Chemikálie a proces pro odstraňování amoniakálního dusíku z vody

1. Co je amoniakální dusík?

Amoniakální dusík označuje amoniak ve formě volného amoniaku (nebo neiontového amoniaku, NH3) nebo iontového amoniaku (NH4+). Vyšší pH a vyšší podíl volného amoniaku; Naopak podíl amonné soli je vysoký.

Amoniakální dusík je živina ve vodě, která může vést k eutrofizaci vody, a je hlavní znečišťující látkou ve vodě spotřebovávající kyslík, která je toxická pro ryby a některé vodní organismy.

Hlavním škodlivým účinkem amoniakálního dusíku na vodní organismy je volný amoniak, jehož toxicita je desítkykrát vyšší než toxicita amonné soli a zvyšuje se se zvyšující se zásaditostí. Toxicita amoniakálního dusíku úzce souvisí s hodnotou pH a teplotou vody v bazénu, obecně platí, že čím vyšší je hodnota pH a teplota vody, tím silnější je toxicita.

Dvě běžně používané kolorimetrické metody s přibližnou citlivostí pro stanovení amoniaku jsou klasická Nesslerova metoda a fenol-chlornanová metoda. K stanovení amoniaku se také běžně používají titrace a elektrické metody. Pokud je obsah amoniakového dusíku vysoký, lze použít i destilační titrační metodu. (Mezi národní standardy patří Nathova metoda, spektrofotometrie s kyselinou salicylovou a destilačně-titrační metoda.)

2. Proces fyzikálního a chemického odstraňování dusíku

① Metoda chemického srážení

Metoda chemického srážení, známá také jako metoda MAP srážení, spočívá v přidání hořčíku a kyseliny fosforečné nebo hydrogenfosfátu do odpadní vody obsahující amoniakální dusík, takže NH4+ v odpadní vodě reaguje s Mg+ a PO4- ve vodném roztoku za vzniku sráženého fosforečnanu amonno-hořečnatého s molekulárním vzorcem MgNH4P04.6H20, čímž se dosáhne účelu odstranění amoniakálního dusíku. Fosforečnan hořečnato-amonný, běžně známý jako struvit, lze použít jako kompost, přísadu do půdy nebo retardér hoření pro stavební konstrukční prvky. Reakční rovnice je následující:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Hlavními faktory ovlivňujícími účinek chemického srážení jsou hodnota pH, teplota, koncentrace amoniakového dusíku a molární poměr (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Výsledky ukazují, že při hodnotě pH 10 a molárním poměru hořčíku, dusíku a fosforu 1,2:1:1,2 je účinek čištění lepší.

Výsledky ukazují, že při použití chloridu hořečnatého a hydrogenfosforečnanu disodného jako srážecích činidel je účinek úpravy lepší při hodnotě pH 9,5 a molárním poměru hořčíku, dusíku a fosforu 1,2:1:1.

Výsledky ukazují, že MgC12+Na3PO4.12H20 je lepší než jiné kombinace srážecích činidel. Při hodnotě pH 10,0 a teplotě 30 °C, poměru n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1 se hmotnostní koncentrace amoniakálního dusíku v odpadní vodě po 30minutovém míchání sníží z 222 mg/l před úpravou na 17 mg/l a míra odstranění je 92,3 %.

Pro čištění průmyslových odpadních vod s vysokou koncentrací amoniakálního dusíku byla kombinována metoda chemického srážení a metoda kapalné membrány. Za podmínek optimalizace procesu srážení dosáhla míra odstranění amoniakálního dusíku 98,1 % a další čištění metodou kapalného filmu snížilo koncentraci amoniakálního dusíku na 0,005 g/l, čímž dosáhlo národní emisní normy první třídy.

Byl zkoumán vliv odstraňování dvojmocných kovových iontů (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) jiných než Mg+ na amoniakální dusík působením fosfátu. Pro odpadní vodu ze síranu amonného byl navržen nový proces srážení CaSO4 - srážení MAP. Výsledky ukazují, že tradiční regulátor NaOH lze nahradit vápnem.

