Árangur Anammox-Köfnunarefnisfjarlægingar í framhaldshreinsun: 60% minna súrefni, núll ytra kolefni

Hefðbundin nítrunar-denitrification eyðir gríðarlegu magni af orku - blásurum sem eru í gangi allan sólarhringinn til að útvega súrefni fyrir ammoníak oxun, auk ytri kolefnisgjafa (metanól, asetat) til að eldsneyta denitrification. Saman geta þessi tvö skref gert grein fyrir60–70% af heildarorkufjárveitingu hreinsistöðvar. Anammox (loftfirrt ammóníumoxun) lofar að taka í sundur þessa hugmyndafræði: það oxar ammoníak beint í köfnunarefnisgas með því að nota nítrít sem rafeindaviðtaka - ekkert lífrænt kolefni, lágmarks súrefni, engin umfram seyru. En hversu nálægt er þessi tilraunastofa -reynda flýtileið að viðskiptalegum veruleika fyrir almenna framhaldsmeðferð? Þessi tilraunarannsókn leggur tölurnar á borðið.

Hvers vegna Anammox skiptir máli fyrir framhaldsmeðferð

Köfnunarefnisfjarlæging í hefðbundinni virkjuð seyru fylgir vel-orkufrekri-feril. Í fyrsta lagi umbreyta ammoníak-oxandi bakteríur (AOB) NH₄⁺til NEI₂^-; þá umbreyta nítrít-oxandi bakteríur (NOB) NO₂^-til NEI₃^-. Á næsta anoxíska svæði, minnka heterotrophic denitrifiers NO₃^-aftur til N₂gas - en aðeins ef þau hafa nægilegt framboð af lífbrjótanlegu lífrænu kolefni, sem er oft uppurið eftir að BOD hefur verið fjarlægt í andstreymi. Niðurstaðan: verksmiðjur neyðast til að kaupa og skammta utanaðkomandi kolefni, sem bætir verulega við rekstrarkostnaði og kolefnisfótspori.

Anammox endurskrifar þessa jöfnu algjörlega. Anammox bakteríurnar - fyrst og fremstCandidatus BrocadiaogCandidatus Kuenenia- framkvæma viðbrögðin: NH₄⁺+ NEI₂^- → N₂ + 2H₂O. Berðu þetta saman við hefðbundna denitrification, og kostirnir safnast hratt upp:

Tilraunarannsókn: Uppsetning og nálgun

-Prófunarröðunarreactor (SBR) var notaður til að meta anammox-undirstaða köfnunarefnisfjarlægingu við aðstæður sem eru dæmigerðar fyrir almenna efri meðhöndlun - sérstaklega, lægri ammóníakstyrkur (40–80 mg N/L) og meðalhiti (20–25 gráður í hliðarstraumi) samanborið við hástyrkleika{7} 500–1.500 mg N/L við 30–35 gráður) þar sem anammox er þegar notað í atvinnuskyni.

Rekstrarstefnan notaði nítrít að hluta sem uppstreymisþrep: brot af innstreymi ammoníakis var oxað í nítrít (miðað við NO₂^-/NH₄⁺hlutfall um það bil 1,0–1,3), eftir það fór blandaði straumurinn inn í anammox reactor til að fjarlægja sjálfvirkt köfnunarefni. Helstu rekstrarbreytur sem fylgst var með voru meðal annars hleðsluhraði köfnunarefnis, DO styrkur á nítrunarstigi að hluta, hitastöðugleiki og NO₂^-/NH₄⁺hlutfall sem fer inn á anammox stig.

Árangur Niðurstöður

Eftir 90-daga auðgunar- og stöðugleikatímabil náði anammox kerfinu eftirfarandi stöðugu frammistöðu:

Kerfið sýndi stöðugan köfnunarefnisfjarlægingu við rúmmálshleðsluhraða 0,5–0,8 kg N/m³·d - samkeppnishæf við hliðarstraums anammox uppsetningar þrátt fyrir lægra rekstrarhitastig. Hins vegar að viðhalda nákvæmu NEI₂^-/NH₄⁺hlutfallið reyndist vera eina mikilvægasta stýribreytan. Frávik utan 1,0–1,3 bilsins ollu hraðri frammistöðu versnandi: umfram nítrít hamlaði anammoxvirkni, en ófullnægjandi nítrít skildi eftir ammoníak ófjarlægt.

