Clorinare la punctul de rupere

Mecanismul de eliminare amoniacului prin clorurare la punct de rupere este acela că gazul de clor reacționează cu amoniacul pentru a produce azot gazos inofensiv, iar N2 scapă în atmosferă, făcând ca sursa de reacție să continue spre dreapta. Formula reacției este:

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

Când clorul gazos este transferat în apele uzate până la un anumit punct, conținutul de clor liber din apă este scăzut, iar concentrația de amoniac este zero. Când cantitatea de clor gazos trece de punctul respectiv, cantitatea de clor liber din apă va crește, prin urmare, punctul se numește punct de rupere, iar clorinarea în această stare se numește clorinare la punctul de rupere.

Metoda de clorinare la punct de rupere este utilizată pentru tratarea apelor uzate provenite de la foraj după suflarea cu azot amoniacal, iar efectul tratării este afectat direct de procesul de pretratare cu suflare cu azot amoniacal. Atunci când 70% din azotul amoniacal din apele uzate este îndepărtat prin procesul de suflare și apoi tratat prin clorinare la punct de rupere, concentrația masică de azot amoniacal din efluent este mai mică de 15 mg/L. Zhang Shengli și colab. au luat ca obiect de cercetare apele uzate simulate cu azot amoniacal cu o concentrație masică de 100 mg/L, iar rezultatele cercetării au arătat că factorii principali și secundari care afectează îndepărtarea azotului amoniacal prin oxidarea hipocloritului de sodiu au fost raportul cantitativ dintre clor și azotul amoniacal, timpul de reacție și valoarea pH-ului.

Metoda de clorinare cu punct de rupere are o eficiență ridicată de eliminare a azotului, rata de eliminare poate ajunge la 100%, iar concentrația de amoniac din apele uzate poate fi redusă la zero. Efectul este stabil și nu este afectat de temperatură; Necesitatea unui echipament mai mic, răspuns rapid și complet; Are efect de sterilizare și dezinfectare a corpului de apă. Domeniul de aplicare al metodei de clorinare cu punct de rupere este acela că concentrația de azot amoniacal în apele uzate este mai mică de 40 mg/L, astfel încât metoda de clorinare cu punct de rupere este utilizată în principal pentru tratarea avansată a apelor uzate cu azot amoniacal. Cerința de utilizare și depozitare în siguranță este ridicată, costul tratării este ridicat, iar subprodusele cloramine și substanțele organice clorurate vor provoca poluare secundară.

④metoda de oxidare catalitică

Metoda de oxidare catalitică se realizează prin acțiunea unui catalizator, la o anumită temperatură și presiune, prin oxidarea aerului, materia organică și amoniacul din apele uzate pot fi oxidate și descompuse în substanțe inofensive precum CO2, N2 și H2O, pentru a atinge scopul purificării.

Factorii care influențează efectul oxidării catalitice sunt caracteristicile catalizatorului, temperatura, timpul de reacție, valoarea pH-ului, concentrația de azot amoniacal, presiunea, intensitatea agitării și așa mai departe.

A fost studiat procesul de degradare a azotului amoniacal ozonat. Rezultatele au arătat că, atunci când valoarea pH-ului crește, se produce un tip de radical HO cu o capacitate puternică de oxidare, iar rata de oxidare este accelerată semnificativ. Studiile arată că ozonul poate oxida azotul amoniacal în nitriți și nitriți în nitrați. Concentrația de azot amoniacal în apă scade odată cu creșterea timpului, iar rata de îndepărtare a azotului amoniacal este de aproximativ 82%. CuO-MnO2-CeO2 a fost utilizat ca și catalizator compozit pentru tratarea apelor uzate cu azot amoniacal. Rezultatele experimentale arată că activitatea de oxidare a catalizatorului compozit nou preparat este semnificativ îmbunătățită, iar condițiile adecvate de proces sunt 255℃, 4,2MPa și pH=10,8. În tratarea apelor uzate cu azot amoniacal cu o concentrație inițială de 1023mg/L, rata de îndepărtare a azotului amoniacal poate ajunge la 98% în 150 de minute, atingând standardul național de descărcare secundară (50mg/L).

