Хімічна речовина та процес видалення аміачного азоту з води

1. Що таке амонійний азот?

Аміачний азот відноситься до аміаку у формі вільного аміаку (або неіонного аміаку, NH3) або іонного аміаку (NH4+). Вищий pH та вища частка вільного аміаку; навпаки, частка солі амонію висока.

Аміачний азот – це поживна речовина у воді, яка може призвести до евтрофікації води, а також основний забруднювач води, що споживає кисень, що є токсичним для риб та деяких водних організмів.

Основним шкідливим впливом аміачного азоту на водні організми є вільний аміак, токсичність якого в десятки разів перевищує токсичність амонійної солі, і зростає зі збільшенням лужності. Токсичність аміачного азоту тісно пов'язана зі значенням pH та температурою води в басейні, загалом, чим вище значення pH та температура води, тим сильніша токсичність.

Два колориметричні методи з приблизною чутливістю, які зазвичай використовуються для визначення аміаку, - це класичний метод реактиву Несслера та фенол-гіпохлоритний метод. Титрування та електричні методи також зазвичай використовуються для визначення аміаку; коли вміст аміачного азоту високий, можна також використовувати метод дистиляційного титрування. (Національні стандарти включають метод реактиву Ната, спектрофотометрію саліцилової кислоти, метод дистиляції-титрування).

2. Процес фізичного та хімічного видалення азоту

① Метод хімічного осадження

Метод хімічного осадження, також відомий як метод осадження MAP, полягає у додаванні магнію та фосфорної кислоти або гідрогенфосфату до стічних вод, що містять амонійний азот, таким чином, що NH4+ у стічних водах реагує з Mg+ та PO4- у водному розчині з утворенням осаду амоній-магній-фосфату, молекулярна формула якої MgNH4P04.6H20, для досягнення мети видалення амонійного азоту. Магній-амоній-фосфат, широко відомий як струвіт, може використовуватися як компост, ґрунтова добавка або вогнезахисний засіб для будівельних конструкцій. Рівняння реакції таке:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Основними факторами, що впливають на ефект обробки хімічним осадженням, є значення pH, температура, концентрація аміачного азоту та молярне співвідношення (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Результати показують, що при значенні pH 10 та молярному співвідношенні магнію, азоту та фосфору 1,2:1:1,2 ефект обробки кращий.

Використання хлориду магнію та динатрію гідрофосфату як осаджувальних агентів показало, що ефект обробки кращий, коли значення pH становить 9,5, а молярне співвідношення магнію, азоту та фосфору становить 1,2:1:1.

Результати показують, що MgC12+Na3PO4.12H20 перевершує інші комбінації осаджувальних агентів. Коли значення pH становить 10,0, температура становить 30℃, n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1, масова концентрація амонійного азоту у стічних водах після перемішування протягом 30 хвилин знижується з 222 мг/л до очищення до 17 мг/л, а коефіцієнт видалення становить 92,3%.

Для очищення промислових стічних вод з високою концентрацією аміачного азоту було поєднано метод хімічного осадження та метод рідкої мембрани. За умов оптимізації процесу осадження коефіцієнт видалення аміачного азоту досяг 98,1%, а подальша обробка методом рідкої плівки знизила концентрацію аміачного азоту до 0,005 г/л, що відповідає національному стандарту викидів першого класу.

Було досліджено вплив видалення іонів двовалентних металів (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+), відмінних від Mg+, з амонійного азоту під дією фосфату. Для стічних вод, що містять сульфат амонію, було запропоновано новий процес осадження CaSO4 - осадження MAP. Результати показують, що традиційний регулятор NaOH можна замінити вапном.

Перевага методу хімічного осадження полягає в тому, що коли концентрація аміачного азоту у стічних водах висока, застосування інших методів, таких як біологічний метод, метод хлорування за точкою розриву, метод мембранного розділення, метод іонного обміну тощо, обмежене. У цьому випадку для попередньої обробки можна використовувати метод хімічного осадження. Ефективність видалення хімічним осадженням краща, вона не обмежується температурою, а операція проста. Осаджений шлам, що містить фосфат магнію та амонію, можна використовувати як комплексне добриво для утилізації відходів, тим самим компенсуючи частину витрат; якщо його можна поєднати з деякими промисловими підприємствами, що виробляють фосфатні стічні води, та підприємствами, що виробляють соляний розсіл, це може заощадити витрати на фармацевтичні препарати та сприяти масштабному застосуванню.

