عملية كيميائية لإزالة نيتروجين الأمونيا من الماء

1. ما هو نيتروجين الأمونيا؟

يشير نيتروجين الأمونيا إلى الأمونيا في شكل أمونيا حرة (أو أمونيا غير أيونية، NH3) أو أمونيا أيونية (NH4+).درجة حموضة أعلى ونسبة أعلى من الأمونيا الحرة؛وعلى العكس من ذلك فإن نسبة أملاح الأمونيوم عالية.

نيتروجين الأمونيا هو مادة مغذية في الماء، والتي يمكن أن تؤدي إلى إثراء الماء، وهو الملوث الرئيسي الذي يستهلك الأكسجين في الماء، وهو سام للأسماك وبعض الكائنات المائية.

التأثير الضار الرئيسي لنيتروجين الأمونيا على الكائنات المائية هو الأمونيا الحرة، التي تكون سميتها أكبر بعشرات المرات من سمية ملح الأمونيوم، وتزداد مع زيادة القلوية.ترتبط سمية نيتروجين الأمونيا ارتباطًا وثيقًا بقيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة حرارة الماء لمياه حمام السباحة، بشكل عام، كلما ارتفعت قيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة حرارة الماء، كانت السمية أقوى.

هناك طريقتان تقريبيتان للحساسية اللونية تستخدمان بشكل شائع لتحديد الأمونيا هما طريقة كاشف نيسلر الكلاسيكية وطريقة الفينول هيبوكلوريت.كما تُستخدم عمليات المعايرة والطرق الكهربائية بشكل شائع لتحديد الأمونيا؛عندما يكون محتوى نيتروجين الأمونيا مرتفعًا، يمكن أيضًا استخدام طريقة المعايرة بالتقطير.(تشمل المعايير الوطنية طريقة كاشف ناث، والقياس الطيفي لحمض الساليسيليك، وطريقة التقطير - المعايرة)

2. عملية إزالة النيتروجين الفيزيائية والكيميائية

① طريقة الترسيب الكيميائي

طريقة الترسيب الكيميائي، والمعروفة أيضًا بطريقة الترسيب MAP، هي إضافة المغنيسيوم وحمض الفوسفوريك أو فوسفات الهيدروجين إلى مياه الصرف الصحي التي تحتوي على نيتروجين الأمونيا، بحيث يتفاعل NH4+ في مياه الصرف الصحي مع Mg+ وPO4- في محلول مائي لتوليد ترسيب فوسفات مغنيسيوم الأمونيوم. ، الصيغة الجزيئية هي MgNH4P04.6H20، وذلك لتحقيق غرض إزالة نيتروجين الأمونيا.يمكن استخدام فوسفات الأمونيوم المغنيسيوم، المعروف باسم ستروفيت، كسماد أو مادة مضافة للتربة أو مثبط للحريق لبناء المنتجات الهيكلية.معادلة التفاعل هي كما يلي:

Mg++ NH4 + + PO4 - = MgNH4P04

العوامل الرئيسية التي تؤثر على تأثير معالجة الترسيب الكيميائي هي قيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة وتركيز نيتروجين الأمونيا والنسبة المولية (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)).أظهرت النتائج أنه عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني 10 والنسبة المولية للمغنيسيوم والنيتروجين والفوسفور 1.2:1:1.2، فإن تأثير العلاج يكون أفضل.

باستخدام كلوريد المغنيسيوم وفوسفات هيدروجين ثنائي الصوديوم كعوامل ترسيب، أظهرت النتائج أن تأثير المعالجة يكون أفضل عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني 9.5 والنسبة المولية للمغنيسيوم والنيتروجين والفوسفور هي 1.2:1:1.

أظهرت النتائج أن MgC12+Na3PO4.12H20 يتفوق على مجموعات عوامل الترسيب الأخرى.عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني 10.0، تكون درجة الحرارة 30 درجة مئوية، n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)= 1:1:1، يتم تقليل تركيز كتلة نيتروجين الأمونيا في مياه الصرف الصحي بعد التحريك لمدة 30 دقيقة من 222 ملغم/لتر قبل العلاج إلى 17 ملغم/لتر، ومعدل الإزالة 92.3%.

تم الجمع بين طريقة الترسيب الكيميائي وطريقة الغشاء السائل لمعالجة مياه الصرف الصحي ذات التركيز العالي من نيتروجين الأمونيا الصناعي.في ظل ظروف تحسين عملية الترسيب، وصل معدل إزالة نيتروجين الأمونيا إلى 98.1%، ومن ثم أدت المعالجة الإضافية بطريقة الغشاء السائل إلى تقليل تركيز نيتروجين الأمونيا إلى 0.005 جم/لتر، مما يصل إلى معيار الانبعاثات الوطني من الدرجة الأولى.

تم دراسة تأثير إزالة أيونات المعادن ثنائية التكافؤ (Ni+، Mn+، Zn+، Cu+، Fe+) بخلاف Mg+ على نيتروجين الأمونيا تحت تأثير الفوسفات.تم اقتراح عملية جديدة لهطول الأمطار CaSO4-MAP لمياه الصرف الصحي لكبريتات الأمونيوم.أظهرت النتائج أنه يمكن استبدال منظم NaOH التقليدي بالجير.