Performanța catalitică a fotocatalizatorului TiO2 pe bază de zeolit ​​a fost investigată prin studierea ratei de degradare a azotului amoniacal în soluția de acid sulfuric. Rezultatele arată că doza optimă de fotocatalizator TiO2/zeolit ​​este de 1,5 g/l, iar timpul de reacție este de 4 ore sub iradiere ultravioletă. Rata de îndepărtare a azotului amoniacal din apele uzate poate ajunge la 98,92%. A fost studiat efectul de îndepărtare a dioxidului de fier și nano-zeolit ​​sub lumină ultravioletă asupra azotului fenol și azotului amoniacal. Rezultatele arată că rata de îndepărtare a azotului amoniacal este de 97,5% atunci când pH-ul este aplicat la soluția de azot amoniacal cu o concentrație de 50 mg/l, ceea ce este cu 7,8% și 22,5% mai mare decât cea a dioxidului de fier sau a dioxidului de zeolit ​​singure.

Metoda de oxidare catalitică are avantajele unei eficiențe ridicate de purificare, a unui proces simplu, a unei suprafețe mici a fundului etc. și este adesea utilizată pentru tratarea apelor uzate cu concentrație mare de azot amoniacal. Dificultatea aplicării constă în prevenirea pierderii catalizatorului și a protecției împotriva coroziunii echipamentelor.

⑤metoda de oxidare electrochimică

Metoda de oxidare electrochimică se referă la metoda de eliminare a poluanților din apă prin utilizarea electrooxidării cu activitate catalitică. Factorii de influență sunt densitatea de curent, debitul de intrare, timpul de ieșire și timpul de soluționare punctuală.

A fost studiată oxidarea electrochimică a apelor uzate cu azot amoniacal într-o celulă electrolitică cu flux circulant, unde pozitivul este electricitatea rețelei Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2, iar negativul este electricitatea rețelei Ti. Rezultatele arată că atunci când concentrația ionilor de clorură este de 400 mg/L, concentrația inițială de azot amoniacal este de 40 mg/L, debitul influentului este de 600 mL/min, densitatea de curent este de 20 mA/cm, iar timpul electrolitic este de 90 min, rata de îndepărtare a azotului amoniacal este de 99,37%. Aceasta demonstrează că oxidarea electrolitică a apelor uzate cu azot amoniacal are perspective bune de aplicare.

3. Procesul de eliminare biochimică a azotului

①întreaga nitrificare și denitrificare

Nitrificarea și denitrificarea completă este un tip de metodă biologică utilizată pe scară largă de mult timp în prezent. Aceasta transformă azotul amoniacal din apele uzate în azot printr-o serie de reacții precum nitrificarea și denitrificarea sub acțiunea diferitelor microorganisme, pentru a atinge scopul epurării apelor uzate. Procesul de nitrificare și denitrificare pentru îndepărtarea azotului amoniacal trebuie să treacă prin două etape:

Reacția de nitrificare: Reacția de nitrificare este finalizată de microorganisme autotrofe aerobe. În stare aerobă, azotul anorganic este utilizat ca sursă de azot pentru a converti NH4+ în NO2-, apoi este oxidat în NO3-. Procesul de nitrificare poate fi împărțit în două etape. În a doua etapă, nitritul este transformat în nitrat (NO3-) de către bacteriile nitrificatoare, iar nitritul este transformat în nitrat (NO3-) de către bacteriile nitrificatoare.

Reacția de denitrificare: Reacția de denitrificare este procesul în care bacteriile denitrificatoare reduc azotul nitriților și azotul nitraților la azot gazos (N2) în stare de hipoxie. Bacteriile denitrificatoare sunt microorganisme heterotrofe, majoritatea aparținând bacteriilor amfictice. În stare de hipoxie, acestea utilizează oxigenul din nitrați ca acceptor de electroni și materia organică (componenta CBO din apele uzate) ca donator de electroni pentru a furniza energie și a fi oxidate și stabilizate.

Aplicațiile inginerești ale întregului proces de nitrificare și denitrificare includ în principal AO, A2O, șanțul de oxidare etc., care este o metodă mai matură utilizată în industria de eliminare biologică a azotului.