Výhodou metody chemického srážení je, že při vysoké koncentraci amoniakálního dusíku v odpadních vodách je použití jiných metod, jako je biologická metoda, metoda chlorace s bodem zlomu, metoda membránové separace, metoda iontové výměny atd., omezené. V tomto případě lze pro předčištění použít metodu chemického srážení. Účinnost odstraňování chemickou srážecí metodou je lepší, není omezena teplotou a provoz je jednoduchý. Srážený kal obsahující fosforečnan hořečnato-amonný lze použít jako kompozitní hnojivo k realizaci využití odpadu, čímž se kompenzuje část nákladů. Pokud se to podaří kombinovat s některými průmyslovými podniky, které produkují fosfátové odpadní vody, a podniky, které produkují solný roztok, může to ušetřit náklady na farmaceutické výrobky a usnadnit velkovýrobní aplikaci.

Nevýhodou metody chemického srážení je, že kvůli omezení produktu rozpustnosti fosforečnanu amonno-hořečnatého není po dosažení určité koncentrace amoniakového dusíku v odpadní vodě účinek odstranění zřejmý a vstupní náklady se výrazně zvyšují. Proto by se metoda chemického srážení měla používat v kombinaci s jinými metodami vhodnými pro pokročilé čištění. Množství použitého činidla je velké, produkovaný kal je velký a náklady na čištění jsou vysoké. Zavedení chloridových iontů a zbytkového fosforu během dávkování chemikálií může snadno způsobit sekundární znečištění.

Velkoobchodní výrobce a dodavatel síranu hlinitého | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Velkoobchodní výrobce a dodavatel dihydrogenfosforečnanu sodného | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②metoda odfukování

Odstranění amoniakálního dusíku metodou foukání spočívá v úpravě hodnoty pH na alkalickou hodnotu, takže amoniakální ionty v odpadní vodě se přemění na amoniak, který existuje převážně ve formě volného amoniaku, a poté se volný amoniak z odpadní vody odstraní pomocí nosného plynu, aby se dosáhlo cíle odstranění amoniakálního dusíku. Hlavními faktory ovlivňujícími účinnost foukání jsou hodnota pH, teplota, poměr plyn-kapalina, průtok plynu, počáteční koncentrace atd. V současné době se metoda foukání široce používá při čištění odpadních vod s vysokou koncentrací amoniakálního dusíku.

Byla studována metoda odstraňování amoniakálního dusíku z výluhu ze skládky metodou odfukování. Bylo zjištěno, že klíčovými faktory ovlivňujícími účinnost odfukování jsou teplota, poměr plyn-kapalina a hodnota pH. Pokud je teplota vody vyšší než 2590 °C, poměr plyn-kapalina je přibližně 3500 a pH je přibližně 10,5, může míra odstranění výluhu ze skládky dosáhnout více než 90 % s koncentrací amoniakálního dusíku až 2000–4000 mg/l. Výsledky ukazují, že při pH = 11,5, teplotě odfukování 80 °C a době odfukování 120 minut může míra odstranění amoniakálního dusíku z odpadní vody dosáhnout 99,2 %.

Účinnost odfukování odpadních vod s vysokou koncentrací amoniakového dusíku byla provedena pomocí protiproudé odfukovací věže. Výsledky ukázaly, že účinnost odfukování se zvyšuje se zvyšující se hodnotou pH. Čím větší je poměr plyn-kapalina, tím větší je hnací síla přenosu hmoty při odstraňování amoniaku a tím se zvyšuje i účinnost odstraňování.

Odstraňování amoniakálního dusíku metodou profukování je efektivní, snadno se ovládá a snadno se reguluje. Profukovaný amoniakální dusík lze použít jako absorbér s kyselinou sírovou a vzniklý oxid sírový lze použít jako hnojivo. Metoda profukování je v současnosti běžně používanou technologií pro fyzikální a chemické odstraňování dusíku. Metoda profukování má však určité nevýhody, jako je časté usazování vodního kamene v profukovací věži, nízká účinnost odstraňování amoniakálního dusíku při nízkých teplotách a sekundární znečištění způsobené profukovacími plyny. Metoda profukování se obvykle kombinuje s jinými metodami čištění odpadních vod s amoniakálním dusíkem pro předčištění odpadních vod s vysokou koncentrací amoniakálního dusíku.