تتمثل ميزة طريقة الترسيب الكيميائي في أنه عندما يكون تركيز مياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا مرتفعًا، يكون تطبيق الطرق الأخرى محدودًا، مثل الطريقة البيولوجية، وطريقة الكلورة في نقطة الانكسار، وطريقة الفصل الغشائي، وطريقة التبادل الأيوني، وما إلى ذلك. يمكن استخدام طريقة الترسيب الكيميائي للمعالجة المسبقة.كفاءة إزالة طريقة الترسيب الكيميائي أفضل، ولا تقتصر على درجة الحرارة، والعملية بسيطة.يمكن استخدام الحمأة المترسبة التي تحتوي على فوسفات أمونيوم المغنيسيوم كسماد مركب لتحقيق الاستفادة من النفايات، وبالتالي تعويض جزء من التكلفة؛إذا أمكن دمجه مع بعض المؤسسات الصناعية التي تنتج مياه الصرف الصحي الفوسفاتية والمؤسسات التي تنتج محلول ملحي، فيمكنه توفير تكاليف الأدوية وتسهيل التطبيق على نطاق واسع.

عيب طريقة الترسيب الكيميائي هو أنه بسبب تقييد منتج الذوبان لفوسفات الأمونيوم والمغنيسيوم، بعد وصول نيتروجين الأمونيا في مياه الصرف الصحي إلى تركيز معين، فإن تأثير الإزالة ليس واضحًا وتزداد تكلفة المدخلات بشكل كبير.ولذلك، ينبغي استخدام طريقة الترسيب الكيميائي مع طرق أخرى مناسبة للمعالجة المتقدمة.كمية الكاشف المستخدمة كبيرة، والحمأة المنتجة كبيرة، وتكلفة العلاج مرتفعة.إن إدخال أيونات الكلوريد والفوسفور المتبقي أثناء جرعات المواد الكيميائية يمكن أن يسبب بسهولة تلوثًا ثانويًا.

مصنع ومورد كبريتات الألومنيوم بالجملة |ايفربرايت (cnchemist.com)

الجملة ثنائي فوسفات الصوديوم الصوديوم الصانع والمورد |ايفربرايت (cnchemist.com)

②طريقة النفخ

تتمثل إزالة نيتروجين الأمونيا بطريقة النفخ في ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني إلى القلوية، بحيث يتم تحويل أيون الأمونيا الموجود في مياه الصرف الصحي إلى أمونيا، بحيث تتواجد بشكل أساسي على شكل أمونيا حرة، ومن ثم يتم إخراج الأمونيا الحرة من مياه الصرف الصحي من خلال الغاز الناقل، وذلك لتحقيق الغرض من إزالة نيتروجين الأمونيا.العوامل الرئيسية التي تؤثر على كفاءة النفخ هي قيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة ونسبة الغاز إلى السائل ومعدل تدفق الغاز والتركيز الأولي وما إلى ذلك.في الوقت الحاضر، يتم استخدام طريقة النفخ على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي ذات التركيز العالي من نيتروجين الأمونيا.

تمت دراسة إزالة نيتروجين الأمونيا من المادة المرتشحة من مكب النفايات بطريقة النفخ.وقد وجد أن العوامل الرئيسية التي تتحكم في كفاءة النفخ هي درجة الحرارة ونسبة الغاز إلى السائل وقيمة الرقم الهيدروجيني.عندما تكون درجة حرارة الماء أكبر من 2590، وتكون نسبة الغاز إلى السائل حوالي 3500، ودرجة الحموضة حوالي 10.5، يمكن أن يصل معدل الإزالة إلى أكثر من 90% بالنسبة للعصارة في مكب النفايات مع تركيز نيتروجين الأمونيا يصل إلى 2000-4000 ملجم/ ل.أظهرت النتائج أنه عندما يكون الرقم الهيدروجيني = 11.5، ودرجة حرارة التجريد 80 درجة مئوية ووقت التجريد 120 دقيقة، فإن معدل إزالة نيتروجين الأمونيا في مياه الصرف الصحي يمكن أن يصل إلى 99.2%.

تم تنفيذ كفاءة النفخ لمياه الصرف الصحي ذات التركيز العالي من نيتروجين الأمونيا بواسطة برج النفخ ذو التيار المعاكس.أظهرت النتائج أن كفاءة النفخ تزداد مع زيادة قيمة الرقم الهيدروجيني.كلما زادت نسبة الغاز إلى السائل، زادت القوة الدافعة لنقل كتلة تجريد الأمونيا، كما زادت كفاءة التجريد.

تعتبر إزالة نيتروجين الأمونيا عن طريق طريقة النفخ فعالة، وسهلة التشغيل، وسهلة التحكم.يمكن استخدام نيتروجين الأمونيا المنفوخ كممتص لحمض الكبريتيك، ويمكن استخدام أموال حمض الكبريتيك المتولدة كسماد.طريقة النفخ هي تقنية شائعة الاستخدام لإزالة النيتروجين الفيزيائي والكيميائي في الوقت الحاضر.ومع ذلك، فإن طريقة النفخ لها بعض العيوب، مثل التحجيم المتكرر في برج النفخ، وانخفاض كفاءة إزالة نيتروجين الأمونيا عند درجة حرارة منخفضة، والتلوث الثانوي الناجم عن غاز النفخ.يتم دمج طريقة النفخ عمومًا مع طرق معالجة مياه الصرف الصحي الأخرى من نيتروجين الأمونيا للمعالجة المسبقة لمياه الصرف الصحي ذات التركيز العالي من نيتروجين الأمونيا.

