Kāpēc notekūdeņu attīrīšanas iekārtās ir tik grūti paplašināt anaerobās amonija oksidācijas (Ammox) procesu, kas ir bioloģiska denitrifikācijas tehnoloģija?

Priekšvārds:
Skatiens uz datiem no maniem nesenajiem rakstiem radīja vēlmi atteikties no atjaunināšanas, tāpēc es to atliku līdz šim. Es vēlos pateikties saviem vairāk nekā 2500 faniem par atbalstu. Vides aizsardzības nozare pēdējos gados ir uzplaukusi, tāpēc es domāju par sava medija izveidi, lai palielinātu savu biznesu un ienākumus. Tomēr neviens no šiem centieniem neattaisnoja manas cerības.

Atgriezīsimies pie tēmas. Šis raksts ir par "Anaerobās amonija oksidācijas (AMMOX) bioloģiskās denitrifikācijas procesu". Šis bioloģiskās denitrifikācijas process ir praktiski izmantots notekūdeņu attīrīšanas iekārtās kopš 2002. gada, taču tā ieviešanas līmenis ir ārkārtīgi zems, un reti sastopamas dažas notekūdeņu attīrīšanas iekārtas, kas to izmanto Ķīnā. Tās princips parāda, ka salīdzinājumā ar tradicionālajiem nitrifikācijas un denitrifikācijas procesiem tas piedāvā divas būtiskas priekšrocības: zemu enerģijas patēriņu (nav nepieciešama plaša aerācija) un nav nepieciešams oglekļa avots (autotrofiski mikroorganismi). Izmantojot šo procesu, var ievērojami samazināt denitrifikācijas darbības izmaksas.

Definīcija: Anaerobās amonija oksidācijas (Anammox) tehnoloģija ir slavēta kā revolucionārs sasniegums notekūdeņu bioloģiskajā attīrīšanā 21. gadsimta sākumā. Tas izmanto īpaša veida autotrofas baktērijas, anaerobās amonija oksidējošās baktērijas, lai tieši pārveidotu amonjaka slāpekli (NH₄⁺) un nitrītu (NO₂⁻) slāpekļa gāzē (N₂) anaerobos vai skābekļa -ierobežotos apstākļos, panākot efektīvu slāpekļa izvadīšanu. Šis process maina tradicionālo nitrifikācijas{4}}denitrifikācijas procesu, kam nepieciešams liels skābekļa daudzums un organiskā oglekļa avots.

Pamatprincips:

Galvenā ķīmiskā reakcija: NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2H₂O. Anaerobās amonija oksidējošās baktērijas tieši "savieno" amonjaku un nitrītu, veidojot nekaitīgu slāpekļa gāzi, novēršot nepieciešamību pilnībā oksidēt amonjaka slāpekli līdz nitrātam un pēc tam to samazināt.

Šūnu oglekļa fiksācija: šī baktēriju kopiena izmanto neorganisko oglekli (piemēram, CO₂/HCO₃⁻) kā oglekļa avotu, augot ķīmijautotrofā procesā, ievērojami samazinot organiskā oglekļa avota patēriņu.

Ievērojams enerģijas ietaupījums: Salīdzinot ar tradicionālajiem procesiem, šis process teorētiski samazina aerācijas enerģijas patēriņu par aptuveni 60% (nav nepieciešama pilnīga nitrifikācija), samazina organiskā oglekļa avotus par 100% (nav nepieciešama denitrifikācija) un samazina lieko dūņu veidošanos līdz pat 90%.

Reakcijas kontroles nosacījumi:

Precīza nitrītu padeve: daļai amonjaka slāpekļa jābūt precīzi oksidētai līdz nitrītam (īstermiņa-nitrifikācija), vienlaikus saglabājot stabilu NO₂⁻ koncentrāciju (parasti<30 mg/L). Excessively high concentrations inhibit bacterial activity, while excessively low concentrations result in insufficient reaction.

Precīza izšķīdināta skābekļa (DO) kontrole: reaktorā ir jāizveido lokalizēta anoksiska/anaeroba mikrovide (DO < 0,5 mg/L), lai nodrošinātu dzīves vidi anamoksu baktērijām, vienlaikus nodrošinot NO₂⁻ piegādi amonjaka{1}}oksidējošo baktēriju izdzīvošanai.

Temperatūras prasības: Optimālā temperatūra ir 30-40 grādi. Zema temperatūra (<15°C) significantly reduce bacterial activity, increasing operational difficulties.

Ūdens kvalitātes prasības: jutīgs pret toksiskām vielām (piemēram, smagajiem metāliem, organiskajām vielām un sulfīdiem), ir nepieciešams zems suspendēto cietvielu (SS) saturs.

Procesa ieviešanas grūtības:

Īpaši lēna palaišana: Anammox baktērijām ir ilgs ģenerēšanas laiks (10–14 dienas) un lēns dubultošanās laiks (aptuveni 11 dienas), un reaktora palaišana parasti ilgst 3–12 mēnešus vai pat ilgāk.

