В последние годы как внутри страны, так и за рубежом появилось несколько совершенно новых процессов деазотирования, открывших новые возможности для очистки сточных вод с высокой концентрацией аммиачного азота. К ним в первую очередь относятся краткосрочная нитрификация и денитрификация, аэробная денитрификация и анаэробное окисление аммиака (АНАММОКС).

1. Ускоренная нитрификация и денитрификация.

В 1975 году Воэтс и другие обнаружили явление накопления NO2-N во время процесса нитрификации при изучении очистки сточных вод с высокой концентрацией аммиачного азота, впервые предложив концепцию ускоренной нитрификации и денитрификации.

Поскольку для окисления аммиачного азота требуется большое количество кислорода, затраты на аэрацию становятся основными расходами при этом методе деазотирования. Ускоренная нитрификация и денитрификация (окисление аммиачного азота только до нитритного азота перед денитрификацией) могут сэкономить не только кислород, необходимый для окисления аммиака, но и источник углерода, необходимый для денитрификации. Руиза и другие использовали синтетические сточные воды (имитирующие промышленные сточные воды, содержащие высокие концентрации аммиачного азота), чтобы определить условия достижения накопления нитритов. Для достижения накопления нитритов pH не является критическим параметром контроля, поскольку, когда pH находится в диапазоне от 6,45 до 8,95, происходит полная нитрификация с образованием нитратов; когда pH < 6.45 or pH > 8,95 нитрификация ингибируется и накапливается аммиачный азот. При DO = 0,7 мг/л 65% аммиачного азота может аккумулироваться в виде нитрита, при этом степень конверсии аммиачного азота превышает 98%. Когда ДЕЛАТЬ < 0.5 mg/L, ammonia nitrogen accumulation occurs; when DO > 1,7 мг/л, происходит полная нитрификация с образованием нитратов. Лю Цзюньсинь и другие провели сравнительный анализ эффектов деазотирования нитритного и нитратного типа для сточных вод с высокой концентрацией аммиачного азота и низким соотношением углерода к азоту. Экспериментальные результаты показывают, что деазотирование нитритного типа может значительно повысить общую эффективность удаления азота, а нагрузки по аммиачному азоту и нитратному азоту могут быть увеличены почти вдвое. Кроме того, важное влияние на тип деазотирования оказывают такие факторы, как pH и концентрация аммиачного азота.

Результаты пилотного масштаба по очистке сточных вод коксования посредством нитрификации и денитрификации короткого цикла показывают, что при концентрациях ХПК, аммиачного азота, TN и фенола в приходящих водах 1201,6, 510,4, 540,1 и 110,4 мг/л соответственно, средние концентрации в сточных водах составляют 197,1, 14,2, 181,5 и 0,4. мг/л. Соответствующие показатели удаления составляют 83,6%, 97,2%, 66,4% и 99,6% соответственно. По сравнению с традиционными процессами биологического деазотирования, этот процесс имеет более высокую нагрузку аммиачного азота и может увеличить скорость удаления TN в условиях более низких значений C/N.

2. Анаэробное окисление аммиака (АНАММОКС).

Анаэробное окисление аммиака (АНАММОКС) относится к процессу, при котором аммиачный азот напрямую окисляется в газообразный азот с использованием нитрита в качестве акцептора электронов в анаэробных условиях.

Уравнение биохимической реакции АНАММОКСа:
NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂↑ + 2H₂O

Бактерии ANAMMOX являются облигатными анаэробными автотрофами, что делает их очень подходящими для очистки сточных вод с аммиачным азотом, содержащих NO₂⁻ и с низким соотношением C/N. По сравнению с традиционными процессами деазотирование на основе анаэробного окисления аммиака имеет простую технологическую схему, не требует внешнего источника органического углерода, предотвращает вторичное загрязнение и имеет большие перспективы применения. Существует два основных применения анаэробного окисления аммиака: процесс CANON и интеграция с однореакторным высокоактивным удалением аммиака над нитритом (SHARON) для формирования комбинированного процесса SHARON-ANAMMOX.