③نقطة الكسر بالكلور

آلية إزالة الأمونيا عن طريق الكلورة في نقطة الانكسار هي أن غاز الكلور يتفاعل مع الأمونيا لإنتاج غاز النيتروجين غير الضار، ويتسرب N2 إلى الغلاف الجوي، مما يجعل مصدر التفاعل يستمر إلى اليمين.صيغة التفاعل هي:

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

عندما يتم نقل غاز الكلور إلى مياه الصرف الصحي إلى نقطة معينة، يكون محتوى الكلور الحر في الماء منخفضًا، ويكون تركيز الأمونيا صفرًا.وعندما تتجاوز كمية غاز الكلور النقطة فإن كمية الكلور الحر في الماء تزيد، ولذلك تسمى النقطة بنقطة الانكسار، وتسمى الكلورة في هذه الحالة بكلورة نقطة الانكسار.

يتم استخدام طريقة الكلورة في نقطة الانكسار لمعالجة مياه الصرف الصحي للحفر بعد نفخ نيتروجين الأمونيا، ويتأثر تأثير المعالجة بشكل مباشر بعملية نفخ نيتروجين الأمونيا المعالجة مسبقًا.عندما تتم إزالة 70% من نيتروجين الأمونيا في مياه الصرف الصحي عن طريق عملية النفخ ومن ثم معالجتها بالكلور في نقطة الانكسار، يكون تركيز كتلة نيتروجين الأمونيا في النفايات السائلة أقل من 15 ملجم/لتر.تشانغ شنجلي وآخرون.أخذت مياه صرف نيتروجين الأمونيا المحاكية بتركيز كتلة 100 ملغم / لتر كموضوع بحث، وأظهرت نتائج البحث أن العوامل الرئيسية والثانوية التي تؤثر على إزالة نيتروجين الأمونيا عن طريق أكسدة هيبوكلوريت الصوديوم هي نسبة كمية الكلور إلى نيتروجين الأمونيا، زمن رد الفعل، وقيمة الرقم الهيدروجيني.

تتميز طريقة الكلورة بنقطة الانكسار بكفاءة عالية في إزالة النيتروجين، ويمكن أن يصل معدل الإزالة إلى 100%، ويمكن تقليل تركيز الأمونيا في مياه الصرف الصحي إلى الصفر.التأثير مستقر ولا يتأثر بدرجة الحرارة.معدات استثمارية أقل، استجابة سريعة وكاملة؛له تأثير التعقيم والتطهير على الجسم المائي.نطاق تطبيق طريقة الكلورة بنقطة الانكسار هو أن تركيز مياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا أقل من 40 ملجم / لتر، لذلك يتم استخدام طريقة الكلورة بنقطة الانكسار في الغالب للمعالجة المتقدمة لمياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا.إن متطلبات الاستخدام والتخزين الآمن مرتفعة، وتكلفة المعالجة مرتفعة، وسوف تسبب المنتجات الثانوية الكلورامين والمواد العضوية المكلورة تلوثًا ثانويًا.

④طريقة الأكسدة الحفزية

طريقة الأكسدة الحفزية هي من خلال عمل المحفز، تحت درجة حرارة وضغط معينين، من خلال أكسدة الهواء، يمكن أكسدة المواد العضوية والأمونيا الموجودة في مياه الصرف الصحي وتحللها إلى مواد غير ضارة مثل ثاني أكسيد الكربون وN2 وH2O، لتحقيق غرض التنقية.

العوامل التي تؤثر على تأثير الأكسدة الحفزية هي خصائص المحفز، درجة الحرارة، وقت التفاعل، قيمة الرقم الهيدروجيني، تركيز نيتروجين الأمونيا، الضغط، شدة التحريك وما إلى ذلك.

تمت دراسة عملية تحلل نيتروجين الأمونيا بالأوزون.أظهرت النتائج أنه عندما زادت قيمة الرقم الهيدروجيني، تم إنتاج نوع من جذر H2O مع قدرة أكسدة قوية، وتسارع معدل الأكسدة بشكل ملحوظ.تشير الدراسات إلى أن الأوزون يمكنه أكسدة نيتروجين الأمونيا إلى نتريت والنتريت إلى نترات.يتناقص تركيز نيتروجين الأمونيا في الماء مع زيادة الوقت، وتبلغ نسبة إزالة نيتروجين الأمونيا حوالي 82%.تم استخدام CuO-Mn02-Ce02 كمحفز مركب لمعالجة مياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا.أظهرت النتائج التجريبية أن نشاط الأكسدة للمحفز المركب المُجهز حديثًا قد تحسن بشكل كبير، وأن ظروف العملية المناسبة هي 255 درجة مئوية، 4.2MPa ودرجة الحموضة = 10.8.في معالجة مياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا بتركيز أولي 1023 ملجم / لتر، يمكن أن يصل معدل إزالة نيتروجين الأمونيا إلى 98٪ خلال 150 دقيقة، ليصل إلى معيار التفريغ الثانوي الوطني (50 ملجم / لتر).