③Chlorace bodu zlomu

Mechanismus odstraňování amoniaku chlorací do bodu zlomu spočívá v reakci plynného chloru s amoniakem za vzniku neškodného plynného dusíku a N2 uniká do atmosféry, čímž se reakční zdroj pohybuje doprava. Reakční vzorec je:

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

Když je plynný chlor převeden do odpadní vody do určitého bodu, obsah volného chloru ve vodě je nízký a koncentrace amoniaku je nulová. Když množství plynného chloru překročí tento bod, množství volného chloru ve vodě se zvýší, proto se tento bod nazývá bod zlomu a chlorace v tomto stavu se nazývá bod zlomu chlorace.

Metoda chlorace v bodě zlomu se používá k čištění odpadních vod z vrtání po vhánění amoniakového dusíku a účinek čištění je přímo ovlivněn procesem předčištění vháněním amoniakového dusíku. Pokud je 70 % amoniakového dusíku z odpadní vody odstraněno vháněním a následně upraveno chlorací v bodě zlomu, hmotnostní koncentrace amoniakového dusíku v odpadní vodě je nižší než 15 mg/l. Zhang Shengli a kol. použili jako předmět výzkumu simulovanou odpadní vodu s amoniakovým dusíkem s hmotnostní koncentrací 100 mg/l a výsledky výzkumu ukázaly, že hlavními a sekundárními faktory ovlivňujícími odstraňování amoniakového dusíku oxidací chlornanu sodného byly kvantitativní poměr chloru k amoniakovému dusíku, reakční doba a hodnota pH.

Metoda chlorace v bodě zlomu má vysokou účinnost odstraňování dusíku, rychlost odstraňování může dosáhnout 100 % a koncentrace amoniaku v odpadní vodě může být snížena na nulu. Účinek je stabilní a není ovlivněn teplotou; méně investiční do zařízení, rychlá a úplná odezva; má sterilizační a dezinfekční účinek na vodní útvar. Rozsah použití metody chlorace v bodě zlomu spočívá v tom, že koncentrace amoniakového dusíku v odpadní vodě je nižší než 40 mg/l, takže se metoda chlorace v bodě zlomu používá nejčastěji pro pokročilé čištění odpadní vody s amoniakovým dusíkem. Požadavky na bezpečné používání a skladování jsou vysoké, náklady na čištění jsou vysoké a vedlejší produkty chloraminy a chlorované organické látky způsobují sekundární znečištění.

④katalytická oxidační metoda

Katalytická oxidační metoda spočívá v působení katalyzátoru za určité teploty a tlaku, oxidací vzduchu, organické látky a amoniak v odpadních vodách, které se oxidují a rozkládají na neškodné látky, jako je CO2, N2 a H2O, za účelem dosažení účelu čištění.

Faktory ovlivňující účinek katalytické oxidace jsou vlastnosti katalyzátoru, teplota, reakční doba, hodnota pH, koncentrace amoniakového dusíku, tlak, intenzita míchání a tak dále.

Byl studován proces degradace ozonovaného amoniakálního dusíku. Výsledky ukázaly, že při zvýšení hodnoty pH vzniká druh HO radikálu se silnou oxidační schopností a rychlost oxidace se výrazně zrychluje. Studie ukazují, že ozon může oxidovat amoniakální dusík na dusitany a dusitany na dusičnany. Koncentrace amoniakálního dusíku ve vodě s časem klesá a rychlost odstraňování amoniakálního dusíku je přibližně 82 %. CuO-MnO2-CeO2 byl použit jako kompozitní katalyzátor pro čištění odpadních vod s amoniakálním dusíkem. Experimentální výsledky ukazují, že oxidační aktivita nově připraveného kompozitního katalyzátoru se výrazně zlepšila a vhodné procesní podmínky jsou 255 ℃, 4,2 MPa a pH = 10,8. Při čištění odpadních vod s amoniakálním dusíkem s počáteční koncentrací 1023 mg/l může rychlost odstraňování amoniakálního dusíku dosáhnout 98 % během 150 minut, čímž se dosáhne národní normy pro sekundární vypouštění (50 mg/l).