Mikilvægar rekstrarþættir

1. Hitastig

Anammox bakteríur sýna bestu virkni við 30–37 gráður, þar sem virkni minnkar um u.þ.b.10–15% fyrir hverja 5 gráðu lækkunundir 30 gráðum. Í þessari almennu-hitarannsókn (20–25 gráður) var köfnunarefnisfjarlægingin um það bil 40–55% af því sem sami lífmassi gat náð við 35 gráður. Fyrir hreinsistöðvar í tempruðu eða köldu loftslagi verður að reikna þetta hitastigsviðurlög við kjarnastærð - sem almennur anammox reactor sem starfar við 15 gráður gæti þurft2-3 sinnum meira magnaf hliðarstraumseiningu sem meðhöndlar sama köfnunarefnishleðslu við 35 gráður.

2. Nítrít hömlun Þröskuldur

Þó að anammox bakteríur noti nítrít sem rafeindaviðtaka, er umfram nítrít eitrað. Rannsóknin benti á skýran hömlunarþröskuld: styrkur nítríts fyrir ofan50–70 mg N/Lolli mælanlegri minnkun á anammoxvirkni og styrkur yfir 100 mg N/L leiddi til næstum -algjörrar hömlunar sem þurfti 48–72 klukkustundir til bata þegar nítrítmagn var lækkað. Raun-vöktun nítríts og hröð endurgjöf er því nauðsynleg - tímamælir-undirstýrð eða handvirk stjórnkerfi munu óumflýjanlega reka í hindrun.

3. NOB bæling

Tilvist nítríts-oxandi baktería (NOB) á nítrunarstigi að hluta er óvinur skilvirks anammox. NOB keppir við anammox bakteríur um nítrít, oxar það í nítrat - sem anammox getur ekki notað - og dregur úr heildarskilvirkni niturfjarlægingar. Aðferðir til að bæla NOB sem voru prófaðar í þessari rannsókn innihéldu: að viðhalda lágum DO styrk (0,3–0,8 mg/L í nítrunarofni) til að hlynna AOB fram yfir NOB, starfa við hækkaðan styrk óbundins ammóníaks sem hamlar NOB sértækt, og hléum loftunarlotum sem nýta mismunandi bataferli AOB og NOB eftir anoxískt tímabil.

4. Lífmassa varðveisla og auðgun

Anammox bakteríur vaxa hægt-, með tvöföldunartíma 7–14 daga jafnvel við bestu aðstæður. Þetta gerir varðveislu lífmassa algerlega mikilvæg. Rannsóknin notaði kornótta eðju sem burðarefni fyrir lífmassa og náði framúrskarandi sethraða (yfir 30 m/klst.) sem í raun aftengdi vökvasöfnunartíma frá varðveislutíma fasta efna. Fyrir aðferðir sem byggjast á líffilmu- (MBBR eða IFAS burðarefni), veitir verndað yfirborðssvæðið annan varðveislubúnað sem gæti verið sterkari gegn vökva í uppnámi.

Hagnýt leið til almennra Anammox

Þó að hliðarstraums anammox sé þroskuð, bankahæf tækni með hundruðum-uppsetninga í fullum mæli um allan heim, er almennt anammox fyrir aukahreinsun enn vaxandi svið með sérstökum áskorunum: lægra hitastig dregur úr hreyfihraða, lægri ammoníakstyrkur gerir vinnslustjórnun næmari og tilvist lífræns kolefnis í almennu frárennslisvatni sem getur örvað hetítróoxíð nítrít.

Efnilegasta nálgunin á næstunni er -blendingsuppsetning: hluta nítrunar-anammox til að fjarlægja köfnunarefni í hliðarstraumi (þar sem tæknin hefur sannað sig), ásamt hefðbundinni nítrunar-denitrification fyrir almenna meðferð. Þessi uppsetning fangar orkusparnaðinn þar sem hann er auðveldastur - á háum-, hlýja hliðarstraumnum - á meðan viðhaldið er áreiðanlegum almennum frammistöðu. Þar sem almenn anammox tækni þroskast og hita-/stýringaráskoranir eru yfirstignar geta blendingsmörkin breyst í átt að stærra anammoxframlagi.

Þessi rannsókn staðfestir að anammox-undirstaða köfnunarefnisfjarlæging býður upp á raunhæfa leið í átt að orku-hagkvæmri afrennslishreinsun, þar sem heildarhraði köfnunarefnisfjarlægingar er 0,5–0,8 kg N/m³·d við almennt hitastig. Helstu árangursþættir fela í sér nákvæma stjórn á NO₂^-/NH₄⁺hlutfall með rauntímavöktun, áhrifaríkri NOB-bælingu á nítrunarstigi og öflugri varðveislu lífmassa til að vega upp á móti hægum anammoxvaxtarhraða. Þó að almenn dreifing sé áfram landamæri rannsókna, gera efnahagslegir og umhverfislegir hvatar - 60% minna súrefni, ekkert utanaðkomandi kolefni, 80% minna seyra - áframhaldandi þróun að-forgangsfjárfestingu fyrir vatnsgeirann.