Недоліком методу хімічного осадження є те, що через обмеження добутку розчинності амоній-магнійфосфату, після досягнення певної концентрації аміачного азоту у стічних водах, ефект видалення не є очевидним, а витрати на очищення значно зростають. Тому метод хімічного осадження слід використовувати в поєднанні з іншими методами, придатними для поглибленого очищення. Кількість використовуваного реагенту велика, утворюється великий осаду, а вартість очищення висока. Внесення іонів хлору та залишкового фосфору під час дозування хімікатів може легко спричинити вторинне забруднення.

Виробник та постачальник сульфату алюмінію оптом | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Виробник та постачальник двоосновного фосфату натрію оптом | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②метод здуття

Видалення аміачного азоту методом продувки полягає в регулюванні значення pH до лужного, завдяки чому іон аміаку у стічних водах перетворюється на аміак, тобто він переважно існує у формі вільного аміаку, а потім вільний аміак видаляється зі стічних вод за допомогою газу-носія для досягнення мети видалення аміачного азоту. Основними факторами, що впливають на ефективність продувки, є значення pH, температура, газо-рідинне співвідношення, швидкість потоку газу, початкова концентрація тощо. Наразі метод продувки широко використовується для очищення стічних вод з високою концентрацією аміачного азоту.

Було досліджено видалення аміачного азоту з фільтрату зі звалища методом продувки. Було виявлено, що ключовими факторами, що контролюють ефективність продувки, є температура, газорідинне співвідношення та значення pH. Коли температура води перевищує 2590°C, газорідинне співвідношення становить близько 3500, а pH становить близько 10,5, швидкість видалення може сягати понад 90% для фільтрату зі звалища з концентрацією аміачного азоту 2000-4000 мг/л. Результати показують, що при pH=11,5, температурі відпарювання 80°C та часі відпарювання 120 хвилин швидкість видалення аміачного азоту зі стічних вод може сягати 99,2%.

Ефективність продувки стічних вод з високою концентрацією аміачного азоту досліджували за допомогою протитечійної продувної башти. Результати показали, що ефективність продувки зростає зі збільшенням значення pH. Чим більше співвідношення газ-рідина, тим більша рушійна сила масообміну для віддувки аміаку, а також зростає ефективність віддувки.

Видалення аміачного азоту методом продувки є ефективним, простим в експлуатації та контролі. Аміачний азот, що продувається, можна використовувати як абсорбент із сірчаною кислотою, а утворену сірчану кислоту можна використовувати як добриво. Метод продувки є поширеною технологією фізичного та хімічного видалення азоту в даний час. Однак метод продувки має деякі недоліки, такі як часте утворення накипу в продувній башті, низька ефективність видалення аміачного азоту за низької температури та вторинне забруднення, спричинене газом, що продувається. Метод продувки зазвичай поєднується з іншими методами очищення стічних вод з аміачним азотом для попередньої обробки стічних вод з високою концентрацією аміачного азоту.

③Хлорування точки розриву

Механізм видалення аміаку шляхом хлорування до точки розриву полягає в тому, що газоподібний хлор реагує з аміаком з утворенням нешкідливого газоподібного азоту, а N2 виходить в атмосферу, змушуючи джерело реакції рухатися праворуч. Формула реакції:

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

Коли газоподібний хлор потрапляє у стічні води до певної точки, вміст вільного хлору у воді низький, а концентрація аміаку дорівнює нулю. Коли кількість газоподібного хлору перевищує цю точку, кількість вільного хлору у воді збільшується, тому цю точку називають точкою перелому, а хлорування в цьому стані називається точкою перелому.

Метод граничного хлорування використовується для очищення стічних вод буріння після продування аміачним азотом, і ефект очищення безпосередньо залежить від процесу попередньої обробки аміачним азотом. Коли 70% аміачного азоту зі стічних вод видаляється шляхом процесу продування, а потім обробляється граничним хлоруванням, масова концентрація аміачного азоту в стічних водах становить менше 15 мг/л. Чжан Шенлі та ін. взяли за об'єкт дослідження модельовані стічні води з аміачним азотом з масовою концентрацією 100 мг/л, і результати дослідження показали, що основними та другорядними факторами, що впливають на видалення аміачного азоту окисленням гіпохлориту натрію, є кількісне співвідношення хлору до аміачного азоту, час реакції та значення pH.

