تصفیه فاضلاب های حاوی نیتروژن آمونیاکی

تصفیه نیتروژن آمونیاکی با روش های شیمیایی

ته نشینی شیمیایی

ته نشینی یک روش پیش تصفیه امیدوارکننده برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب است. رسوب شیمیایی برای تشکیل نمک هایی با حلالیت کم، مانند منیزیم آمونیوم فسفات، با افزودن مواد شیمیایی مانند کلرید منیزیم و اسید فسفریک یا فسفات به فاضلاب با محتوای نیتروژن آمونیاکی بالا، و سپس جداسازی آن از فاضلاب است.

حذف آمونیاک توسط رسوب شیمیایی زمانی مفید است که بازیابی فسفر نیز درگیر باشد، زیرا ته نشینی معمولاً به فرآیندهای پیچیده با افزودن مواد شیمیایی گران نیاز دارد. تشکیل رسوب تحت تاثیر چندین پارامتر از جمله pH، دما و غلظت آمونیاک است. مقدار pH عامل تاثیرگذار غالب است و همچنین دما می تواند بر تعادل یونیزاسیون سیستم واکنش تأثیر بگذارد و همچنین می تواند حلالیت رسوب را تغییر دهد.

کلرزنی تا نقطه ی شکست

فرآیند کلرزنی تا نقطه ی شکست، کلر یا هیپوکلریت سدیم بیش از حد را به فاضلاب وارد می کند تا  نیتروژن آمونیاکی به گاز نیتروژن اکسید شود که در نهایت وارد اتمسفر می شود. هنگامی که کلر وارد فاضلاب می شود، غلظت کلر آزاد در نهایت به کمترین مقدار خود می رسد و در این مرحله آمونیاک کمی در فاضلاب باقی میماند. هنگامی که کلر به طور مداوم به مقدار اضافی وارد می شود، غلظت کلر آزاد شروع به افزایش می کند و نقطه شکست تشکیل می شود. این روش معمولاً به عنوان یک تصفیه پیشرفته استفاده می شود و برای تصفیه مقادیر زیادی فاضلاب مناسب نیست. مزایای کلرزنی نقطه شکست شامل اکسیداسیون کامل آمونیاک، راندمان حذف آمونیاک بالا و نیازهای فضایی کم است.

اکسیداسیون الکتروشیمیایی

در طی چند دهه گذشته، اکسیداسیون الکتروشیمیایی به طور گسترده ای برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب استفاده شده است و راندمان حذف بالایی را به دست آورده است. این روش نیتروژن آمونیاکی را با استفاده از کلر، رادیکال های هیدروکسیل، رادیکال های آزاد سوپراکسید و سایر ترکیبات تولید شده توسط الکترولیز به گاز نیتروژن اکسید می کند و در نتیجه نیتروژن آمونیاکی را حذف می کند. راندمان حذف آمونیوم عمدتاً تحت تأثیر مقدار pH، غلظت کلر و چگالی جریان است.

تصفیه نیتروژن آمونیاکی با روش های بیولوژیکی

نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی

حذف بیولوژیکی نیتروژن  شامل دو فرآیند است: نیتریفیکاسیون و نیتروژن زدایی. نیتریفیکاسیون فرآیندی است که در آن نیتروژن آمونیاکی توسط باکتری های اکسید کننده آمونیوم (AOB) به نیتریت تبدیل می شود و سپس نیتریت توسط باکتری های اکسید کننده نیتریت (NOB) در شرایط هوازی بیشتر به نیترات اکسید می شود. AOB و NOB باکتری های اتوتروف هستند. نیترات زدایی فرآیندی است که در آن باکتری ها از منبع کربن به عنوان ماده مغذی برای کاهش نیترات و نیتریت به گاز نیتروژن در شرایط بدون اکسیژن استفاده می کنند.

لزوم تصفیه نیتروژن از فاضلاب

الزامات تخلیه سختگیرانه فزاینده برای محتوای نیتروژن، موجب تحقیقات گسترده ای برای بهبود کارایی و عملکرد نیتروژن زدایی شده است و همچنین با کاربردهای متنوع نیتروژن، تقاضای نیتروژن به تدریج در حال افزایش است. بنابراین، بازیافت نیتروژن برای اقتصاد چرخشی و اصلاح زیست محیطی بسیار مهم است.

بهبود مستمر فناوری تشخیص، به ویژه ظهور فناوری تشخیص سریع در محل، تشخیص غلظت نیتروژن آمونیاکی را کارآمدتر، قابل اجرا، سریع تر و مقرون به صرفه تر کرده است. این ویژگی ها پتانسیل بسیار زیادی را برای تشخیص و ارزیابی زودهنگام و دقیق غلظت نیتروژن آمونیاک در فاضلاب ارائه می دهد که برای سلامت انسان و ایمنی جهانی آب محیطی بسیار مهم است.