3. Полностью автотрофное удаление азота над нитритом (CANON)

Процесс CANON — это метод, в котором используются полностью автотрофные микроорганизмы для одновременного удаления аммиачного азота и нитрита в условиях ограниченного содержания кислорода. По форме реакции это комбинация процессов SHARON и ANAMMOX, проводимых в одном реакторе. Мэн Ляо и другие обнаружили на заводе по переработке фильтрата свалки твердых отходов в Шэньчжэне Сяпин, что, когда содержание растворенного кислорода контролируется на уровне около 1 мг/л, входящий аммиачный азот < 800 mg/L, and ammonia nitrogen load < 0.46 kg NH₄⁺/(m³•d), the CANON process can be achieved using an SBR reactor, with an ammonia nitrogen removal rate > 95% и общая степень удаления азота > 90%.

Исследования Сликерса и других показывают, что процессы ANAMMOX и CANON могут хорошо работать в газлифтных реакторах и достигать очень высоких скоростей конверсии азота. При контроле содержания растворенного кислорода на уровне около 0,5 мг/л в газлифтном реакторе скорость деазотирования в процессе ANAMMOX достигла 8,9 кг N/(м³•сут), а в процессе CANON - 1,5 кг N/(м³•сут).

4. Одновременная нитрификация и денитрификация (SND).

Согласно традиционной теории биологического деазотирования, путь деазотирования обычно включает две стадии: нитрификацию и денитрификацию. Эти два процесса необходимо проводить в двух изолированных реакторах или в одном реакторе с чередующимися бескислородными и аэробными средами, созданными во времени или пространстве. Фактически, еще много лет назад в некоторых процессах с активным илом без явных бескислородных и анаэробных стадий явление неассимиляционной потери азота наблюдалось неоднократно, а исчезновение азота также часто наблюдалось в системах аэрации.

В этих системах очистки реакции нитрификации и денитрификации часто происходят в одних и тех же условиях обработки и в одном и том же пространстве обработки; поэтому эти явления называются одновременной нитрификацией/денитрификацией (SND). В настоящее время репрезентативным процессом одновременной нитрификации и денитрификации является MBBR.

5. Аэробная денитрификация.

Традиционная теория денитрогенизации утверждает, что денитрифицирующие бактерии являются факультативными, и их дыхательная цепь использует кислород в качестве терминального акцептора электронов в аэробных условиях и нитрат в качестве терминального акцептора электронов в бескислородных условиях. Следовательно, если реакция денитрификации должна произойти, она должна происходить в бескислородной среде. В последние годы явление аэробной денитрификации постоянно обнаруживалось и сообщалось, постепенно привлекая внимание. Были выделены некоторые аэробные денитрифицирующие бактерии, некоторые из которых могут одновременно осуществлять аэробную денитрификацию и гетеротрофную нитрификацию (например, T. pantotropa LMD82.5, выделенную и проверенную Робертсоном и другими). Это позволяет одновременно проводить нитрификацию и денитрификацию в одном и том же реакторе, упрощая технологический процесс и экономя энергию.

Экспериментальные результаты, полученные в реакторе SBR для очистки сточных вод с аммиачным азотом, подтвердили существование аэробной денитрификации. Аэробная денитрификационная способность снижается по мере увеличения концентрации растворенного кислорода в смешанной жидкости. При концентрации растворенного кислорода 0,5 мг/л общая степень удаления азота может достигать 66,0%.

Непрерывные динамические экспериментальные исследования показывают, что для высококонцентрированного фильтрата аммиачного азота общая степень удаления азота в процессе аэробной денитрификации с обычным активным илом может достигать более 10%. Скорость реакции нитрификации снижается с уменьшением концентрации растворенного кислорода, тогда как скорость реакции денитрификации увеличивается с уменьшением концентрации растворенного кислорода. Кинетический анализ нитрификации и денитрификации показывает, что, когда растворенный кислород составляет около 0,14 мг/л, одновременная нитрификация и денитрификация будут происходить там, где скорости нитрификации и денитрификации равны. Скорость составляет 4,7 мг/(л•ч), при константе реакции нитрификации KN = 0,37 мг/л и константе реакции денитрификации KD = 0,48 мг/л.

