ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กระบวนการดีไนโตรเจนเนชันใหม่เกิดขึ้นทั้งในประเทศและต่างประเทศ ซึ่งเป็นช่องทางใหม่สำหรับการบำบัดน้ำเสียแอมโมเนียไนโตรเจนที่มีความเข้มข้นสูง สิ่งเหล่านี้หลักๆ ได้แก่ ไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันแบบทางลัด ดีไนตริฟิเคชันแบบแอโรบิก และการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ANAMMOX)

1. ไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันแบบทางลัด

ในปี 1975 Voets และคนอื่นๆ ค้นพบปรากฏการณ์การสะสม NO2--N ในระหว่างกระบวนการไนตริฟิเคชัน ขณะศึกษาการบำบัดน้ำเสียแอมโมเนียไนโตรเจนที่มีความเข้มข้นสูง โดยเสนอแนวคิดเรื่องไนตริฟิเคชันแบบทางลัดและดีไนตริฟิเคชั่นเป็นครั้งแรก

เนื่องจากการออกซิเดชันของแอมโมเนียไนโตรเจนต้องใช้ออกซิเจนจำนวนมาก ต้นทุนการเติมอากาศจึงกลายเป็นค่าใช้จ่ายหลักสำหรับวิธีการดีไนโตรเจเนชันนี้ ไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชั่นแบบทางลัด (ออกซิไดซ์แอมโมเนียไนโตรเจนกับไนไตรท์ไนโตรเจนเท่านั้นก่อนดีไนตริฟิเคชั่น) ไม่เพียงแต่สามารถประหยัดออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแหล่งคาร์บอนที่จำเป็นสำหรับการแยกไนตริฟิเคชั่นด้วย Ruiza และคนอื่นๆ ใช้น้ำเสียสังเคราะห์ (จำลองน้ำเสียอุตสาหกรรมที่มีแอมโมเนียไนโตรเจนความเข้มข้นสูง) เพื่อกำหนดเงื่อนไขในการทำให้เกิดการสะสมไนไตรท์ เพื่อให้เกิดการสะสมไนไตรต์ ค่า pH ไม่ใช่พารามิเตอร์ควบคุมที่สำคัญ เนื่องจากเมื่อค่า pH อยู่ระหว่าง 6.45 ถึง 8.95 ไนตริฟิเคชั่นทั้งหมดจะเกิดเป็นไนเตรต เมื่อมีค่า pH< 6.45 or pH >8.95 ยับยั้งไนตริฟิเคชันและแอมโมเนียไนโตรเจนสะสม เมื่อ DO = 0.7 มก./ลิตร แอมโมเนียไนโตรเจน 65% สามารถสะสมอยู่ในรูปของไนไตรท์ โดยมีอัตราการแปลงแอมโมเนียไนโตรเจนมากกว่า 98% เมื่อทำ< 0.5 mg/L, ammonia nitrogen accumulation occurs; when DO >1.7 มก./ลิตร ไนตริฟิเคชั่นทั้งหมดเกิดขึ้นจนเกิดเป็นไนเตรต Liu Junxin และคนอื่นๆ ดำเนินการวิเคราะห์เปรียบเทียบผลกระทบของการดีไนโตรเจนประเภทไนไตรต์และไนเตรตสำหรับน้ำเสียแอมโมเนียไนโตรเจนที่มีความเข้มข้นสูงโดยมีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนต่ำ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการดีไนโตรเจนประเภทไนไตรต์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดได้อย่างมีนัยสำคัญ และโหลดแอมโมเนียไนโตรเจนและไนเตรตไนโตรเจนก็เพิ่มขึ้นได้เกือบสองเท่า นอกจากนี้ ปัจจัยต่างๆ เช่น pH และความเข้มข้นของแอมโมเนียไนโตรเจนยังมีอิทธิพลสำคัญต่อประเภทของการดีไนโตรเจน