Метод хлорування за точкою переривання має високу ефективність видалення азоту, швидкість видалення може досягати 100%, а концентрацію аміаку у стічних водах можна звести до нуля. Ефект стабільний і не залежить від температури; менше інвестицій в обладнання, швидка та повна реакція; стерилізує та дезінфікує водні об'єкти. Сфера застосування методу хлорування за точкою переривання полягає в тому, що концентрація аміачного азоту у стічних водах менше 40 мг/л, тому метод хлорування за точкою переривання здебільшого використовується для поглибленого очищення аміачних азотних стічних вод. Вимоги безпечного використання та зберігання високі, вартість очищення висока, а побічні продукти хлораміни та хлоровані органічні речовини спричиняють вторинне забруднення.

④метод каталітичного окислення

Метод каталітичного окислення полягає в тому, що під дією каталізатора за певної температури та тиску, шляхом окислення повітрям, органічні речовини та аміак у стічних водах можуть окислюватися та розкладатися на нешкідливі речовини, такі як CO2, N2 та H2O, для досягнення мети очищення.

Фактори, що впливають на ефект каталітичного окислення, це характеристики каталізатора, температура, час реакції, значення pH, концентрація аміачного азоту, тиск, інтенсивність перемішування тощо.

Було досліджено процес розкладання озонованого аміачного азоту. Результати показали, що при збільшенні значення pH утворюється своєрідний радикал HO із сильною окислювальною здатністю, і швидкість окислення значно прискорюється. Дослідження показують, що озон може окислювати аміачний азот до нітриту та нітриту до нітрату. Концентрація аміачного азоту у воді зменшується зі збільшенням часу, а швидкість видалення аміачного азоту становить близько 82%. CuO-MnO2-CeO2 було використано як композитний каталізатор для очищення стічних вод з аміачним азотом. Експериментальні результати показують, що окислювальна активність нещодавно приготованого композитного каталізатора значно покращується, а відповідні умови процесу: 255 ℃, 4,2 МПа та pH = 10,8. При очищенні стічних вод з аміачним азотом з початковою концентрацією 1023 мг/л швидкість видалення аміачного азоту може досягати 98% протягом 150 хвилин, що відповідає національному стандарту вторинних скидів (50 мг/л).

Каталітичну ефективність фотокаталізатора TiO2 на цеоліті досліджували шляхом вивчення швидкості розкладання амонійного азоту в розчині сірчаної кислоти. Результати показують, що оптимальне дозування фотокаталізатора TiO2/цеоліт становить 1,5 г/л, а час реакції під дією ультрафіолетового випромінювання – 4 години. Швидкість видалення амонійного азоту зі стічних вод може досягати 98,92%. Було досліджено вплив видалення фенольного та аміачного азоту під дією ультрафіолетового світла на pH = 9,0, що на 7,8% та 22,5% вище, ніж для розчину аміачного азоту з високим вмістом заліза або окремого діоксиду хлару.

Метод каталітичного окислення має такі переваги, як висока ефективність очищення, простота процесу, мала площа дна тощо, і часто використовується для очищення стічних вод з високою концентрацією аміачного азоту. Складність застосування полягає в тому, як запобігти втраті каталізатора та захистити обладнання від корозії.

⑤метод електрохімічного окислення

Метод електрохімічного окислення – це метод видалення забруднюючих речовин з води за допомогою електроокислення з каталітичною активністю. Впливовими факторами є густина струму, швидкість потоку на вході, час на виході та час розчинення в точці.

Було досліджено електрохімічне окислення аміачно-азотних стічних вод у електролітичній комірці з циркуляцією, де позитивним є електрика мережі Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2, а негативним - електрика мережі Ti. Результати показують, що коли концентрація іонів хлориду становить 400 мг/л, початкова концентрація аміачного азоту становить 40 мг/л, швидкість потоку вхідної лінії становить 600 мл/хв, густина струму 20 мА/см² та час електролізу 90 хв, швидкість видалення аміачного азоту становить 99,37%. Це показує, що електролітичне окислення аміачно-азотних стічних вод має хороші перспективи застосування.