Katalytický výkon fotokatalyzátoru TiO2 naneseného na zeolit ​​byl zkoumán studiem rychlosti degradace amoniakálního dusíku v roztoku kyseliny sírové. Výsledky ukazují, že optimální dávkování fotokatalyzátoru TiO2/zeolit ​​je 1,5 g/l a reakční doba je 4 hodiny za ultrafialového záření. Rychlost odstraňování amoniakálního dusíku z odpadní vody může dosáhnout 98,92 %. Byl studován účinek odstraňování fenolového a amoniakálního dusíku s vysokým obsahem železa a nano-chlordioxidu za působení ultrafialového světla. Výsledky ukazují, že rychlost odstraňování amoniakálního dusíku je 97,5 % při aplikaci pH = 9,0 na roztok amoniakálního dusíku s koncentrací 50 mg/l, což je o 7,8 % a 22,5 % více než u samotného vysokého obsahu železa nebo chlordioxidu.

Metoda katalytické oxidace má výhody vysoké účinnosti čištění, jednoduchého procesu, malé plochy dna atd. a často se používá k čištění odpadních vod s vysokou koncentrací amoniakového dusíku. Problém s aplikací spočívá v tom, jak zabránit ztrátě katalyzátoru a ochránit zařízení před korozí.

⑤elektrochemická oxidační metoda

Elektrochemická oxidační metoda označuje metodu odstraňování znečišťujících látek z vody pomocí elektrooxidace s katalytickou aktivitou. Ovlivňujícími faktory jsou hustota proudu, vstupní průtok, výstupní čas a čas bodového roztoku.

Byla studována elektrochemická oxidace odpadní vody s amoniakem a dusíkem v cirkulační elektrolytické cele, kde kladný náboj představuje síťový proud Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2 a záporný náboj síťového proudu Ti. Výsledky ukazují, že při koncentraci chloridových iontů 400 mg/l je počáteční koncentrace amoniakového dusíku 40 mg/l, průtoku přítoku 600 ml/min, hustotě proudu 20 mA/cm a době elektrolytu 90 minut je rychlost odstraňování amoniakového dusíku 99,37 %. To ukazuje, že elektrolytická oxidace odpadní vody s amoniakem a dusíkem má dobré aplikační vyhlídky.

3. Proces biochemického odstraňování dusíku

①celá nitrifikace a denitrifikace

Celoprocesní nitrifikace a denitrifikace je druh biologické metody, která se v současnosti široce používá již dlouhou dobu. Přeměňuje amoniakální dusík v odpadních vodách na dusík prostřednictvím řady reakcí, jako je nitrifikace a denitrifikace, působením různých mikroorganismů, aby se dosáhlo účelu čištění odpadních vod. Proces nitrifikace a denitrifikace za účelem odstranění amoniakálního dusíku musí projít dvěma fázemi:

Nitrifikační reakce: Nitrifikační reakci provádějí aerobní autotrofní mikroorganismy. V aerobním stavu se jako zdroj dusíku používá anorganický dusík k přeměně NH4+ na NO2-, který se poté oxiduje na NO3-. Proces nitrifikace lze rozdělit do dvou fází. Ve druhé fázi se dusitany přeměňují na dusičnany (NO3-) nitrifikačními bakteriemi a dusitany se přeměňují na dusičnany (NO3-) nitrifikačními bakteriemi.

Denitrifikační reakce: Denitrifikační reakce je proces, při kterém denitrifikační bakterie redukují dusitanový a dusičnanový dusík na plynný dusík (N2) za stavu hypoxie. Denitrifikační bakterie jsou heterotrofní mikroorganismy, z nichž většina patří k amfiktickým bakteriím. Ve stavu hypoxie využívají kyslík v dusičnanech jako akceptor elektronů a organickou hmotu (složku BSK v odpadních vodách) jako donor elektronů k dodání energie, oxidaci a stabilizaci.

Celé aplikace v nitrifikačním a denitrifikačním inženýrství zahrnují především AO, A2O, oxidační příkop atd., což je vyspělejší metoda používaná v průmyslu biologického odstraňování dusíku.