تم دراسة الأداء التحفيزي للمحفز الضوئي TiO2 المدعم بالزيوليت من خلال دراسة معدل تحلل نيتروجين الأمونيا في محلول حامض الكبريتيك.أظهرت النتائج أن الجرعة المثالية للمحفز الضوئي Ti02/ الزيوليت هي 1.5 جم/لتر وزمن التفاعل هو 4 ساعات تحت الأشعة فوق البنفسجية.يمكن أن يصل معدل إزالة نيتروجين الأمونيا من مياه الصرف الصحي إلى 98.92%.تمت دراسة تأثير إزالة نسبة عالية من الحديد وثاني أكسيد النانو تشين تحت الضوء فوق البنفسجي على نيتروجين الفينول والأمونيا.أظهرت النتائج أن معدل إزالة نيتروجين الأمونيا هو 97.5% عندما يتم تطبيق الرقم الهيدروجيني = 9.0 على محلول نيتروجين الأمونيا بتركيز 50 ملجم/لتر، وهو أعلى بنسبة 7.8% و22.5% من تركيز الحديد العالي أو ثاني أكسيد الصين وحده.

تتميز طريقة الأكسدة الحفزية بمزايا كفاءة التنقية العالية، والعملية البسيطة، ومساحة القاع الصغيرة، وما إلى ذلك، وغالبًا ما تستخدم لمعالجة مياه الصرف الصحي ذات التركيز العالي من نيتروجين الأمونيا.تكمن صعوبة التطبيق في كيفية منع فقدان المحفز وحماية المعدات من التآكل.

⑤طريقة الأكسدة الكهروكيميائية

تشير طريقة الأكسدة الكهروكيميائية إلى طريقة إزالة الملوثات في الماء باستخدام الأكسدة الكهربائية مع النشاط الحفاز.العوامل المؤثرة هي كثافة التيار، معدل تدفق المدخل، وقت الخروج ووقت حل النقطة.

تمت دراسة الأكسدة الكهروكيميائية لمياه الصرف الصحي من الأمونيا والنيتروجين في خلية التحليل الكهربائي ذات التدفق الدائري، حيث الموجب هو كهرباء شبكة Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 والسالب هو كهرباء شبكة Ti.أظهرت النتائج أنه عندما يكون تركيز أيون الكلوريد 400 ملجم / لتر، يكون تركيز نيتروجين الأمونيا الأولي 40 ملجم / لتر، ومعدل التدفق المؤثر 600 مل / دقيقة، وكثافة التيار 20 مللي أمبير / سم، ووقت التحليل الكهربائي 90 دقيقة، والأمونيا معدل إزالة النيتروجين هو 99.37%.لقد أظهر أن الأكسدة الكهربية لمياه الصرف الصحي للأمونيا والنيتروجين لها احتمال تطبيق جيد.

3. عملية إزالة النيتروجين البيوكيميائية

①النترجة الكاملة ونزع النتروجين

إن النترجة ونزع النتروجين للعملية بأكملها هي نوع من الأساليب البيولوجية التي تم استخدامها على نطاق واسع لفترة طويلة في الوقت الحاضر.إنه يحول نيتروجين الأمونيا الموجود في مياه الصرف الصحي إلى نيتروجين من خلال سلسلة من التفاعلات مثل النترجة ونزع النتروجين تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة المختلفة، وذلك لتحقيق الغرض من معالجة مياه الصرف الصحي.تحتاج عملية النترجة ونزع النتروجين لإزالة نيتروجين الأمونيا إلى مرحلتين:

تفاعل النترجة: يكتمل تفاعل النترجة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة الهوائية ذاتية التغذية.في الحالة الهوائية، يستخدم النيتروجين غير العضوي كمصدر للنيتروجين لتحويل NH4+ إلى NO2-، ومن ثم يتم أكسدته إلى NO3-.يمكن تقسيم عملية النترجة إلى مرحلتين.في المرحلة الثانية، يتم تحويل النتريت إلى نترات (NO3-) عن طريق البكتيريا الآزوتية، ويتم تحويل النتريت إلى نترات (NO3-) عن طريق البكتيريا الآزوتية.

تفاعل نزع النتروجين: تفاعل نزع النتروجين هو العملية التي تقوم فيها بكتيريا نزع النتروجين باختزال نيتروجين النتريت ونيتروجين النترات إلى نيتروجين غازي (N2) في حالة نقص الأكسجة.البكتيريا النازعة للنتروجين هي كائنات دقيقة غير متجانسة، ينتمي معظمها إلى البكتيريا البرمائية.في حالة نقص الأكسجة، يستخدمون الأكسجين الموجود في النترات كمستقبل للإلكترون والمواد العضوية (مكون BOD في مياه الصرف الصحي) كمانح للإلكترون لتوفير الطاقة ويتم أكسدتها وتثبيتها.