آشنایی با روش های فعلی فرآیندهای حذف نیتروژن

روش های فعلی فرآیند حذف نیتروژن مزایا و محدودیت های زیست محیطی و فنی دارند.

رسوب شیمیایی

رسوب شیمیایی در تصفیه فاضلاب، مواد ناخواسته محلول را به ذرات جامد تبدیل می کند. این روش در تصفیه فاضلاب خانگی، پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی، فاضلاب مزرعه، شیرابه دفن زباله و غیره رایج است. به طور خاص، تشکیل رسوب MAP با افزودن نمک های منیزیم و فسفات ها به طور موثر نیتروژن آمونیاکی را حذف می کند. فسفات آمونیوم منیزیم در صنعت تصفیه فاضلاب استرویت نامیده می شود.

اگرچه رسوب شیمیایی دارای مزایایی همچون هزینه ی کم و سهولت بهره برداری است، اما هزینه های عملیاتی بالای آن به دلیل استفاده از مواد شیمیایی، هزینه های بالای انرژی و دفع لجن است. علاوه بر این، به دلیل محدودیت محصول حلالیت، پس از رسیدن نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب به غلظت مشخص، یک معرف اضافه می شود که اثر حذف را کاهش دهد و در نتیجه هزینه ورودی را افزایش می دهد. بنابراین، روش رسوب شیمیایی باید با روش های دیگر مناسب برای تصفیه پیشرفته استفاده شود. در سال های اخیر، ته نشینی MAP با جذب ترکیب شده است.

روش جذب

جذب سطحی به دلیل انعطاف پذیری در طراحی و عملکرد، راندمان بالا در کنترل آلودگی، قابلیت استفاده مجدد از جاذب ها، اثرات زیست محیطی کم و هزینه کم جاذب ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. نیترات زدایی جذبی یک فرآیند انتقال جرم است که در آن خواص آب گریز آمونیاک غیر یونی و میل ترکیبی بالای آن برای سطوح جامد، به طور مداوم حرکت آن را از آب به سطح جامد، جایی که از طریق فعل و انفعالات فیزیکوشیمیایی تثبیت می کند، هدایت می کند.

بازسازی جاذب، نیاز به محدوده pH خاص و ظرفیت جذب ناکافی جاذب های رایج (مانند کربن فعال) جذب را محدود می کند. علاوه بر این، جاذب ها طول عمر کوتاهی دارند و نیاز به جایگزینی دائمی دارند و زباله هایی را تولید می کنند که نیاز به پردازش بیشتر با هزینه اضافی دارند. فعال‌ سازی با بخار، فعال‌ سازی اسید/باز، آغشته‌ سازی فلز به نمک و عملیات اکسیدانی  تکنیک‌ های اصلاح سطح هستند که معمولاً برای مهندسی خواص فیزیکی و شیمیایی جاذب، به‌ ویژه کربن‌ های فعال استفاده می‌ شوند.

حذف بیولوژیکی نیتروژن

روش بیولوژیکی، نیتروژن را از طریق متابولیسم میکروبی طبیعی حذف می کند. به عنوان رایج ترین فناوری در تصفیه فاضلاب، مقرون به صرفه، موثر، کارکرد آسان است و آلودگی ثانویه ایجاد نمی کند. فرآیندهای متداول نیتریفیکاسیون به طور کلی حذف فیزیکی نیتروژن از فاضلاب را انجام می دهند. با این حال، عملیات فعلی مبتنی بر این فرآیند به دلیل مصرف انرژی، تولید لجن و انتشار گازهای گلخانه ای از نظر اقتصادی و زیست محیطی ناپایدار در نظر گرفته می شود. در دهه‌ های اخیر، محققان تلاش کرده‌ اند تا جایگزین‌ های کارآمدتری برای روش‌ های مرسوم برای دستیابی به توسعه پایدار بیابند.

میکروارگانیسم ها و لجن عمدتاً بر فرآیندهای روش بیولوژیکی تاثیر می گذارند. علاوه بر این، نیاز به سطح بالایی از صلاحیت اپراتور و بازرسی دوره ای دقیق وجود دارد. ظرفیت ته نشینی لجن  به راکتورهای بزرگ، مخازن ته نشینی، هزینه های عملیاتی بالا، سرعت واکنش آهسته، نیاز دارد. در سال های اخیر، یک سیستم بیوالکتروشیمیایی به عنوان  یک بیوتکنولوژی محیطی نوظهور، برای تصفیه فاضلاب حاوی نیتروژن استفاده شده است. به منظور حذف نیتروژن از فاضلاب، از تکنیکی استفاده می شود که از میکروارگانیسم ها برای کاتالیز واکنش اکسیداسیون و کاهش اکسیدهای نیتروژن استفاده می کند. این فرآیند دارای راندمان نیترات زدایی بالا و فرآیند نیترات زدایی تمیز است و در عین حال سرعت رشد و فعالیت میکروارگانیسم ها را در سیستم بهبود می بخشد و بازیافت انرژی را واقعی می کند.