ผลลัพธ์ระดับนำร่องสำหรับการบำบัดน้ำเสียจากถ่านโค้กโดยวิธีไนตริฟิเคชันแบบลัดและดีไนตริฟิเคชั่นแสดงให้เห็นว่าเมื่อความเข้มข้นที่มีอิทธิพลของซีโอดี แอมโมเนียไนโตรเจน เทนเนสซี และฟีนอลอยู่ที่ 1201.6, 510.4, 540.1 และ 110.4 มก./ลิตร ตามลำดับ ความเข้มข้นของน้ำทิ้งโดยเฉลี่ยคือ 197.1, 14.2, 181.5 และ 0.4 มก./ล. อัตราการกำจัดที่สอดคล้องกันคือ 83.6%, 97.2%, 66.4% และ 99.6% ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการดีไนโตรเจเนชันทางชีวภาพทั่วไป กระบวนการนี้มีโหลดแอมโมเนียไนโตรเจนที่สูงกว่า และสามารถเพิ่มอัตราการกำจัด TN ภายใต้เงื่อนไขของค่า C/N ที่ต่ำกว่า

2. การเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ANAMMOX)

การเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ANAMMOX) หมายถึงกระบวนการที่แอมโมเนียไนโตรเจนถูกออกซิไดซ์โดยตรงเป็นก๊าซไนโตรเจน โดยใช้ไนไตรต์เป็นตัวรับอิเล็กตรอนภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน

สมการปฏิกิริยาทางชีวเคมีสำหรับ ANAMMOX คือ:
NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂↑ + 2H₂O

แบคทีเรีย ANAMMOX มีพันธะต่อออโตโทรฟแบบไม่ใช้ออกซิเจน ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบำบัดน้ำเสียแอมโมเนียไนโตรเจนที่มีNO₂⁻ และอัตราส่วน C/N ต่ำ เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการแบบเดิมๆ การดีไนโตรเจนเนอเรชันโดยใช้ออกซิเดชันแอมโมเนียแบบไม่ใช้ออกซิเจนมีการไหลของกระบวนการที่เรียบง่าย ไม่จำเป็นต้องมีแหล่งคาร์บอนอินทรีย์ภายนอก ป้องกันมลพิษทุติยภูมิ และมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีเยี่ยม มีการใช้งานหลักสองประการของการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียแบบไม่ใช้ออกซิเจน: กระบวนการ CANON และการบูรณาการกับเครื่องปฏิกรณ์เดี่ยว การกำจัดแอมโมเนียที่มีฤทธิ์สูงเหนือไนไตรต์ (SHARON) เพื่อสร้างกระบวนการรวม SHARON-ANAMMOX

3. การกำจัดไนโตรเจนแบบออโตโทรฟิคโดยสมบูรณ์เหนือไนไตรต์ (CANON)

กระบวนการของ CANON เป็นวิธีการที่ใช้จุลินทรีย์ออโตโทรฟิคโดยสมบูรณ์เพื่อกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจนและไนไตรต์ไปพร้อมๆ กันภายใต้สภาวะที่จำกัดออกซิเจน ในแง่ของรูปแบบปฏิกิริยา เป็นการผสมผสานระหว่างกระบวนการ SHARON และ ANAMMOX ที่ดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์เดียวกัน Meng Liao และคนอื่นๆ ค้นพบที่โรงบำบัดน้ำชะขยะฝังกลบขยะมูลฝอยของเซินเจิ้น Xiaping ซึ่งเมื่อออกซิเจนละลายถูกควบคุมที่ประมาณ 1 มก./ลิตร จะส่งผลต่อแอมโมเนียไนโตรเจน< 800 mg/L, and ammonia nitrogen load < 0.46 kg NH₄⁺/(m³•d), the CANON process can be achieved using an SBR เครื่องปฏิกรณ์, with an ammonia nitrogen removal rate >95% และอัตราการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมด > 90%

การวิจัยโดย Sliekers และบริษัทอื่นๆ แสดงให้เห็นว่าทั้งกระบวนการ ANAMMOX และ CANON สามารถทำงานได้ดีในเครื่องปฏิกรณ์แบบยกก๊าซ และบรรลุอัตราการแปลงไนโตรเจนที่สูงมาก เมื่อควบคุมออกซิเจนละลายน้ำที่ประมาณ 0.5 มก./ลิตร ในเครื่องปฏิกรณ์แบบยกแก๊ส อัตราดีไนโตรเจนเนชันของกระบวนการ ANAMMOX อยู่ที่ 8.9 กก. N/(m³•d) ในขณะที่กระบวนการ CANON อยู่ที่ 1.5 กก. N/(m³•d)

4. ไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกัน (SND)

ตามทฤษฎีการดีไนโตรเจเนชันทางชีววิทยาแบบดั้งเดิม โดยทั่วไปวิถีการดีไนโตรเจเนชันประกอบด้วยสองขั้นตอน: ไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชัน กระบวนการทั้งสองนี้จำเป็นต้องดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์ที่แยกออกจากกันสองเครื่อง หรือในเครื่องปฏิกรณ์เดียวกันที่มีสภาพแวดล้อมที่เป็นพิษและแอโรบิกสลับกันที่สร้างขึ้นในเวลาหรืออวกาศ ในความเป็นจริง ในช่วงต้นปีที่ผ่านมา ในกระบวนการตะกอนเร่งบางกระบวนการที่ไม่มีขั้นตอนของออกซิเจนและไร้ออกซิเจนที่ชัดเจน ปรากฏการณ์ของการสูญเสียไนโตรเจนโดยไม่ดูดซึมถูกสังเกตหลายครั้ง และการหายตัวไปของไนโตรเจนก็ถูกสังเกตบ่อยครั้งในระบบเติมอากาศเช่นกัน

ในระบบบำบัดเหล่านี้ ปฏิกิริยาไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันมักเกิดขึ้นภายใต้สภาวะการบำบัดเดียวกันและในพื้นที่การบำบัดเดียวกัน ดังนั้นปรากฏการณ์เหล่านี้จึงเรียกว่าไนตริฟิเคชัน/ดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกัน (SND) ปัจจุบัน กระบวนการตัวแทนสำหรับการทำไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกันคือ MBBR

5. แอโรบิกดีไนตริฟิเคชัน

ทฤษฎีการดีไนโตรเจเนชันแบบดั้งเดิมถือได้ว่าแบคทีเรียที่ทำการดีไนตริไฟติ้งเป็นแบบอาศัยความรู้ความสามารถ และสายโซ่ทางเดินหายใจของพวกมันใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนปลายทางภายใต้สภาวะแบบแอโรบิก และไนเตรตเป็นตัวรับอิเล็กตรอนปลายทางภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นพิษ ดังนั้นหากเกิดปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชั่นเกิดขึ้น จะต้องอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการค้นพบและรายงานปรากฏการณ์ของการดีไนตริฟิเคชันแบบแอโรบิกอย่างต่อเนื่อง และค่อยๆ ได้รับความสนใจ แบคทีเรียดีไนตริฟิเคชั่นแบบแอโรบิกบางชนิดได้ถูกแยกออก ซึ่งบางชนิดสามารถทำการดีไนตริฟิเคชันแบบแอโรบิกและไนตริฟิเคชันแบบเฮเทอโรโทรฟิคไปพร้อมๆ กัน (เช่น T. pantotropha LMD82.5 ที่แยกและคัดกรองโดยโรเบิร์ตสันและคนอื่นๆ) ซึ่งช่วยให้เกิดไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชันพร้อมกันในความหมายที่แท้จริงภายในเครื่องปฏิกรณ์เดียวกัน ลดความซับซ้อนของการไหลของกระบวนการและประหยัดพลังงาน

ผลการทดลองจากเครื่องปฏิกรณ์ SBR บำบัดน้ำเสียแอมโมเนียไนโตรเจน ตรวจสอบการมีอยู่ของการแยกไนตริฟิเคชันแบบแอโรบิก ความสามารถในการดีไนตริฟิเคชั่นแบบแอโรบิกจะลดลงเมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนละลายของสุราผสมเพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำอยู่ที่ 0.5 มก./ลิตร อัตราการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดจะสูงถึง 66.0%