تشتمل تطبيقات هندسة النترجة ونزع النتروجين للعملية بأكملها بشكل أساسي على AO وA2O وخندق الأكسدة وما إلى ذلك، وهي طريقة أكثر نضجًا تستخدم في صناعة إزالة النيتروجين البيولوجي.

تتميز طريقة النترجة ونزع النتروجين بأكملها بمزايا التأثير المستقر والتشغيل البسيط وعدم التلوث الثانوي والتكلفة المنخفضة.تحتوي هذه الطريقة أيضًا على بعض العيوب، مثل أنه يجب إضافة مصدر الكربون عندما تكون نسبة C/N في مياه الصرف الصحي منخفضة، ومتطلبات درجة الحرارة صارمة نسبيًا، وتكون الكفاءة منخفضة عند درجة حرارة منخفضة، وتكون المساحة كبيرة، والطلب على الأكسجين كبيرة الحجم، وبعض المواد الضارة مثل أيونات المعادن الثقيلة لها تأثير ضاغط على الكائنات الحية الدقيقة، والتي يجب إزالتها قبل تنفيذ الطريقة البيولوجية.بالإضافة إلى ذلك، فإن التركيز العالي لنيتروجين الأمونيا في مياه الصرف الصحي له أيضًا تأثير مثبط على عملية النترجة.لذلك، يجب إجراء المعالجة المسبقة قبل معالجة مياه الصرف الصحي ذات التركيز العالي من نيتروجين الأمونيا بحيث يكون تركيز مياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا أقل من 500 ملجم / لتر.الطريقة البيولوجية التقليدية مناسبة لمعالجة مياه الصرف الصحي ذات التركيز المنخفض من نيتروجين الأمونيا والتي تحتوي على مواد عضوية، مثل مياه الصرف الصحي المنزلية، ومياه الصرف الصحي الكيميائية، وما إلى ذلك.

②النترجة ونزع النتروجين المتزامنين (SND)

عندما يتم إجراء النترجة ونزع النتروجين معًا في نفس المفاعل، يُطلق على ذلك اسم إزالة النتروجين بالهضم المتزامن (SND).يقتصر الأكسجين المذاب في مياه الصرف الصحي على معدل الانتشار لإنتاج تدرج الأكسجين المذاب في منطقة البيئة الدقيقة على الكتلة الميكروبية أو الأغشية الحيوية، مما يجعل تدرج الأكسجين المذاب على السطح الخارجي للكتلة الميكروبية أو الأغشية الحيوية ملائمًا للنمو والانتشار. من البكتيريا النتروجينية الهوائية والبكتيريا الأمونيا.كلما زاد عمق الكتلة أو الغشاء، انخفض تركيز الأكسجين المذاب، مما أدى إلى منطقة نقص الأكسجين حيث تهيمن البكتيريا النازعة للنتروجين.وبالتالي تشكيل عملية الهضم ونزع النتروجين في وقت واحد.العوامل التي تؤثر على الهضم ونزع النتروجين في وقت واحد هي قيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة والقلوية ومصدر الكربون العضوي والأكسجين المذاب وعمر الحمأة.

توجد عملية نترجة/إزالة نترجة متزامنة في خندق أكسدة الكاروسيل، وانخفض تركيز الأكسجين المذاب بين المكره الهوائية في خندق أكسدة الكاروسيل تدريجيًا، وكان الأكسجين المذاب في الجزء السفلي من خندق أكسدة الكاروسيل أقل من ذلك الموجود في الجزء العلوي .إن معدلات تكوين واستهلاك نيتروجين النترات في كل جزء من القناة متساوية تقريباً، ويكون تركيز نيتروجين الأمونيا في القناة منخفضاً جداً دائماً، مما يدل على أن تفاعلات النترجة ونزع النتروجين تحدث في وقت واحد في قناة أكسدة الكاروسيل.

تظهر الدراسة التي أجريت على معالجة مياه الصرف الصحي المنزلية أنه كلما ارتفع CODCr، زادت اكتمال عملية إزالة النتروجين وكانت إزالة TN أفضل.تأثير الأكسجين المذاب على النترجة ونزع النتروجين في وقت واحد كبير.عندما يتم التحكم في الأكسجين المذاب عند 0.5~2mg/L، فإن تأثير إزالة النيتروجين الإجمالي يكون جيدًا.في الوقت نفسه، تعمل طريقة النترجة ونزع النتروجين على حفظ المفاعل، وتقصير وقت التفاعل، وانخفاض استهلاك الطاقة، وتوفير الاستثمار، ومن السهل الحفاظ على قيمة الرقم الهيدروجيني مستقرة.

③الهضم ونزع النتروجين على المدى القصير

في نفس المفاعل، يتم استخدام بكتيريا مؤكسدة الأمونيا لأكسدة الأمونيا إلى نتريت تحت الظروف الهوائية، ومن ثم يتم نزع النتريت مباشرة لإنتاج النيتروجين مع مادة عضوية أو مصدر كربون خارجي كمانح للإلكترون تحت ظروف نقص الأكسجة.عوامل التأثير للنترجة ونزع النتروجين قصيرة المدى هي درجة الحرارة والأمونيا الحرة وقيمة الرقم الهيدروجيني والأكسجين المذاب.