3. Процес біохімічного видалення азоту

①повна нітрифікація та денітрифікація

Повноцінна нітрифікація та денітрифікація – це біологічний метод, який широко використовується вже давно. Він перетворює амонійний азот у стічних водах на азот через серію реакцій, таких як нітрифікація та денітрифікація, під дією різних мікроорганізмів, щоб досягти мети очищення стічних вод. Процес нітрифікації та денітрифікації для видалення амонійного азоту повинен пройти два етапи:

Реакція нітрифікації: Реакція нітрифікації здійснюється аеробними автотрофними мікроорганізмами. В аеробному стані неорганічний азот використовується як джерело азоту для перетворення NH4+ на NO2-, а потім він окислюється до NO3-. Процес нітрифікації можна розділити на дві стадії. На другій стадії нітрити перетворюються на нітрати (NO3-) нітрифікуючими бактеріями, а нітрити перетворюються на нітрати (NO3-) нітрифікуючими бактеріями.

Реакція денітрифікації: Реакція денітрифікації – це процес, у якому денітрифікуючі бактерії відновлюють нітритний та нітратний азот до газоподібного азоту (N2) у стані гіпоксії. Денітрифікуючі бактерії – це гетеротрофні мікроорганізми, більшість з яких належать до амфіктичних бактерій. У стані гіпоксії вони використовують кисень у нітратах як акцептор електронів та органічну речовину (компонент БПК у стічних водах) як донор електронів для забезпечення енергії, окислення та стабілізації.

Застосування в інженерії нітрифікації та денітрифікації всього процесу в основному включає AO, A2O, окислювальні канави тощо, що є більш зрілим методом, що використовується в промисловості біологічного видалення азоту.

Весь метод нітрифікації та денітрифікації має такі переваги, як стабільний ефект, простота експлуатації, відсутність вторинного забруднення та низька вартість. Цей метод також має деякі недоліки, такі як необхідність додавання джерела вуглецю, коли співвідношення C/N у стічних водах низьке, вимоги до температури відносно суворі, низька ефективність при низькій температурі, велика площа, велике споживання кисню, а деякі шкідливі речовини, такі як іони важких металів, мають негативний вплив на мікроорганізми, які необхідно видалити перед застосуванням біологічного методу. Крім того, висока концентрація аміачного азоту у стічних водах також має гальмівний вплив на процес нітрифікації. Тому перед очищенням висококонцентрованих аміачних азотних стічних вод слід проводити попереднє очищення, щоб концентрація аміачного азоту в стічних водах була менше 500 мг/л. Традиційний біологічний метод підходить для очищення низькоконцентрованих аміачних азотних стічних вод, що містять органічні речовини, таких як побутові стічні води, хімічні стічні води тощо.

②Одночасна нітрифікація та денітрифікація (SND)

Коли нітрифікацію та денітрифікацію проводять разом в одному реакторі, це називається одночасним перетравленням та денітрифікацією (SND). Розчинений кисень у стічних водах обмежений швидкістю дифузії, що призводить до створення градієнта розчиненого кисню в зоні мікросередовища на мікробному флоку або біоплівці, що робить градієнт розчиненого кисню на зовнішній поверхні мікробного флоку або біоплівки сприятливим для росту та розмноження аеробних нітрифікуючих бактерій та аміоніюючих бактерій. Чим глибше у флок або мембрану, тим нижча концентрація розчиненого кисню, що призводить до утворення аноксичної зони, де домінують денітрифікуючі бактерії. Таким чином формується одночасний процес перетравлення та денітрифікації. Факторами, що впливають на одночасне перетравлення та денітрифікацію, є значення pH, температура, лужність, джерело органічного вуглецю, розчинений кисень та вік осаду.

У карусельному окислювальному канаві відбувалася одночасна нітрифікація/денітрифікація, а концентрація розчиненого кисню між аерованим робочим колесом у карусельному окислювальному канаві поступово зменшувалася, а розчинений кисень у нижній частині карусельного окислювального канави був нижчим, ніж у верхній частині. Швидкість утворення та споживання нітратного азоту в кожній частині каналу майже однакова, а концентрація амонійного азоту в каналі завжди дуже низька, що вказує на те, що реакції нітрифікації та денітрифікації відбуваються одночасно в карусельному окислювальному каналі.