Întreaga metodă de nitrificare și denitrificare are avantajele efectului stabil, operării simple, absenței poluării secundare și costului redus. Această metodă are și unele dezavantaje, cum ar fi necesitatea de a adăuga sursa de carbon atunci când raportul C/N din apele uzate este scăzut, cerințele de temperatură sunt relativ stricte, eficiența este scăzută la temperaturi scăzute, suprafața este mare, cererea de oxigen este mare, iar unele substanțe nocive, cum ar fi ionii de metale grele, au un efect presant asupra microorganismelor, care trebuie eliminate înainte de efectuarea metodei biologice. În plus, concentrația mare de azot amoniacal din apele uzate are, de asemenea, un efect inhibitor asupra procesului de nitrificare. Prin urmare, pretratarea trebuie efectuată înainte de tratarea apelor uzate cu concentrație mare de azot amoniacal, astfel încât concentrația de azot amoniacal să fie mai mică de 500 mg/L. Metoda biologică tradițională este potrivită pentru tratarea apelor uzate cu concentrație mică de azot amoniacal care conțin materie organică, cum ar fi apele uzate menajere, apele uzate chimice etc.

② Nitrificare și denitrificare simultană (SND)

Când nitrificarea și denitrificarea sunt efectuate împreună în același reactor, se numește denitrificare prin digestie simultană (SND). Oxigenul dizolvat din apele uzate este limitat de rata de difuzie pentru a produce un gradient de oxigen dizolvat în zona micromediului de pe floc sau biofilm microbian, ceea ce face ca gradientul de oxigen dizolvat de pe suprafața exterioară a flocului sau biofilmului microbian să fie propice creșterii și propagării bacteriilor aerobe nitrificatoare și a bacteriilor amoniacale. Cu cât se pătrunde mai adânc în floc sau membrană, cu atât este mai mică concentrația de oxigen dizolvat, rezultând o zonă anoxică în care domină bacteriile denitrificatoare. Formându-se astfel procesul simultan de digestie și denitrificare. Factorii care afectează digestia și denitrificarea simultană sunt valoarea pH-ului, temperatura, alcalinitatea, sursa de carbon organic, oxigenul dizolvat și vârsta nămolului.

În șanțul de oxidare Carrousel a existat nitrificare/denitrificare simultană, iar concentrația de oxigen dizolvat între rotorul aerat din șanțul de oxidare Carrousel a scăzut treptat, oxigenul dizolvat în partea inferioară a șanțului de oxidare Carrousel fiind mai mic decât cel din partea superioară. Ratele de formare și consum de azot nitratic în fiecare parte a canalului sunt aproape egale, iar concentrația de azot amoniacal în canal este întotdeauna foarte scăzută, ceea ce indică faptul că reacțiile de nitrificare și denitrificare au loc simultan în canalul de oxidare Carrousel.

Studiul privind tratarea apelor uzate menajere arată că, cu cât CODCr este mai mare, cu atât denitrificarea este mai completă și eliminarea azotului trifluorur (TN) este mai bună. Efectul oxigenului dizolvat asupra nitrificării și denitrificării simultane este mare. Atunci când oxigenul dizolvat este controlat la 0,5~2 mg/L, efectul total de eliminare a azotului este bun. În același timp, metoda de nitrificare și denitrificare economisește reactorul, scurtează timpul de reacție, are un consum redus de energie, economisește investiții și permite menținerea ușoară a valorii pH-ului stabil.

③Digestie și denitrificare pe termen scurt

În același reactor, bacteriile oxidante de amoniac sunt utilizate pentru a oxida amoniacul în nitriți în condiții aerobe, iar apoi nitritul este denitrificat direct pentru a produce azot cu materie organică sau o sursă externă de carbon ca donator de electroni în condiții de hipoxie. Factorii de influență ai nitrificării și denitrificării pe termen scurt sunt temperatura, amoniacul liber, valoarea pH-ului și oxigenul dizolvat.