تأثير درجة الحرارة على النترجة قصيرة المدى لمياه الصرف الصحي البلدية بدون مياه البحر ومياه الصرف الصحي البلدية بنسبة 30٪ من مياه البحر.تظهر النتائج التجريبية أنه: بالنسبة لمياه الصرف الصحي البلدية بدون مياه البحر، فإن زيادة درجة الحرارة تساعد على تحقيق النترجة قصيرة المدى.عندما تكون نسبة مياه البحر في مياه الصرف الصحي المنزلية 30%، يمكن تحقيق النترجة قصيرة المدى بشكل أفضل في ظل ظروف درجة الحرارة المتوسطة.طورت جامعة دلفت للتكنولوجيا عملية شارون، واستخدام درجة الحرارة العالية (حوالي 30-4090) يفضي إلى تكاثر بكتيريا النتريت، بحيث تفقد بكتيريا النتريت المنافسة، بينما من خلال التحكم في عمر الحمأة للقضاء على بكتيريا النتريت، لذلك أن رد فعل النترجة في مرحلة النتريت.

بناءً على الاختلاف في تقارب الأكسجين بين بكتيريا النتريت وبكتيريا النتريت، قام مختبر البيئة الميكروبية اللطيفة بتطوير عملية OLAND لتحقيق تراكم نيتروجين النتريت عن طريق التحكم في الأكسجين المذاب للقضاء على بكتيريا النتريت.

تظهر نتائج الاختبار التجريبي لمعالجة مياه الصرف الصحي لفحم الكوك عن طريق النترجة ونزع النتروجين قصيرة المدى أنه عندما تكون تركيزات COD المتدفقة ونيتروجين الأمونيا وTN والفينول هي 1201.6,510.4,540.1 و110.4 ملجم/لتر، فإن متوسط ​​COD للنفايات السائلة ونيتروجين الأمونيا وتركيزات TN والفينول هي 197.1،14.2،181.5 و0.4 ملغم/لتر على التوالي.وكانت معدلات الإزالة المقابلة 83.6%، 97.2%، 66.4% و 99.6%، على التوالي.

لا تمر عملية النترجة ونزع النتروجين قصيرة المدى بمرحلة النترات، مما يوفر مصدر الكربون المطلوب لإزالة النيتروجين البيولوجي.لديها مزايا معينة لمياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا مع نسبة C / N منخفضة.تتمتع عملية النترجة ونزع النتروجين قصيرة المدى بمزايا تقليل الحمأة ووقت التفاعل القصير وتوفير حجم المفاعل.ومع ذلك، تتطلب النترجة ونزع النتروجين على المدى القصير تراكمًا مستقرًا ودائمًا للنتريت، لذا فإن كيفية تثبيط نشاط البكتيريا الآزوتية بشكل فعال تصبح المفتاح.

④ أكسدة الأمونيا اللاهوائية

الأموكسيد اللاهوائي هو عملية أكسدة مباشرة لنيتروجين الأمونيا إلى نيتروجين بواسطة البكتيريا ذاتية التغذية في حالة نقص الأكسجة، مع نيتروجين النيتروز أو نيتروجين النيتروز كمستقبل للإلكترون.

تمت دراسة تأثيرات درجة الحرارة ودرجة الحموضة على النشاط البيولوجي للأناموكس.أظهرت النتائج أن درجة حرارة التفاعل المثلى كانت 30 درجة مئوية وأن قيمة الرقم الهيدروجيني كانت 7.8.تمت دراسة جدوى مفاعل الذخيرة اللاهوائي لمعالجة مياه الصرف الصحي ذات الملوحة العالية والنيتروجين العالي التركيز.أظهرت النتائج أن الملوحة العالية أعاقت بشكل كبير نشاط anammoX، وكان هذا التثبيط قابلاً للعكس.كان نشاط الأموكس اللاهوائي للحمأة غير المتأقلمة أقل بنسبة 67.5% من نشاط الأموكس اللاهوائي تحت ملوحة 30 جم.لتر-1(NaC1).كان نشاط anammoX للحمأة المتأقلمة أقل بنسبة 45.1٪ من نشاط التحكم.عندما تم نقل الحمأة المتأقلمة من بيئة عالية الملوحة إلى بيئة منخفضة الملوحة (بدون محلول ملحي)، زاد نشاط الذخيرة اللاهوائية بنسبة 43.1%.ومع ذلك، يكون المفاعل عرضة لتدهور وظائفه عندما يعمل في ظروف ملوحة عالية لفترة طويلة.

بالمقارنة مع العملية البيولوجية التقليدية، فإن الذخيرة اللاهوائية هي تقنية أكثر اقتصادا لإزالة النيتروجين البيولوجي مع عدم وجود مصدر إضافي للكربون، وانخفاض الطلب على الأكسجين، وعدم الحاجة إلى الكواشف لتحييد، وإنتاج أقل للحمأة.تتمثل عيوب الأموكس اللاهوائي في أن سرعة التفاعل بطيئة، وحجم المفاعل كبير، ومصدر الكربون غير مناسب للأموكس اللاهوائي، الذي له أهمية عملية لحل مياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا ذات القابلية الضعيفة للتحلل البيولوجي.