Celá metoda nitrifikace a denitrifikace má výhody jako stabilní účinek, jednoduchý provoz, žádné sekundární znečištění a nízké náklady. Tato metoda má také určité nevýhody, jako je nutnost přidání zdroje uhlíku, pokud je poměr C/N v odpadní vodě nízký, požadavky na teplotu jsou relativně přísné, účinnost je nízká při nízkých teplotách, velká plocha, vysoká spotřeba kyslíku a některé škodlivé látky, jako jsou ionty těžkých kovů, mají negativní vliv na mikroorganismy, které je třeba před provedením biologické metody odstranit. Kromě toho má vysoká koncentrace amoniakálního dusíku v odpadní vodě také inhibiční účinek na proces nitrifikace. Proto by se před čištěním odpadní vody s vysokou koncentrací amoniakálního dusíku mělo provést předčištění, aby koncentrace amoniakálního dusíku byla nižší než 500 mg/l. Tradiční biologická metoda je vhodná pro čištění odpadních vod s nízkou koncentrací amoniakálního dusíku obsahujících organické látky, jako jsou domovní odpadní vody, chemické odpadní vody atd.

②Současná nitrifikace a denitrifikace (SND)

Pokud se nitrifikace a denitrifikace provádějí společně ve stejném reaktoru, nazývá se to simultánní digesční denitrifikace (SND). Rozpuštěný kyslík v odpadní vodě je omezen rychlostí difuze, což vede k vytvoření gradientu rozpuštěného kyslíku v oblasti mikroprostředí na mikrobiálním floku nebo biofilmu, což způsobuje, že gradient rozpuštěného kyslíku na vnějším povrchu mikrobiálního floku nebo biofilmu je příznivý pro růst a šíření aerobních nitrifikačních bakterií a amoniakálních bakterií. Čím hlouběji do floku nebo membrány, tím nižší je koncentrace rozpuštěného kyslíku, což vede k anoxické zóně, kde dominují denitrifikační bakterie. Tak dochází k simultánnímu procesu digesce a denitrifikace. Faktory ovlivňující simultánní digesci a denitrifikaci jsou hodnota pH, teplota, alkalita, zdroj organického uhlíku, rozpuštěný kyslík a stáří kalu.

V oxidačním kanálu Carrousel docházelo k současné nitrifikaci/denitrifikaci a koncentrace rozpuštěného kyslíku mezi provzdušněným oběžným kolem v oxidačním kanálu Carrousel postupně klesala a rozpuštěný kyslík ve spodní části oxidačního kanálu Carrousel byl nižší než v horní části. Rychlost tvorby a spotřeby dusičnanového dusíku v každé části kanálu je téměř stejná a koncentrace amoniakálního dusíku v kanálu je vždy velmi nízká, což naznačuje, že nitrifikační a denitrifikační reakce probíhají v oxidačním kanálu Carrousel současně.

Studie o čištění domovních odpadních vod ukazuje, že čím vyšší je CHSKCr, tím úplnější je denitrifikace a tím lepší je odstranění TN. Vliv rozpuštěného kyslíku na současnou nitrifikaci a denitrifikaci je velký. Pokud je rozpuštěný kyslík regulován na 0,5~2 mg/l, je celkový účinek odstranění dusíku dobrý. Zároveň metoda nitrifikace a denitrifikace šetří reaktor, zkracuje reakční dobu, má nízkou spotřebu energie, šetří investice a snadno se udržuje stabilní hodnota pH.

③Krátkodobé štěpení a denitrifikace

Ve stejném reaktoru se bakterie oxidující amoniak používají k oxidaci amoniaku na dusitany za aerobních podmínek a poté se dusitany přímo denitrifikují za vzniku dusíku s organickou hmotou nebo externím zdrojem uhlíku jako donorem elektronů za podmínek hypoxie. Faktory ovlivňující krátkodobou nitrifikaci a denitrifikaci jsou teplota, volný amoniak, hodnota pH a rozpuštěný kyslík.