Efectul temperaturii asupra nitrificării pe termen scurt a apelor uzate municipale fără apă de mare și a apelor uzate municipale cu 30% apă de mare. Rezultatele experimentale arată că: pentru apele uzate municipale fără apă de mare, creșterea temperaturii este favorabilă obținerii nitrificării pe termen scurt. Atunci când proporția de apă de mare în apele uzate menajere este de 30%, nitrificarea pe termen scurt poate fi realizată mai bine în condiții de temperatură medie. Universitatea de Tehnologie din Delft a dezvoltat procesul SHARON, utilizarea temperaturii ridicate (aproximativ 30-4090) este favorabilă proliferării bacteriilor nitritice, astfel încât bacteriile nitritice își pierd concurența, în timp ce prin controlul vârstei nămolului se elimină bacteriile nitritice, astfel încât reacția de nitrificare are loc în stadiul de nitriți.

Pe baza diferenței de afinitate pentru oxigen dintre bacteriile nitritice și bacteriile nitritice, Laboratorul de Ecologie Microbiană din Gent a dezvoltat procesul OLAND pentru a realiza acumularea de azot nitritic prin controlul oxigenului dizolvat pentru a elimina bacteriile nitritice.

Rezultatele testelor pilot privind tratarea apelor uzate de cocsificare prin nitrificare și denitrificare pe distanțe scurte arată că, atunci când concentrațiile de COD, azot amoniacal, TN și fenol în influent sunt de 1201,6, 510,4, 540,1 și 110,4 mg/L, concentrațiile medii de COD, azot amoniacal, TN și fenol în efluent sunt de 197,1, 14,2, 181,5 și respectiv 0,4 mg/L. Ratele de eliminare corespunzătoare au fost de 83,6%, 97,2%, 66,4% și respectiv 99,6%.

Procesul de nitrificare și denitrificare pe termen scurt nu trece prin etapa de nitrați, economisind sursa de carbon necesară pentru îndepărtarea biologică a azotului. Acesta prezintă anumite avantaje pentru apele uzate cu azot amoniacal cu raport C/N scăzut. Nitrificarea și denitrificarea pe termen scurt au avantajele unei cantități mai mici de nămol, unui timp de reacție scurt și economisirii volumului reactorului. Cu toate acestea, nitrificarea și denitrificarea pe termen scurt necesită o acumulare stabilă și durabilă de nitriți, așa că modul de inhibare eficientă a activității bacteriilor nitrificatoare devine cheia.

④ Oxidarea anaerobă a amoniacului

Amoxidarea anaerobă este un proces de oxidare directă a azotului amoniacal la azot de către bacteriile autotrofe în condiții de hipoxie, cu azot nitros sau azot nitros ca acceptor de electroni.

Au fost studiate efectele temperaturii și pH-ului asupra activității biologice a anammoX. Rezultatele au arătat că temperatura optimă de reacție a fost de 30℃, iar valoarea pH-ului a fost de 7,8. A fost studiată fezabilitatea reactorului anaerob ammoX pentru tratarea apelor reziduale cu salinitate ridicată și concentrație mare de azot. Rezultatele au arătat că salinitatea ridicată a inhibat semnificativ activitatea anammoX, iar această inhibare a fost reversibilă. Activitatea anaerobă ammoX a nămolului neaclimatizat a fost cu 67,5% mai mică decât cea a nămolului de control la o salinitate de 30g.L-1(NaC1). Activitatea anammoX a nămolului aclimatizat a fost cu 45,1% mai mică decât cea a nămolului de control. Când nămolul aclimatizat a fost transferat dintr-un mediu cu salinitate ridicată într-un mediu cu salinitate scăzută (fără saramură), activitatea anaerobă ammoX a crescut cu 43,1%. Cu toate acestea, reactorul este predispus la declinul funcționării atunci când funcționează în condiții de salinitate ridicată pentru o perioadă lungă de timp.

Comparativ cu procesul biologic tradițional, ammoX anaerob este o tehnologie de eliminare a azotului biologic mai economică, fără sursă suplimentară de carbon, cu un consum redus de oxigen, fără a fi nevoie de reactivi pentru neutralizare și cu o producție mai mică de nămol. Dezavantajele ammox anaerob sunt viteza de reacție lentă, volumul reactorului mare și sursa de carbon nefavorabilă amMOX anaerob, ceea ce are o semnificație practică pentru rezolvarea apelor uzate cu azot amoniacal cu biodegradabilitate slabă.

