דניטריפיקציה- קונבנציונלית צורך כמויות עצומות של אנרגיה - מפוחים הפועלים 24/7 כדי לספק חמצן לחמצון אמוניה, בתוספת מקורות פחמן חיצוניים (מתנול, אצטט) לדלק דניטריפיקציה. יחד, שני השלבים הללו יכולים להסביר60–70% מתקציב האנרגיה הכולל של מכון טיהור. אנמוקס (חמצון אמוניום אנאירובי) מבטיח לפרק את הפרדיגמה הזו: הוא מחמצן את האמוניה ישירות לגז חנקן באמצעות ניטריט כמקבל האלקטרונים - ללא פחמן אורגני, מינימום חמצן, ללא עודפי בוצה. אבל כמה קרובה המעבדה-קיצור הדרך המוכחת למציאות מסחרית לטיפול משני מיינסטרים? מחקר פיילוט זה שם את המספרים על השולחן.
מדוע אנאמוקס חשובה לטיפול משני
הסרת חנקן בבוצה פעילה קונבנציונלית עוברת מסלול-מובן היטב, עתיר אנרגיה-. ראשית, חיידקי חמצון אמוניה-(AOB) ממירים NH4+ל-NO2-; ואז ניטריט-חיידקים מחמצנים (NOB) ממירים NO2-ל-NO3-. באזור האנוקסי שלאחר מכן, דניטריפיררים הטרוטרופיים מפחיתים את ה-NO3-חזרה ל-N2גז - אבל רק אם יש להם אספקה מספקת של פחמן אורגני מתכלה, שלעתים קרובות מתרוקן לאחר הסרת BOD במעלה הזרם. התוצאה: מפעלים נאלצים לרכוש ולמנות פחמן חיצוני, מה שמוסיף עלות תפעולית וטביעת רגל פחמנית משמעותית.
אנמוקס משכתבת את המשוואה הזו לחלוטין. חיידקי האנמוקס - בעיקרקנדידטוס ברוקדיהוCandidatus Kuenenia- בצע את התגובה: NH4++ לא2- → N2 + 2H2O. השווה את זה לדניטריפיקציה קונבנציונלית, והיתרונות מצטברים במהירות:
| גוֹרֵם | ניטריפיקציה קונבנציונלית-דניטריפיקציה | ניטריטציה חלקית-אנמוקס | תוֹעֶלֶת |
| דרישת חמצן | 4.57 ק"ג O2/kg N | 1.72 ק"ג O2/kg N | הפחתה של ~60%. |
| נדרש פחמן אורגני | 2.86 ק"ג COD/kg N | 0 ק"ג COD/kg N | 100% חיסול |
| ייצור בוצה | 0.3–0.5 ק"ג VSS/kg N | 0.05–0.1 ק"ג VSS/kg N | הפחתה של ~80%. |
| אנרגיית אוורור | 1.0–1.5 קילוואט/ק"ג N | 0.3–0.5 קילוואט/ק"ג N | הפחתה של ~65%. |
מחקר פיילוט: הגדרה וגישה
כור ברצף אצווה (SBR) פיילוט הופעל כדי להעריך סילוק חנקן מבוסס-אנמוקס בתנאים המייצגים את הטיפול המשני במיינסטרים - במיוחד, ריכוזי אמוניה נמוכים יותר (40-80 מ"ג N/L) וטמפרטורות מתונות (20-25 מעלות צדדיות{7} בהשוואה ליישום זרם צדדי גבוה{7} 500-1,500 מ"ג N/L ב-30-35 מעלות) כאשר אנמוקס כבר פרוס מסחרית.
האסטרטגיה התפעולית השתמשה בניטריטציה חלקית כשלב במעלה הזרם: חלק מהאמוניה הגולשת התחמצן לניטריט (במטרה של NO2-/NH4+יחס של כ 1.0-1.3), ולאחר מכן הזרם המעורב נכנס לכור האנמוקס להסרת חנקן אוטוטרופית. פרמטרי הפעלה מרכזיים שנבדקו כללו קצב טעינת חנקן, ריכוז DO בשלב הניטריציה החלקית, יציבות הטמפרטורה וה-NO2-/NH4+יחס הנכנס לשלב אנמוקס.