Vliv teploty na krátkodobou nitrifikaci městských odpadních vod bez mořské vody a městských odpadních vod s 30 % mořské vody. Experimentální výsledky ukazují, že: u městských odpadních vod bez mořské vody je zvýšení teploty příznivé pro dosažení krátkodobé nitrifikace. Pokud je podíl mořské vody v domovních odpadních vodách 30 %, lze krátkodobé nitrifikace lépe dosáhnout za středních teplot. Technická univerzita v Delftu vyvinula proces SHARON, jehož použití vysoké teploty (přibližně 30–40 °C) vede k proliferaci dusitanových bakterií, takže dusitanové bakterie ztrácejí konkurenci, a zároveň se regulací stáří kalu eliminují dusitanové bakterie, takže nitrifikační reakce probíhá ve fázi dusitanů.

Na základě rozdílné afinity ke kyslíku mezi nitritovými bakteriemi a nitritovými bakteriemi vyvinula Laboratoř mikrobiální ekologie v Gentu proces OLAND, jehož cílem je dosáhnout akumulace nitritového dusíku regulací rozpuštěného kyslíku za účelem eliminace nitritových bakterií.

Výsledky pilotních testů čištění koksovatelných odpadních vod krátkodobou nitrifikací a denitrifikací ukazují, že při koncentracích CHSK, amoniakového dusíku, TN a fenolu v přítoku 1201,6, 510,4, 540,1 a 110,4 mg/l jsou průměrné koncentrace CHSK, amoniakového dusíku, TN a fenolu v odtoku 197,1, 14,2, 181,5 a 0,4 mg/l. Odpovídající míry odstranění byly 83,6 %, 97,2 %, 66,4 % a 99,6 %.

Proces nitrifikace a denitrifikace s krátkým dosahem neprochází fází dusičnanů, čímž se šetří zdroj uhlíku potřebný pro biologické odstraňování dusíku. Má určité výhody pro odpadní vody s amoniakálním dusíkem s nízkým poměrem C/N. Nitrifikace a denitrifikace s krátkým dosahem má výhody v podobě menšího množství kalu, krátké reakční doby a úspory objemu reaktoru. Nitrifikace a denitrifikace s krátkým dosahem však vyžaduje stabilní a trvalou akumulaci dusitanů, takže klíčem se stává, jak účinně inhibovat aktivitu nitrifikačních bakterií.

④ Anaerobní oxidace amoniaku

Anaerobní amoxidace je proces přímé oxidace amoniakálního dusíku na dusík autotrofními bakteriemi za podmínek hypoxie, s dusičnatým dusíkem nebo dusičnatým dusíkem jako akceptorem elektronů.

Byl studován vliv teploty a pH na biologickou aktivitu reaktoru ammoX. Výsledky ukázaly, že optimální reakční teplota byla 30 °C a hodnota pH 7,8. Byla studována proveditelnost anaerobního reaktoru ammoX pro čištění odpadních vod s vysokým obsahem soli a vysokou koncentrací dusíku. Výsledky ukázaly, že vysoká slanost významně inhibovala aktivitu anammoX a tato inhibice byla reverzibilní. Anaerobní aktivita ammoX v neaklimatizovaném kalu byla o 67,5 % nižší než v kontrolním kalu při slanosti 30 g.l-1 (NaCl). Aktivita anammoX v aklimatizovaném kalu byla o 45,1 % nižší než v kontrolním kalu. Když byl aklimatizovaný kal přemístěn z prostředí s vysokým obsahem soli do prostředí s nízkým obsahem soli (bez solanky), anaerobní aktivita ammoX se zvýšila o 43,1 %. Reaktor je však náchylný k poklesu funkce, pokud je dlouhodobě provozován ve vysokém obsahu soli.

Ve srovnání s tradičním biologickým procesem je anaerobní ammoX ekonomičtější technologií biologického odstraňování dusíku bez nutnosti dalšího zdroje uhlíku, s nízkou spotřebou kyslíku, bez nutnosti použití činidel k neutralizaci a s menší produkcí kalu. Nevýhodami anaerobního ammoxu je pomalá reakční rychlost, velký objem reaktoru a nepříznivý zdroj uhlíku pro anaerobní amMOX, což má praktický význam pro řešení odpadních vod s amoniakálním dusíkem a špatnou biologickou rozložitelností.