4. procesul de separare și adsorbție a azotului

① metoda de separare cu membrană

Metoda de separare prin membrană constă în utilizarea permeabilității selective a membranei pentru a separa selectiv componentele din lichid, astfel încât să se atingă scopul eliminării azotului amoniacal. Include osmoza inversă, nanofiltrarea, membrana de dezamoniare și electrodializa. Factorii care afectează separarea membranei sunt caracteristicile membranei, presiunea sau tensiunea, valoarea pH-ului, temperatura și concentrația de azot amoniacal.

Conform calității apei uzate cu azot amoniacal deversate de topitoria de pământuri rare, experimentul de osmoză inversă a fost efectuat cu ape uzate simulate cu NH4C1 și NaCI. S-a constatat că, în aceleași condiții, osmoza inversă are o rată de eliminare mai mare a NaCI, în timp ce NHCl are o rată de producție a apei mai mare. Rata de eliminare a NH4C1 este de 77,3% după tratamentul cu osmoză inversă, putând fi utilizată ca pretratare a apelor uzate cu azot amoniacal. Tehnologia de osmoză inversă poate economisi energie, are o bună stabilitate termică, dar rezistența la clor și la poluare este slabă.

Pentru tratarea levigatului de la depozitul de deșeuri s-a utilizat un proces biochimic de separare cu membrană de nanofiltrare, astfel încât 85%~90% din lichidul permeabil a fost evacuat conform standardului și doar 0%~15% din lichidul concentrat din canalizare și nămolul au fost returnate în rezervorul de gunoi. Ozturki și colab. au tratat levigatul de la depozitul de deșeuri din Odayeri, Turcia, cu o membrană de nanofiltrare, iar rata de îndepărtare a azotului amoniacal a fost de aproximativ 72%. Membrana de nanofiltrare necesită o presiune mai mică decât membrana de osmoză inversă, fiind ușor de utilizat.

Sistemul cu membrană de eliminare a amoniacului este utilizat în general în tratarea apelor uzate cu conținut ridicat de azot amoniacal. Azotul amoniacal din apă are următorul echilibru: NH4- +OH- = NH3 + H2O. În timpul funcționării, apa uzată care conține amoniac curge în carcasa modulului cu membrană, iar lichidul care absoarbe acidul curge în conducta modulului cu membrană. Când pH-ul apei uzate crește sau temperatura crește, echilibrul se va deplasa spre dreapta, iar ionul de amoniu NH4- devine NH3 gazos liber. În acest moment, NH3 gazos poate intra în faza lichidă de absorbție a acidului din conductă din faza apei uzate din carcasă prin microporii de pe suprafața fibrei tubulare, care este absorbită de soluția acidă și devine imediat NH4- ionic. Mențineți pH-ul apei uzate peste 10 și temperatura peste 35 °C (sub 50 °C), astfel încât NH4 din faza apei uzate să devină continuu NH3 în migrarea fazei lichide de absorbție. Drept urmare, concentrația de azot amoniacal din partea apei uzate scade continuu. Faza lichidă de absorbție a acidului, deoarece conține doar acid și NH4-, formează o sare de amoniu foarte pură și atinge o anumită concentrație după circulație continuă, care poate fi reciclată. Pe de o parte, utilizarea acestei tehnologii poate îmbunătăți considerabil rata de eliminare a azotului amoniacal din apele uzate, iar pe de altă parte, poate reduce costul total de operare al sistemului de epurare a apelor uzate.

②metoda de electrodializă

Electrodializa este o metodă de îndepărtare a solidelor dizolvate din soluții apoase prin aplicarea unei tensiuni între perechile de membrane. Sub acțiunea tensiunii, ionii de amoniac și alți ioni din apele uzate cu amoniac-azot sunt îmbogățiți prin membrană în apa concentrată care conține amoniac, astfel încât să se atingă scopul eliminării.

Metoda de electrodializă a fost utilizată pentru tratarea apelor uzate anorganice cu o concentrație mare de azot amoniacal și a obținut rezultate bune. Pentru ape uzate cu azot amoniacal de 2000-3000 mg/L, rata de eliminare a azotului amoniacal poate fi mai mare de 85%, iar apa cu amoniac concentrată poate fi obținută cu 8,9%. Cantitatea de energie electrică consumată în timpul electrodializei este proporțională cu cantitatea de azot amoniacal din apele uzate. Tratarea apelor uzate prin electrodializă nu este limitată de valoarea pH-ului, temperatură și presiune și este ușor de operat.