Дослідження очищення побутових стічних вод показує, що чим вищий ХСККр, тим повніша денітрифікація та краще видалення Н2О. Вплив розчиненого кисню на одночасну нітрифікацію та денітрифікацію є значним. Коли розчинений кисень контролюється на рівні 0,5~2 мг/л, загальний ефект видалення азоту є хорошим. Водночас метод нітрифікації та денітрифікації економить реактор, скорочує час реакції, має низьке енергоспоживання, економить інвестиції та легко підтримує стабільне значення pH.

③Короткочасне розщеплення та денітрифікація

У тому ж реакторі аміакоокислювальні бактерії використовуються для окислення аміаку до нітриту в аеробних умовах, а потім нітрит безпосередньо денітрифікується для отримання азоту з органічною речовиною або зовнішнім джерелом вуглецю як донором електронів в умовах гіпоксії. Факторами впливу на короткочасну нітрифікацію та денітрифікацію є температура, вільний аміак, значення pH та розчинений кисень.

Вплив температури на короткочасну нітрифікацію міських стічних вод без морської води та міських стічних вод з 30% морської води. Експериментальні результати показують, що: для міських стічних вод без морської води підвищення температури сприяє досягненню короткочасної нітрифікації. Коли частка морської води в побутових стічних водах становить 30%, короткочасна нітрифікація може бути досягнута краще за умов середньої температури. Делфтський технологічний університет розробив процес SHARON, використання високої температури (близько 30-4090°F) сприяє розмноженню нітритних бактерій, внаслідок чого нітритні бактерії втрачають конкуренцію, а також, контролюючи вік осаду, усуває нітритні бактерії, що дозволяє реакції нітрифікації перейти на стадію нітритів.

Виходячи з різниці у спорідненості до кисню між нітритними та нітритними бактеріями, Гентська лабораторія мікробної екології розробила процес OLAND для досягнення накопичення нітритного азоту шляхом контролю розчиненого кисню для усунення нітритних бактерій.

Результати пілотних випробувань очищення коксівних стічних вод методом короткочасної нітрифікації та денітрифікації показують, що коли концентрації ХСК, аміачного азоту, ТН та фенолу у вхідній воді становлять 1201,6, 510,4, 540,1 та 110,4 мг/л, середні концентрації ХСК, аміачного азоту, ТН та фенолу у вихідній воді становлять 197,1, 14,2, 181,5 та 0,4 мг/л відповідно. Відповідні коефіцієнти видалення склали 83,6%, 97,2%, 66,4% та 99,6% відповідно.

Процес короткочасної нітрифікації та денітрифікації не проходить стадію нітратів, що зберігає джерело вуглецю, необхідне для біологічного видалення азоту. Він має певні переваги для стічних вод з аміачним азотом та низьким співвідношенням C/N. Короткочасна нітрифікація та денітрифікація має переваги у вигляді меншої кількості осаду, короткого часу реакції та економії об'єму реактора. Однак, короткочасна нітрифікація та денітрифікація вимагають стабільного та тривалого накопичення нітритів, тому ключовим є те, як ефективно пригнічувати активність нітрифікуючих бактерій.

④ Анаеробне окислення аміаку

Анаеробне амоксидування – це процес прямого окислення амонійного азоту до азоту автотрофними бактеріями за умов гіпоксії, при цьому нітрогенний азот або нітритний азот є акцептором електронів.

Було досліджено вплив температури та pH на біологічну активність anammoX. Результати показали, що оптимальна температура реакції становила 30℃, а значення pH – 7,8. Було досліджено доцільність використання анаеробного реактора ammoX для очищення стічних вод з високою мінералізацією та високою концентрацією азоту. Результати показали, що висока мінералізація значно пригнічує активність anammoX, і це пригнічення є оборотним. Анаеробна активність ammoX неакліматизованого осаду була на 67,5% нижчою, ніж у контрольному осаді при мінералізації 30 г/л (NaCl). Активність anammoX акліматизованого осаду була на 45,1% нижчою, ніж у контрольному. Коли акліматизований осад переносили з середовища з високою мінералізацією в середовище з низькою мінералізацією (без розсолу), анаеробна активність ammoX збільшувалася на 43,1%. Однак реактор схильний до зниження функціональності, коли він працює в середовищі з високою мінералізацією протягом тривалого часу.