4. عملية إزالة النيتروجين بالفصل والامتزاز

① طريقة فصل الغشاء

تتمثل طريقة فصل الغشاء في استخدام النفاذية الانتقائية للغشاء لفصل المكونات الموجودة في السائل بشكل انتقائي، وذلك لتحقيق الغرض من إزالة نيتروجين الأمونيا.بما في ذلك التناضح العكسي، والترشيح النانوي، والغشاء المانع للأمونيا، والتحليل الكهربائي.العوامل التي تؤثر على فصل الغشاء هي خصائص الغشاء، الضغط أو الجهد، قيمة الرقم الهيدروجيني، درجة الحرارة وتركيز نيتروجين الأمونيا.

وفقًا لجودة مياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا التي يتم تصريفها بواسطة مصهر الأتربة النادرة، تم إجراء تجربة التناضح العكسي باستخدام مياه الصرف الصحي المحاكاة NH4C1 وNaCI.وقد وجد أنه في ظل نفس الظروف، يكون للتناضح العكسي معدل إزالة أعلى لـ NaCI، في حين أن NH Cl لديه معدل إنتاج مياه أعلى.يبلغ معدل إزالة NH4C1 77.3% بعد المعالجة بالتناضح العكسي، والتي يمكن استخدامها كمعالجة مسبقة لمياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا.تكنولوجيا التناضح العكسي يمكن أن توفر الطاقة، والاستقرار الحراري الجيد، ولكن مقاومة الكلور، ومقاومة التلوث ضعيفة.

تم استخدام عملية فصل غشاء الترشيح النانوي الكيميائي الحيوي لمعالجة المادة المرتشحة في مكب النفايات، بحيث تم تفريغ 85% ~ 90% من السائل النفاذ وفقًا للمعيار، وتم إرجاع 0% ~ 15% فقط من سائل الصرف الصحي المركز والطين إلى خزان القمامة.أوزتوركي وآخرون.تمت معالجة المادة المرتشحة من مكب النفايات في Odayeri في تركيا بغشاء الترشيح النانوي، وبلغ معدل إزالة نيتروجين الأمونيا حوالي 72%.يتطلب غشاء الترشيح النانوي ضغطًا أقل من غشاء التناضح العكسي، وسهل التشغيل.

يستخدم نظام غشاء إزالة الأمونيا بشكل عام في معالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي على نسبة عالية من نيتروجين الأمونيا.يتمتع نيتروجين الأمونيا في الماء بالتوازن التالي: NH4- +OH-= NH3+H2O قيد التشغيل، وتتدفق مياه الصرف الصحي المحتوية على الأمونيا في غلاف وحدة الغشاء، ويتدفق السائل الممتص للحمض في أنبوب الغشاء. وحدة.عندما يزيد الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي أو ترتفع درجة الحرارة، فإن التوازن سوف ينتقل إلى اليمين، ويصبح أيون الأمونيوم NH4- هو NH3 الغازي الحر.في هذا الوقت، يمكن أن يدخل NH3 الغازي إلى الطور السائل لامتصاص الحمض في الأنبوب من مرحلة مياه الصرف الصحي في الغلاف من خلال المسام الدقيقة الموجودة على سطح الألياف المجوفة، والتي يمتصها المحلول الحمضي ويصبح على الفور NH4- أيوني.حافظ على الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي أعلى من 10، ودرجة الحرارة أعلى من 35 درجة مئوية (أقل من 50 درجة مئوية)، بحيث يتحول NH4 في مرحلة مياه الصرف الصحي بشكل مستمر إلى NH3 إلى هجرة مرحلة الامتصاص السائل.ونتيجة لذلك، انخفض تركيز نيتروجين الأمونيا في جانب مياه الصرف الصحي بشكل مستمر.الطور السائل لامتصاص الحمض، لأنه لا يوجد سوى حمض وNH4-، يشكل ملح أمونيوم نقي جدًا، ويصل إلى تركيز معين بعد الدوران المستمر، ويمكن إعادة تدويره.من ناحية، فإن استخدام هذه التكنولوجيا يمكن أن يحسن بشكل كبير معدل إزالة نيتروجين الأمونيا في مياه الصرف الصحي، ومن ناحية أخرى، يمكن أن يقلل من إجمالي تكلفة التشغيل لنظام معالجة مياه الصرف الصحي.

②طريقة التحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي هو وسيلة لإزالة المواد الصلبة الذائبة من المحاليل المائية عن طريق تطبيق الجهد بين أزواج الأغشية.تحت تأثير الجهد الكهربي، يتم إثراء أيونات الأمونيا والأيونات الأخرى الموجودة في مياه صرف الأمونيا والنيتروجين من خلال الغشاء الموجود في الماء المركز المحتوي على الأمونيا، وذلك لتحقيق غرض الإزالة.

تم استخدام طريقة التحليل الكهربائي لمعالجة مياه الصرف الصحي غير العضوية ذات التركيز العالي من نيتروجين الأمونيا وحققت نتائج جيدة.بالنسبة لمياه الصرف الصحي من نيتروجين الأمونيا 2000-3000 ملجم/لتر، يمكن أن يكون معدل إزالة نيتروجين الأمونيا أكثر من 85%، ويمكن الحصول على ماء الأمونيا المركز بنسبة 8.9%.تتناسب كمية الكهرباء المستهلكة أثناء تشغيل الغسيل الكلوي الكهربائي مع كمية نيتروجين الأمونيا الموجودة في مياه الصرف الصحي.لا تقتصر معالجة مياه الصرف الصحي بالتحليل الكهربائي على قيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة والضغط، كما أنها سهلة التشغيل.