การวิจัยเชิงทดลองแบบไดนามิกอย่างต่อเนื่องแสดงให้เห็นว่าสำหรับน้ำชะล้างแอมโมเนียไนโตรเจนที่มีความเข้มข้นสูง อัตราการกำจัดไนโตรเจนรวมของกระบวนการดีไนตริฟิเคชันแบบแอโรบิกที่มีตะกอนเร่งทั่วไปสามารถสูงถึงมากกว่า 10% อัตราการเกิดปฏิกิริยาไนตริฟิเคชั่นจะลดลงเมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำลดลง ในขณะที่อัตราปฏิกิริยาการเกิดไนตริฟิเคชั่นจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำลดลง การวิเคราะห์จลนศาสตร์ของไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นแสดงให้เห็นว่าเมื่อออกซิเจนละลายอยู่ที่ประมาณ 0.14 มก./ลิตร ไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกันจะเกิดขึ้นโดยที่อัตราการไนตริฟิเคชั่นและอัตราการดีไนตริฟิเคชันเท่ากัน อัตราคือ 4.7 มก./(ลิตร•ชั่วโมง) โดยมีค่าคงที่ของปฏิกิริยาไนตริฟิเคชัน KN = 0.37 มก./ลิตร และค่าคงที่ของปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชัน KD = 0.48 มก./ลิตร

N2O ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการดีไนตริฟิเคชั่น ทำให้เกิดมลพิษใหม่ การวิจัยเกี่ยวกับกลไกที่เกี่ยวข้องยังไม่ลึกพอ และกระบวนการจำนวนมากยังอยู่ในขั้นตอนห้องปฏิบัติการ ซึ่งต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมก่อนจึงจะสามารถประยุกต์ในทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติได้อย่างมีประสิทธิผล นอกจากนี้ กระบวนการต่างๆ เช่น กระบวนการดีไนโตรเจเนชันแบบออโตโทรฟิคอย่างสมบูรณ์ ตลอดจนกระบวนการไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชันพร้อมกันยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยเชิงทดลอง ซึ่งทั้งหมดนี้มีโอกาสนำไปใช้งานได้ดี

YexSensor Core เมทริกซ์การตรวจติดตาม สำหรับการรวมระบบ

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

คำถามที่ 1: เหตุใดการควบคุมออกซิเจนละลายน้ำ (DO) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการทำให้ไนตริฟิเคชันแบบทางลัด
   ตอบ: การควบคุม DO ที่แม่นยำช่วยให้อยู่รอดของแบคทีเรียแอมโมเนีย-ออกซิไดซ์ (AOB) ในขณะที่ยับยั้งแบคทีเรียไนไตรท์-ออกซิไดซ์ (NOB) การรักษา DO ไว้ที่ประมาณ 0.7 มก./ลิตร ทำให้มั่นใจได้ว่าแอมโมเนียจะถูกออกซิไดซ์เป็นไนไตรท์เท่านั้น ซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของกระบวนการตัดเฉือน

คำถามที่ 2: อะไรคือข้อได้เปรียบหลักของกระบวนการ ANAMMOX สำหรับผู้ประกอบระบบ
   ตอบ: สำหรับโครงการขนาดใหญ่ ANAMMOX ขจัดความจำเป็นในการใช้แหล่งคาร์บอนภายนอกและลดความต้องการออกซิเจนลง 60% ซึ่งลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน (OPEX) และรอยเท้าของโรงงานลงอย่างมาก

คำถามที่ 3: YexSensor รับประกันความเสถียรของข้อมูลในสภาพแวดล้อมแอมโมเนียที่มีความเข้มข้นสูงได้อย่างไร
   ตอบ: YEX-NHN-206 ของเราใช้อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนขั้นสูงพร้อมอัลกอริธึมการชดเชยสัญญาณรบกวนในตัว ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อต้านทานผลกระทบ "พิษ" ที่พบได้ทั่วไปในน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูงทางอุตสาหกรรม

คำถามที่ 4: กระบวนการ CANON สามารถนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องเดียวได้หรือไม่
   ก. ใช่. CANON รวมไนไตรเตชันบางส่วนและ ANAMMOX ไว้ในเครื่องปฏิกรณ์เดียวโดยการควบคุมระดับออกซิเจนเพื่อให้แบคทีเรียทั้งแบบออโตโทรฟิคแอโรบิกและแอนแอโรบิกอยู่ร่วมกันในชั้นต่าง ๆ ของฟิล์มชีวภาพหรือ floc