Порівняно з традиційним біологічним процесом, анаеробний ammoX є більш економічною технологією біологічного видалення азоту без додаткового джерела вуглецю, з низьким споживанням кисню, без потреби в реагентах для нейтралізації та з меншим утворенням осаду. Недоліками анаеробного ammox є низька швидкість реакції, великий об'єм реактора та несприятливе для анаеробного amMOX джерело вуглецю, що має практичне значення для вирішення проблеми аміачних азотних стічних вод з поганою біорозкладністю.

4. процес видалення азоту шляхом розділення та адсорбції

① метод мембранного розділення

Метод мембранного розділення полягає у використанні селективної проникності мембрани для вибіркового розділення компонентів у рідині, щоб досягти мети видалення аміачного азоту. Включає зворотний осмос, нанофільтрацію, деамоніювання мембран та електродіаліз. Фактори, що впливають на мембранне розділення, - це характеристики мембрани, тиск або напруга, значення pH, температура та концентрація аміачного азоту.

Згідно з якістю води, що скидається аміачним азотом з плавильного заводу рідкоземельних металів, було проведено експеримент зі зворотним осмосом з імітацією стічних вод NH4C1 та NaCl. Було виявлено, що за однакових умов зворотний осмос має вищу швидкість видалення NaCl, тоді як NHCl має вищу швидкість виробництва води. Швидкість видалення NH4C1 становить 77,3% після обробки зворотним осмосом, що може бути використано для попередньої обробки аміачних азотних стічних вод. Технологія зворотного осмосу може економити енергію, мати хорошу термостабільність, але стійкість до хлору та забруднення низька.

Для обробки фільтрату зі сміттєзвалища було використано процес біохімічного нанофільтраційного мембранного розділення, завдяки чому 85%~90% проникної рідини скидалося відповідно до стандарту, і лише 0%~15% концентрованої стічної рідини та бруду поверталося до сміттєвого резервуара. Озтуркі та ін. обробили фільтрат зі сміттєзвалища Одайєрі в Туреччині за допомогою нанофільтраційної мембрани, і швидкість видалення аміачного азоту становила близько 72%. Нанофільтраційна мембрана вимагає нижчого тиску, ніж мембрана зворотного осмосу, що робить її простішою в експлуатації.

Мембранна система для видалення аміаку зазвичай використовується для очищення стічних вод з високим вмістом аміачного азоту. Аміачний азот у воді має такий баланс: NH4- +OH- = NH3+H2O. Під час роботи стічні води, що містять аміак, протікають в оболонці мембранного модуля, а рідина, що поглинає кислоту, протікає в трубі мембранного модуля. Коли pH стічних вод підвищується або температура підвищується, рівновага зміщується праворуч, і іон амонію NH4- перетворюється на вільний газоподібний NH3. У цей час газоподібний NH3 може потрапляти в рідку фазу кислотного поглинання в трубі з фази стічних вод в оболонці через мікропори на поверхні порожнистого волокна, де він поглинається розчином кислоти та одразу перетворюється на іонний NH4-. Підтримуйте pH стічних вод вище 10, а температуру вище 35°C (нижче 50°C), щоб NH4 у фазі стічних вод постійно перетворювався на NH3 для міграції в рідку фазу поглинання. В результаті концентрація аміачного азоту у стічних водах постійно знижується. Рідка фаза кислотної абсорбції, оскільки містить лише кислоту та NH4⁻, утворює дуже чисту амонійну сіль, яка після безперервної циркуляції досягає певної концентрації, що дозволяє її повторно використовувати. З одного боку, використання цієї технології може значно покращити швидкість видалення амонійного азоту зі стічних вод, а з іншого боку, знизити загальні експлуатаційні витрати системи очищення стічних вод.

②метод електродіалізу

Електродіаліз – це метод видалення розчинених твердих речовин з водних розчинів шляхом подачі напруги між парами мембран. Під дією напруги іони аміаку та інші іони в аміачно-азотних стічних водах збагачуються через мембрану концентрованою водою, що містить аміак, для досягнення мети видалення.