تتمثل مزايا فصل الغشاء في الاسترداد العالي لنيتروجين الأمونيا والتشغيل البسيط وتأثير العلاج المستقر وعدم التلوث الثانوي.ومع ذلك، في معالجة مياه الصرف الصحي عالية التركيز من نيتروجين الأمونيا، باستثناء الغشاء المنزوع الأمونيا، تكون الأغشية الأخرى سهلة القياس والانسداد، كما أن التجديد والغسيل العكسي متكرران، مما يزيد من تكلفة المعالجة.ولذلك، فإن هذه الطريقة أكثر ملاءمة للمعالجة المسبقة أو مياه الصرف الصحي ذات التركيز المنخفض من نيتروجين الأمونيا.

③ طريقة التبادل الأيوني

طريقة التبادل الأيوني هي طريقة لإزالة نيتروجين الأمونيا من مياه الصرف الصحي باستخدام مواد ذات امتصاص انتقائي قوي لأيونات الأمونيا.مواد الامتزاز شائعة الاستخدام هي الكربون المنشط والزيوليت والمونتموريلونيت وراتنج التبادل.الزيوليت هو نوع من ألومينات السيليكو ذو هيكل مكاني ثلاثي الأبعاد وهيكل مسام منتظم وثقوب، من بينها يتمتع الكلينوبتيلوليت بقدرة امتصاص انتقائية قوية لأيونات الأمونيا وسعر منخفض، لذلك يستخدم بشكل شائع كمواد امتصاص لمياه الصرف الصحي لنيتروجين الأمونيا. في الهندسة.تشمل العوامل التي تؤثر على تأثير علاج الكلينوبتيلوليت حجم الجسيمات، وتركيز نيتروجين الأمونيا المؤثر، ووقت الاتصال، وقيمة الرقم الهيدروجيني وما إلى ذلك.

تأثير الامتزاز للزيوليت على نيتروجين الأمونيا واضح، يليه الرانيت، وتأثير التربة والسيراميك ضعيف.الطريقة الرئيسية لإزالة نيتروجين الأمونيا من الزيوليت هي التبادل الأيوني، وتأثير الامتزاز المادي صغير جدًا.إن تأثير التبادل الأيوني للسيراميك والتربة والرانيت يشبه تأثير الامتزاز المادي.انخفضت قدرة الامتزاز للحشوات الأربعة مع زيادة درجة الحرارة في نطاق 15-35 درجة مئوية، وازدادت مع زيادة قيمة الرقم الهيدروجيني في نطاق 3-9.تم الوصول إلى توازن الامتزاز بعد تذبذب لمدة 6 ساعات.

تمت دراسة جدوى إزالة نيتروجين الأمونيا من المادة المرتشحة من مدافن النفايات عن طريق امتزاز الزيوليت.أظهرت النتائج التجريبية أن كل جرام من الزيوليت لديه قدرة امتصاص محدودة تبلغ 15.5 ملجم من نيتروجين الأمونيا، وعندما يكون حجم جسيم الزيوليت 30-16 شبكة، فإن معدل إزالة نيتروجين الأمونيا يصل إلى 78.5٪، وتحت نفس وقت الامتزاز والجرعة و حجم جسيم الزيوليت، كلما زاد تركيز نيتروجين الأمونيا المؤثر، زاد معدل الامتزاز، ومن الممكن للزيوليت كمادة ماصة إزالة نيتروجين الأمونيا من المادة المرتشحة.وفي الوقت نفسه، يشار إلى أن معدل امتزاز نيتروجين الأمونيا بواسطة الزيوليت منخفض، ومن الصعب أن يصل الزيوليت إلى قدرة الامتزاز التشبع في التشغيل العملي.

تمت دراسة تأثير إزالة طبقة الزيوليت البيولوجية على النيتروجين، COD والملوثات الأخرى في مياه الصرف الصحي بالقرية المحاكية.أظهرت النتائج أن معدل إزالة نيتروجين الأمونيا بواسطة طبقة الزيوليت البيولوجي يزيد عن 95%، وأن إزالة نيتروجين النترات تتأثر بشكل كبير بزمن البقاء الهيدروليكي.

تتميز طريقة التبادل الأيوني بمزايا الاستثمار الصغير، والعملية البسيطة، والتشغيل المريح، وعدم الحساسية للسموم ودرجة الحرارة، وإعادة استخدام الزيوليت عن طريق التجديد.ومع ذلك، عند معالجة مياه الصرف الصحي ذات التركيز العالي من نيتروجين الأمونيا، يكون التجديد متكررًا، مما يسبب إزعاجًا للعملية، لذلك يجب دمجها مع طرق معالجة نيتروجين الأمونيا الأخرى، أو استخدامها لمعالجة مياه الصرف الصحي ذات التركيز المنخفض من نيتروجين الأمونيا.

الجملة 4A الزيوليت الصانع والمورد |ايفربرايت (cnchemist.com)