Avantajele separării prin membrană sunt recuperarea ridicată a azotului amoniacal, funcționarea simplă, efectul stabil al tratamentului și lipsa poluării secundare. Cu toate acestea, în tratarea apelor uzate cu concentrație mare de azot amoniacal, cu excepția membranei dezamoniate, alte membrane se incrustează și se colmatează ușor, iar regenerarea și spălarea în contracurent sunt frecvente, crescând costul tratamentului. Prin urmare, această metodă este mai potrivită pentru pretratare sau pentru apele uzate cu concentrație mică de azot amoniacal.

③ Metoda de schimb ionic

Metoda de schimb ionic este o metodă de eliminare a azotului amoniacal din apele uzate prin utilizarea de materiale cu adsorbție selectivă puternică a ionilor de amoniac. Materialele de adsorbție utilizate în mod obișnuit sunt cărbunele activ, zeolitul, montmorillonitul și rășina schimbătoare. Zeolitul este un tip de silico-aluminat cu structură spațială tridimensională, structură regulată a porilor și găuri, printre care clinoptilolitul are o capacitate puternică de adsorbție selectivă pentru ionii de amoniac și un preț scăzut, de aceea este utilizat în mod obișnuit ca material de adsorbție pentru apele uzate cu azot amoniacal în inginerie. Factorii care afectează efectul de tratare al clinoptilolitului includ dimensiunea particulelor, concentrația de azot amoniacal din influent, timpul de contact, valoarea pH-ului și așa mai departe.

Efectul de adsorbție al zeolitului asupra azotului amoniacal este evident, urmat de ranit, iar efectul solului și ceramisitului este slab. Principala metodă de îndepărtare a azotului amoniacal din zeolit ​​este schimbul de ioni, iar efectul de adsorbție fizică este foarte mic. Efectul de schimb ionic al ceramitei, solului și ranitului este similar cu efectul de adsorbție fizică. Capacitatea de adsorbție a celor patru materiale de umplutură a scăzut odată cu creșterea temperaturii în intervalul 15-35℃ și a crescut odată cu creșterea valorii pH-ului în intervalul 3-9. Echilibrul de adsorbție a fost atins după o oscilație de 6 ore.

A fost studiată fezabilitatea eliminării azotului amoniacal din levigatul depozitelor de deșeuri prin adsorbția zeolitului. Rezultatele experimentale arată că fiecare gram de zeolit ​​are un potențial de adsorbție limitat de 15,5 mg de azot amoniacal; atunci când dimensiunea particulelor de zeolit ​​este de 30-16 mesh, rata de îndepărtare a azotului amoniacal ajunge la 78,5%, iar pentru același timp de adsorbție, dozaj și dimensiune a particulelor de zeolit, cu cât concentrația de azot amoniacal din influent este mai mare, cu atât rata de adsorbție este mai mare, fiind fezabilă utilizarea zeolitului ca adsorbant pentru a elimina azotul amoniacal din levigat. În același timp, se subliniază faptul că rata de adsorbție a azotului amoniacal de către zeolit ​​este scăzută, iar zeolitul are dificultăți în atingerea capacității de adsorbție la saturație în funcționarea practică.

A fost studiat efectul de eliminare a azotului, COD-ului și a altor poluanți din apele uzate simulate ale satelor. Rezultatele arată că rata de eliminare a azotului amoniacal prin patul biologic de zeolit ​​este mai mare de 95%, iar eliminarea azotului nitrați este influențată în mare măsură de timpul de rezidență hidraulică.

Metoda de schimb ionic are avantajele investiției mici, procesului simplu, operării convenabile, insensibilității la substanțe toxice și temperatură și reutilizării zeolitului prin regenerare. Cu toate acestea, atunci când se tratează apele uzate cu concentrație mare de azot amoniacal, regenerarea este frecventă, ceea ce aduce inconveniente operațiunii, așa că trebuie combinată cu alte metode de tratare a azotului amoniacal sau utilizată pentru tratarea apelor uzate cu concentrație scăzută de azot amoniacal.

Producător și furnizor en-gros de zeolit ​​4A | EVERBRIGHT (cnchemist.com)