4. proces odstraňování dusíku separací a adsorpcí

1. Metoda membránové separace

Membránová separační metoda využívá selektivní propustnost membrány k selektivnímu oddělení složek v kapalině, aby se dosáhlo cíle odstranění amoniakálního dusíku. Patří mezi ně reverzní osmóza, nanofiltrace, deamoniační membrána a elektrodialýza. Faktory ovlivňující membránovou separaci jsou vlastnosti membrány, tlak nebo napětí, hodnota pH, teplota a koncentrace amoniakálního dusíku.

Podle kvality vody z odpadních vod s amoniakálním dusíkem vypouštěných z tavírny vzácných zemin byl proveden experiment s reverzní osmózou se simulovanou odpadní vodou NH4C1 a NaCl. Bylo zjištěno, že za stejných podmínek má reverzní osmóza vyšší rychlost odstraňování NaCl, zatímco NHCl má vyšší rychlost produkce vody. Míra odstraňování NH4C1 je po úpravě reverzní osmózou 77,3 %, což lze použít k předčištění odpadních vod s amoniakálním dusíkem. Technologie reverzní osmózy může šetřit energii, má dobrou tepelnou stabilitu, ale je odolná vůči chlóru a znečištění.

K čištění výluhů ze skládky byl použit proces biochemické nanofiltrační membránové separace, takže 85 % až 90 % propustné kapaliny bylo vypuštěno podle normy a pouze 0 % až 15 % koncentrované odpadní kapaliny a bahna bylo vráceno do odpadkové nádrže. Ozturki a kol. ošetřili výluh ze skládky Odayeri v Turecku nanofiltrační membránou a míra odstranění amoniakového dusíku byla přibližně 72 %. Nanofiltrační membrána vyžaduje nižší tlak než membrána s reverzní osmózou a je snadno ovladatelná.

Membránový systém pro odstraňování amoniaku se obecně používá k čištění odpadních vod s vysokým obsahem amoniakového dusíku. Amoniakový dusík ve vodě má následující poměr: NH4- +OH- = NH3+H2O. Během provozu proudí odpadní voda obsahující amoniak v plášti membránového modulu a kapalina absorbující kyseliny proudí v potrubí membránového modulu. Když se zvýší pH odpadní vody nebo teplota, rovnováha se posune doprava a amonný ion NH4- se stává volným plynným NH3. V tomto okamžiku může plynný NH3 vstoupit z fáze odpadní vody v plášti do kapalné fáze absorpce kyseliny v potrubí přes mikroporézy na povrchu dutého vlákna, kde je absorbován kyselým roztokem a okamžitě se mění na iontový NH4-. Udržujte pH odpadní vody nad 10 a teplotu nad 35 °C (pod 50 °C), aby se NH4 v odpadní fázi neustále měnil v NH3 a migroval do kapalné fáze absorpce. V důsledku toho se koncentrace amoniakového dusíku v odpadní vodě neustále snižuje. Kyselá absorpční kapalná fáze, protože obsahuje pouze kyselinu a NH4⁻, tvoří velmi čistou amonnou sůl a po kontinuální cirkulaci dosahuje určité koncentrace, kterou lze recyklovat. Použití této technologie může na jedné straně výrazně zlepšit rychlost odstraňování amoniakálního dusíku z odpadních vod a na druhé straně může snížit celkové provozní náklady systému čištění odpadních vod.

②elektrodialýza

Elektrodialýza je metoda odstraňování rozpuštěných pevných látek z vodných roztoků aplikací napětí mezi membránové páry. Působením napětí se amoniakální ionty a další ionty v odpadní vodě s amoniakem a dusíkem obohacují přes membránu o koncentrovanou vodu obsahující amoniak, čímž se dosáhne požadovaného cíle.

Metoda elektrodialýzy byla použita k čištění anorganických odpadních vod s vysokou koncentrací amoniakového dusíku a dosáhla dobrých výsledků. U odpadních vod s koncentrací 2000–3000 mg/l amoniakového dusíku může být míra odstranění amoniakového dusíku vyšší než 85 % a koncentrovaná amoniaková voda může být získána o 8,9 %. Množství elektřiny spotřebované během elektrodialýzy je úměrné množství amoniakového dusíku v odpadních vodách. Elektrodialýzní čištění odpadních vod není omezeno hodnotou pH, teplotou a tlakem a je snadno ovladatelné.