آشنایی با فرآیند بازیابی نیتروژن

فرآیندهای فعلی برای حذف مواد آلی و مواد مغذی خطی هستند (تولید مصرف – دفع). در نتیجه، این فرآیندها ناپایدار هستند، زیرا از تبدیل ترکیبات واکنشی تولید شده با استفاده از انرژی، چه به طور طبیعی (مانند فتوسنتز) یا توسط فرآیندهای صنعتی (مانند سنتز آمونیاک)، به تولید آلودگی منجر می شود. بازیابی منابع از فاضلاب وضعیت فعلی را تحت محدودیت استانداردهای انتشار تغییر خواهد داد. روش های مختلف بازیابی نیتروژن (به عنوان آمونیاک) به صورت جهانی مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال تصفیه فاضلاب های حاوی نیتروژن آمونیاکی به دلیل عدم وجود رسوبات آماده و عدم سرمایه گذاری در فناوری های مربوطه همچنان پیچیده است. با این حال، چندین مطالعه نشان داده است که آمونیاک را می توان به طور موثر با استفاده از فناوری غشایی بازیابی کرد، این فناوری که سایر آلاینده ها را رد می کند و محصولات جانبی مانند کود را تولید می کند. فرآیندهای فعلی بازیافت نیتروژن شامل حذف آمونیاک، ته نشینی MAP و فناوری غشاء است.

غشاها موادی با قابلیت جداسازی انتخابی هستند. جداسازی غشایی شامل جداسازی انتخابی، خالص سازی و تغلیظ اجزای مختلف مخلوط مایع با استفاده از غشاء است. این روش با فیلتراسیون سنتی متفاوت است، زیرا جداسازی غشایی می تواند در سطح مولکولی رخ دهد و همچنین می تواند در دمای محیط بدون تغییر فاز کار کرد.

جمع بندی نهایی درباره تصفیه فاضلاب های حاوی نیتروژن آمونیاکی

در میان چندین فرآیند استاندارد برای نیتروژن زدایی و بازیابی نیتروژن، روش های بیولوژیکی به نظر می رسد کارآمدترین فرآیندهای تصفیه، با راندمان حذف بیش از 90٪ باشد. همچنین، عملکرد نیترات زدایی این فرآیند عمدتاً تحت‌ تاثیر pH، دما، زمان ماند لجن، نسبت کربن به نیتروژن، زمان ماند هیدرولیکی و غیره قرار دارد. ته نشینی MAP در سال‌ های اخیر در نیترات زدایی فاضلاب مرسوم بوده است. این روش به دلیل هزینه کم، عملکرد ساده و راحت، فقدان خطوط لوله و دیگر انسداد تجهیزات حمل و نقل و بازیابی همزمان نمک آمونیوم و ارتوفسفات بسیار مورد توجه بوده است.

با این حال، این فرآیندهای تصفیه نیتروژن هنوز هم فضایی برای بهبود دارند. برای مثال، هزینه‌ های عملیاتی بالای روش‌ های بیولوژیکی برای دفع لجن ناخواسته، روش‌ ها را از نظر اقتصادی نامطلوب می‌ سازد. در نتیجه، چندین استراتژی کنترل (مانند کنترل DO، کنترل C/N و غیره) یکپارچه شده و مورد تحقیق قرار می‌ گیرند تا گزینه بهینه‌ ای که بتواند اکثر پارامترهای تاثیرگذار را پوشش دهد، زمان راه‌ اندازی را کاهش دهد و کارایی را بهبود بخشد.

فناوری غشاء و فرآیندهای غشایی فرآیند اولیه بازیابی نیتروژن در چند سال گذشته بوده است. این روش جایگزین روش سنتی تصفیه لجن فعال فاضلاب شده است. روش های غشایی مختلف برای تصفیه فاضلاب بر اساس نیاز به ارائه کیفیت بهتر پساب و در عین حال کاهش هزینه موجود است. در میان چندین فناوری غشایی برای بازیابی نیتروژن که در بالا توضیح داده شد، بیوراکتور غشایی بهترین کاربرد را دارد.

برای اطلاعات بیشتر در رابطه با روش های تصفیه فاضلاب های حاوی نیتروژن آمونیاکی و همچنین استعلام قیمت پکیج های تصفیه فاضلاب شهری یا صنعتی، می توانید از خدمات گروه صنعتی کاشفان نیلفام استفاده کنید. کارشناسان این مجموعه آماده ارائه مشاوره در این زمینه می باشند.