คำถามที่ 5: การสื่อสาร RS485 Modbus RTU สำหรับโครงการบำบัดน้ำเสียมีประโยชน์อย่างไร
   ตอบ: ช่วยให้สามารถบูรณาการเข้ากับระบบ PLC และ SCADA ได้อย่างราบรื่น ทำให้สามารถส่งข้อมูลระยะไกล (สูงสุด 1200 ม.) และเชื่อมต่อเซ็นเซอร์หลายตัวแบบเดซี่เชนบนสายเคเบิลเส้นเดียว ช่วยลดความซับซ้อนในการติดตั้ง

คำถามที่ 6: อุณหภูมิส่งผลต่อความแม่นยำของการตรวจติดตามแอมโมเนียไนโตรเจนหรือไม่
   ตอบ: ใช่ อุณหภูมิส่งผลกระทบอย่างมากต่อกิจกรรมของไอออน ดังนั้น YEX-NHN-206 จึงรวมเซ็นเซอร์อุณหภูมิภายในที่มีความแม่นยำสูงสำหรับการชดเชยอัตโนมัติแบบเรียลไทม์ เพื่อให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของข้อมูลในอุณหภูมิตามฤดูกาลที่แตกต่างกัน

คำถามที่ 7: เหตุใดการตรวจสอบค่า pH จึงจำเป็นต่อการทำให้เกิดการสะสมไนไตรท์
   ตอบ: แม้ว่า DO จะเป็นตัวขับเคลื่อนหลัก แต่ pH ที่อยู่นอกช่วง 6.45–8.95 ก็สามารถยับยั้งไนตริฟิเคชันได้ทั้งหมด สำหรับกระบวนการทางลัด การรักษาค่า pH ที่เหมาะสมจะทำให้ AOB ยังคงทำงานอยู่ ในขณะเดียวกันก็ช่วยยับยั้งการเติบโตของ NOB

คำถามที่ 8: การทำไนตริฟิเคชันและการแยกไนตริฟิเคชั่นพร้อมกัน (SND) เหมาะสำหรับน้ำเสียอุตสาหกรรมที่มีภาระสูงหรือไม่
   ตอบ: SND จะมีประสิทธิภาพสูงเมื่อใช้กับตัวพาฟิล์มชีวะ เช่น MBBR ซึ่งสร้างโซนไมโครแอโรบิก/ขาดออกซิเจนที่จำเป็น มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับโครงการที่มีพื้นที่จำกัด และต้องการการควบคุม DO ที่แม่นยำที่ประมาณ 0.1-0.5 มก./ลิตร

สรุป: การขับเคลื่อนอนาคตของการกำจัดไนโตรเจน

การเปลี่ยนจากการกำจัดไนโตรเจนแบบดั้งเดิมไปเป็นกระบวนการออโตโทรฟิคขั้นสูงและกระบวนการตัดสั้นแสดงถึงการก้าวกระโดดครั้งสำคัญในประสิทธิภาพทางวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม โดยบูรณาการเทคโนโลยีการตรวจจับประสิทธิภาพสูงเช่นเย็กซ์เซนเซอร์ YEX-206 ซีรี่ส์ด้วยกระบวนการที่เป็นนวัตกรรมใหม่ เช่น ANAMMOX และ CANON ผู้รวมระบบสามารถนำเสนอโซลูชันที่ไม่เพียงแต่เป็นไปตามข้อกำหนดเท่านั้น แต่ยังมีความยั่งยืนสูงอีกด้วย

ในขณะที่มาตรฐานระดับโลกสำหรับ ไนโตรเจนทั้งหมด (TN) ยังคงเข้มงวดมากขึ้น ความสามารถในการติดตามและควบคุมกระบวนการทางชีวภาพที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้แบบเรียลไทม์จะเป็นปัจจัยกำหนดความสำเร็จของโครงการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมสมัยใหม่

การสนับสนุนและการบูรณาการโครงการ:
       หากต้องการรายละเอียดแผนที่การลงทะเบียน Modbus การออกแบบโฟลว์เซลล์แบบกำหนดเอง หรือการสนับสนุนการบูรณาการสำหรับโครงการกำจัดไนโตรเจนขนาดใหญ่ โปรดติดต่อทีมวิศวกรรมทางเทคนิคของ YexSensor