Метод електродіалізу був використаний для очищення неорганічних стічних вод з високою концентрацією аміачного азоту та досяг хороших результатів. Для стічних вод з вмістом аміачного азоту 2000-3000 мг/л швидкість видалення аміачного азоту може перевищувати 85%, а концентрованої аміачної води можна отримати на 8,9%. Кількість електроенергії, що споживається під час електродіалізу, пропорційна кількості аміачного азоту у стічних водах. Електродіалізне очищення стічних вод не обмежується значенням pH, температурою та тиском, і воно просте в експлуатації.

Перевагами мембранного розділення є високий рівень відновлення аміачного азоту, простота експлуатації, стабільний ефект очищення та відсутність вторинного забруднення. Однак, при очищенні стічних вод з високою концентрацією аміачного азоту, за винятком деамонійованої мембрани, інші мембрани легко утворюють накип та засмічуються, а регенерація та зворотне промивання є частими, що збільшує вартість очищення. Тому цей метод більше підходить для попереднього очищення або низькоконцентрованих аміачних азотних стічних вод.

③ Метод іонного обміну

Метод іонного обміну – це метод видалення аміачного азоту зі стічних вод за допомогою матеріалів з сильною селективною адсорбцією іонів аміаку. Найчастіше використовуваними адсорбційними матеріалами є активоване вугілля, цеоліт, монтморилоніт та іонообмінна смола. Цеоліт – це різновид силікоалюмінату з тривимірною просторовою структурою, регулярною пористою структурою та отворами, серед яких клиноптилоліт має сильну селективну адсорбційну здатність до іонів аміаку та низьку ціну, тому його зазвичай використовують як адсорбційний матеріал для аміачних азотних стічних вод в інженерії. Фактори, що впливають на ефект очищення клиноптилолітом, включають розмір частинок, концентрацію аміачного азоту, що надходить, час контакту, значення pH тощо.

Адсорбційний ефект цеоліту на амонійний азот очевидний, далі йде раніт, а вплив ґрунту та керамізиту слабкий. Основним способом видалення амонійного азоту з цеоліту є іонний обмін, і ефект фізичної адсорбції дуже незначний. Ефект іонного обміну кераміту, ґрунту та раніту подібний до ефекту фізичної адсорбції. Адсорбційна здатність чотирьох наповнювачів зменшується зі збільшенням температури в діапазоні 15-35℃ та збільшується зі збільшенням значення pH в діапазоні 3-9. Адсорбційна рівновага досягається після 6 годин коливань.

Було досліджено можливість видалення аміачного азоту з фільтрату звалищ шляхом адсорбції цеолітом. Експериментальні результати показують, що кожен грам цеоліту має обмежений адсорбційний потенціал у 15,5 мг аміачного азоту. При розмірі частинок цеоліту 30-16 меш швидкість видалення аміачного азоту досягає 78,5%, і за того ж часу адсорбції, дозування та розміру частинок цеоліту, чим вища концентрація аміачного азоту, що надходить, тим вища швидкість адсорбції, і цеоліт як адсорбент може видаляти аміачний азот з фільтрату. Водночас зазначається, що швидкість адсорбції аміачного азоту цеолітом низька, і цеоліту важко досягти насичувальної адсорбційної здатності на практиці.

Було досліджено вплив біологічного цеолітного шару на видалення азоту, ХСК та інших забруднюючих речовин у змодельованих сільських стічних водах. Результати показують, що швидкість видалення амонійного азоту біологічним цеолітним шаром становить понад 95%, а на видалення нітратного азоту значно впливає час гідравлічної експозиції.

Метод іонного обміну має такі переваги, як невеликі інвестиції, простий процес, зручність експлуатації, нечутливість до отруйних речовин та температури, а також повторне використання цеоліту шляхом регенерації. Однак, при обробці стічних вод з високою концентрацією аміачного азоту регенерація є частою, що створює незручності в роботі, тому її необхідно поєднувати з іншими методами очищення аміачним азотом або використовувати для очищення стічних вод з низькою концентрацією аміачного азоту.

Оптовий виробник та постачальник цеоліту 4A | EVERBRIGHT (cnchemist.com)