Sarežģīta dūņu aizturēšana: ir nepieciešamas specializētas reaktoru konstrukcijas (piemēram, granulu dūņu un bioplēves sistēmas), lai efektīvi noturētu lēni{0}}augošās Anammox baktērijas.

Sarežģīta procesa savienošana: stabila šaura -diapazona nitrifikācijas ieviešana (lai iegūtu NO₂⁻) un efektīva savienošana ar Anammox reakciju (piemēram, viena -posma vai divu{2}}pakāpju process) ir galvenie inženiertehniskie kontroles izaicinājumi.

Vāja triecienizturība: sistēmai ir slikta tolerance pret ieplūdes kvalitātes, apjoma un temperatūras svārstībām, tāpēc darbības stabilitāti ir grūti uzturēt.

Dokhaven notekūdeņu attīrīšanas rūpnīca Roterdamā, Nīderlandē (pasaulē pirmā pilna{0}}mēroga pielietojums - 2002): izmanto SHARON® (saīsinātā-nitrifikācija) + Anammox® procesu, lai apstrādātu dūņu digestātu. Veiksmīga darbība daudzu gadu garumā ir pagrieziena punkts tehnoloģiju inženierijā.

Strass notekūdeņu attīrīšanas iekārta Austrijā: viena no pasaulē visvairāk enerģijas{0}}neatkarīgākajām notekūdeņu attīrīšanas iekārtām. Tā sānu plūsmas DEMON® process (pamatojoties uz Anammox) digestāta apstrādei ievērojami samazina enerģijas patēriņu, palīdzot augam sasniegt vairāk nekā 100% enerģijas pašpietiekamību.

Čangi ūdens reģenerācijas rūpnīca Singapūrā: Anammox tehnoloģijas (DEMON process) plaša mēroga pielietojums dūņu digestāta blakusstraumē, uzlabojot apstrādes efektivitāti un ilgtspējību.

Gaobeidian reģenerētā ūdens rūpnīca Pekinā, Ķīnā: viena no pirmajām liela mēroga{0}}notekūdeņu attīrīšanas iekārtām Ķīnā, kas ieviesa un veiksmīgi izmanto sānu plūsmas Anammox tehnoloģiju (DEMON procesu) dūņu digestāta attīrīšanai.

Huaifang notekūdeņu attīrīšanas iekārta Pekinā, Ķīnā: MBBR{0}}bāzēto Anammox procesu izmanto, lai apstrādātu dūņu digestātu pēc termiskās hidrolīzes.

Neraugoties uz ievērojamajām priekšrocībām, anaerobā amonija oksidēšana (ANAMMOX) joprojām ir maza -apjoma izmantošana, jo īpaši galvenajā sadzīves notekūdeņu attīrīšanā. Galvenie iemesli ir šādi:

1. Augstas tehniskās barjeras un sarežģīta kontrole: anaerobā amonija oksidēšana ir jutīga pret ūdens kvalitātes svārstībām, un tai ir nepieciešama ārkārtīgi augsta kontroles precizitāte tādiem parametriem kā izšķīdušais skābeklis, nitrītu koncentrācija un temperatūra, kas ievērojami pārsniedz tradicionālos procesus. Ekspluatācijai un apkopei nepieciešami augsti kvalificēti tehniķi.

2. Lēna palaišana un lielas investīcijas: ilgs palaišanas periods (vairāki mēneši vai pat vairāk nekā gads) palielina sākotnējās projekta izmaksas un riskus. Specializētajiem reaktoriem (piemēram, granulu dūņu segas un MBBR), kas nepieciešami baktēriju bagātināšanai un dūņu aizturei, ir vajadzīgi lieli sākotnējie ieguldījumi.

3. Projektēšanas un ekspluatācijas pieredzes trūkums: salīdzinot ar gadsimtu veco aktīvo dūņu procesu, ANAMMOX tehnoloģija ir izmantota tikai aptuveni 20 gadus, un dizaina specifikācijas, lietošanas rokasgrāmatas un problēmu novēršanas pieredze ir daudz mazāk attīstīta.

4. Grūtības kontrolēt mikrobu vides apstākļus: sadzīves notekūdeņi, kam raksturīga zema temperatūra (īpaši ziemā), zema amonjaka slāpekļa koncentrācija, sarežģīts ūdens sastāvs (ĶSP, SS, inhibitori) un lielas ūdens tilpuma svārstības, būtiski atšķiras no optimālajiem Anammox baktēriju augšanas apstākļiem, apgrūtinot stabilu darbību.

5. Atkarība no tradicionālajiem denitrifikācijas procesiem un uzticēšanās tiem: tradicionālie nitrifikācijas un denitrifikācijas procesi ir nobrieduši un uzticami, viegli lietojami un ļoti izturīgi pret triecienslodzēm. Tos atbalsta plaša projektēšanas un darbības pieredze un daudzi veiksmīgi gadījumu pētījumi, radot spēcīgu atbalsta pamatu. Galu galā tikai daži apsvērs iespēju atteikties no iedibinātajiem procesiem, lai iegūtu jaunus, un ar to saistītos būtiskos ieguldījumu riskus.