Výhodami membránové separace jsou vysoká návratnost amoniakálního dusíku, jednoduchá obsluha, stabilní účinek čištění a žádné sekundární znečištění. Při čištění odpadních vod s vysokou koncentrací amoniakálního dusíku se však ostatní membrány, s výjimkou deamonizované membrány, snadno usazují a ucpávají a regenerace a zpětné proplachování jsou časté, což zvyšuje náklady na čištění. Tato metoda je proto vhodnější pro předčištění nebo pro odpadní vody s nízkou koncentrací amoniakálního dusíku.

③ Metoda iontové výměny

Metoda iontové výměny je metoda odstraňování amoniakálního dusíku z odpadních vod pomocí materiálů se silnou selektivní adsorpcí amoniakálních iontů. Mezi běžně používané adsorpční materiály patří aktivní uhlí, zeolit, montmorillonit a iontová výměnná pryskyřice. Zeolit ​​je druh silikohlinitanu s trojrozměrnou prostorovou strukturou, pravidelnou strukturou pórů a otvorů. Mezi nimi má klinoptilolit silnou selektivní adsorpční kapacitu pro amoniakální ionty a nízkou cenu, takže se běžně používá jako adsorpční materiál pro odpadní vody s amoniakálním dusíkem ve strojírenství. Mezi faktory ovlivňující účinek čištění klinoptilolitem patří velikost částic, koncentrace vstupního amoniakálního dusíku, doba kontaktu, hodnota pH atd.

Adsorpční účinek zeolitu na amoniakální dusík je zřejmý, následovaný ranitem, a vliv půdy a ceramizitu je slabý. Hlavním způsobem odstranění amoniakálního dusíku ze zeolitu je iontová výměna a fyzikální adsorpční účinek je velmi malý. Iontová výměna ceramitu, půdy a ranitu je podobná fyzikální adsorpčnímu účinku. Adsorpční kapacita čtyř plniv se snižovala se zvyšující se teplotou v rozmezí 15-35 °C a zvyšovala se se zvyšující se hodnotou pH v rozmezí 3-9. Adsorpční rovnováhy bylo dosaženo po 6 hodinách oscilace.

Byla studována proveditelnost odstraňování amoniakálního dusíku z výluhu ze skládky adsorpcí zeolitu. Experimentální výsledky ukazují, že každý gram zeolitu má omezený adsorpční potenciál 15,5 mg amoniakálního dusíku. Při velikosti částic zeolitu 30-16 mesh dosahuje rychlost odstraňování amoniakálního dusíku 78,5 %. Při stejné době adsorpce, dávkování a velikosti částic zeolitu platí, že čím vyšší je koncentrace vstupujícího amoniakálního dusíku, tím vyšší je rychlost adsorpce a je možné, aby zeolit ​​jako adsorbent odstraňoval amoniakální dusík z výluhu. Zároveň se zdůrazňuje, že rychlost adsorpce amoniakálního dusíku zeolitem je nízká a v praktickém provozu je pro zeolit ​​obtížné dosáhnout saturační adsorpční kapacity.

Byl studován vliv biologického zeolitového lože na odstraňování dusíku, CHSK a dalších znečišťujících látek v simulovaných odpadních vodách vesnic. Výsledky ukazují, že míra odstraňování amoniakálního dusíku biologickým zeolitovým ložem je více než 95 % a odstraňování dusičnanového dusíku je výrazně ovlivněno dobou hydraulické setrvání.

Metoda iontové výměny má výhody nízké investice, jednoduchého procesu, pohodlného provozu, necitlivosti na jedy a teplotu a opětovného použití zeolitu regenerací. Při čištění odpadních vod s vysokou koncentrací amoniakálního dusíku je však regenerace častá, což ztěžuje provoz, proto je nutné ji kombinovat s jinými metodami čištění amoniakálním dusíkem nebo ji použít k čištění odpadních vod s nízkou koncentrací amoniakálního dusíku.

Velkoobchodní výrobce a dodavatel zeolitu 4A | EVERBRIGHT (cnchemist.com)