N2O, парниковый газ, образуется в процессе денитрификации, вызывая новые загрязнения. Исследования связанных с ним механизмов еще недостаточно глубоки, и многие процессы все еще находятся на лабораторной стадии и требуют дальнейшего изучения, прежде чем их можно будет эффективно применять в практической инженерии. Кроме того, такие процессы, как полностью автотрофный процесс деазотирования и одновременная нитрификация и денитрификация, все еще находятся на стадии экспериментальных исследований, и все они имеют большие перспективы применения.

Матрица основного мониторинга YexSensor для системной интеграции

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Почему контроль растворенного кислорода (РК) так важен при ускоренной нитрификации?
   Ответ: Точный контроль содержания растворенного кислорода позволяет выжить бактериям, окисляющим аммиак (AOB), и одновременно подавлять бактерии, окисляющие нитрит (NOB). Поддержание концентрации растворенного кислорода примерно на уровне 0,7 мг/л гарантирует, что аммиак окисляется только до нитрита, что является краеугольным камнем сокращенного процесса.

Вопрос 2: Каковы основные преимущества процесса ANAMMOX для системных интеграторов?
   Ответ: Для крупномасштабных проектов ANAMMOX устраняет необходимость во внешних источниках углерода и снижает потребность в кислороде на 60%, что значительно снижает эксплуатационные расходы (OPEX) и площадь установки.

Вопрос 3: Как YexSensor обеспечивает стабильность данных в средах с высокой концентрацией аммиака?
   Ответ: В нашем YEX-NHN-206 используется усовершенствованный ионоселективный электрод со встроенными алгоритмами компенсации помех, специально разработанный для противодействия эффектам «отравления», обычно встречающимся в промышленных сточных водах.

Вопрос 4: Можно ли реализовать процесс CANON в одном реакторе?
   А: Да. CANON сочетает частичное нитрование и ANAMMOX в одном реакторе, контролируя уровень кислорода, что позволяет как автотрофным аэробным, так и анаэробным бактериям сосуществовать в разных слоях биопленки или хлопьев.

Вопрос 5: В чем преимущество связи RS485 Modbus RTU для проектов по очистке сточных вод?
   О: Он обеспечивает плавную интеграцию в системы ПЛК и SCADA, обеспечивая передачу данных на большие расстояния (до 1200 м) и последовательное подключение нескольких датчиков по одному кабелю, что снижает сложность установки.

Вопрос 6: Влияет ли температура на точность мониторинга аммиачного азота?
   О: Да, температура существенно влияет на активность ионов. Поэтому YEX-NHN-206 включает в себя высокоточный внутренний датчик температуры для автоматической компенсации в реальном времени, чтобы гарантировать целостность данных при различных сезонных температурах.

Вопрос 7: Почему мониторинг pH необходим для достижения накопления нитритов?
   Ответ: Хотя DO является основным фактором, pH за пределами диапазона 6,45–8,95 может полностью ингибировать нитрификацию. Для ускоренных процессов поддержание оптимального pH гарантирует, что AOB остается активным, помогая при этом подавлять рост NOB.

Вопрос 8: Подходит ли одновременная нитрификация и денитрификация (SND) для промышленных сточных вод с высокой нагрузкой?
   Ответ: SND очень эффективен при использовании с биопленочными носителями, такими как MBBR, которые создают необходимые аэробные/бескислородные микрозоны. Это особенно полезно для проектов с ограниченным пространством и требует точного контроля растворенного кислорода на уровне 0,1–0,5 мг/л.

Резюме: Будущее удаления азота

Переход от традиционного удаления азота к современным автотрофным и сокращенным процессам представляет собой значительный скачок в эффективности экологической инженерии. Путем интеграции высокопроизводительных сенсорных технологий, таких как Серия YexSensor YEX-206 Благодаря инновационным процессам, таким как ANAMMOX и CANON, системные интеграторы могут предлагать решения, которые не только соответствуют требованиям, но и обладают высокой устойчивостью.

Поскольку глобальные стандарты общего азота (TN) продолжают ужесточаться, способность отслеживать и контролировать эти чувствительные биологические процессы в режиме реального времени станет определяющим фактором успеха современных проектов очистки промышленных сточных вод.

Поддержка и интеграция проекта:
       Для получения подробных карт регистров Modbus, индивидуальных конструкций проточных ячеек или поддержки интеграции для крупномасштабных проектов по удалению азота свяжитесь с командой технических инженеров YexSensor.