תוצאות ביצועים
לאחר תקופת העשרה וייצוב של 90-, השיגה מערכת האנמוקס את הביצועים הבאים במצב יציב:
| מדד ביצועים | תוצאה (מצב יציב) | הֶעָרָה |
| קצב הסרת חנקן כולל | 0.5–0.8 ק"ג N/m³·d | ניתן להשוות ל-sidestream anammox בטמפ' נמוכות יותר |
| יעילות הסרת TN | 75–85% | שאריות חנקה מפעילות NOB מגבילות את הגבול העליון |
| NH4+-N שפכים | 3-8 מ"ג/ליטר | רגיש ל-NO2-/NH4+חוסר איזון ביחס |
| לֹא2--N שפכים | פחות מ-2 מ"ג/ליטר (בדרך כלל) | כמעט-צריכת ניטריט מלאה על ידי אנמוקס |
| תפוקת בוצה | הוסר 0.07 ק"ג VSS/kg N | נמוך בכ-80% מהרגיל |
המערכת הפגינה הסרת חנקן יציבה בקצב טעינה נפחי של 0.5-0.8 ק"ג N/m³·d - תחרותי עם מתקני אנמוקס צדדיים למרות טמפרטורת הפעולה הנמוכה יותר. עם זאת, שמירה על ה-NO המדויק2-/NH4+היחס הוכיח את עצמו כפרמטר הבקרה הקריטי ביותר. סטיות מחוץ לטווח 1.0-1.3 גרמו להידרדרות מהירה בביצועים: עודף ניטריט עיכב את פעילות אנמוקס, בעוד שלא מספיק ניטריט הותיר אמוניה ללא הסרה.
גורמים תפעוליים קריטיים
1. רגישות לטמפרטורה
חיידקי אנמוקס מפגינים פעילות אופטימלית ב-30-37 מעלות, כאשר הפעילות יורדת בכ-10-15% על כל ירידה של 5 מעלותמתחת ל-30 מעלות. במחקר-המיינסטרים הטמפרטורה הזה (20-25 מעלות), שיעור הסרת החנקן היה בערך 40-55% ממה שאותה ביומסה יכולה להשיג ב-35 מעלות. עבור מפעלי טיפול באקלים ממוזג או קר, עונש טמפרטורה זה חייב להילקח בחשבון בגודל הכור - כור אנמוקס רגיל הפועל ב-15 מעלות עשוי לדרושפי 2-3 מהנפחשל יחידת זרם צד המטפלת באותו עומס חנקן ב-35 מעלות.
2. סף עיכוב ניטריט
בעוד שחיידקי אנמוקס משתמשים בניטריט כמקבל האלקטרונים שלהם, עודף ניטריט רעיל. המחקר זיהה סף עיכוב ברור: ריכוזי ניטריט מעל50-70 מ"ג N/Lגרם לירידה ניתנת למדידה בפעילות אנמוקס, וריכוזים מעל 100 מ"ג N/L הובילו לעיכוב כמעט -השלם שדורש 48-72 שעות להתאוששות ברגע שרמות הניטריט הופחתו. לכן-ניטור ניטריט בזמן אמת ובקרת משוב מהיר הם חיוניים, לפיכך, תכניות בקרה המבוססות על - טיימר- או ידניות יסחפו בהכרח לעיכוב.
3. דיכוי NOB
נוכחותם של -חיידקי חמצון ניטריט (NOB) בשלב הניטריטציה החלקית היא האויב של אנמוקס יעיל. NOB מתחרים עם חיידקי אנמוקס על ניטריט, מחמצן אותו לניטראט - שבו אנמוקס לא יכול להשתמש - ומפחית את יעילות הסרת החנקן הכוללת. אסטרטגיות לדיכוי NOB שנבדקו במחקר זה כללו: שמירה על ריכוזי DO נמוכים (0.3-0.8 מ"ג/ליטר בכור הניטריציה) להעדפת AOB על פני NOB, פעולה בריכוזי אמוניה חופשית מוגברים המעכבים NOB באופן סלקטיבי, ומחזורי אוורור לסירוגין המנצלים את קינטיקה ההתאוששות השונה של AOB ו-NOB לאחר anoxic.
4. שימור והעשרה ביומסה
חיידקי אנמוקס גדלים- איטית, עם זמן הכפלה של 7-14 ימים אפילו בתנאים אופטימליים. זה הופך את שימור ביומסה לקריטית לחלוטין. המחקר השתמש בבוצה גרגירית כמנשא ביומסה, והשיג מהירויות שיקוע מעולות (מעל 30 מ"ש) שניתקו למעשה את זמן השמירה ההידראולי מזמן החזקה של מוצקים. עבור גישות מבוססות ביופילם- (נשאי MBBR או IFAS), שטח הפנים המוגן מספק מנגנון שמירה חלופי שעשוי להיות חזק יותר מפני הפרעות הידראוליות.
נתיב מעשי למיינסטרים אנמוקס
בעוד אנמוקס צדדי היא טכנולוגיה בוגרת וניתנת לבנק עם מאות מתקנים בקנה מידה מלא- ברחבי העולם, אנמוקס מיינסטרים לטיפול משני נותר תחום מתפתח עם אתגרים ספציפיים: טמפרטורות נמוכות יותר מפחיתות קצבים קינטיים, ריכוזי אמוניה נמוכים יותר הופכים את בקרת התהליך לרגישה יותר, והנוכחות של פחמן אורגני במי שפכים מיינסטרים יכולים לעורר את הטרופיפיקציה של אנמוקס עם הטרופי. ניטריט.
הגישה המבטיחה ביותר-לטווח קרוב היא תצורה היברידית: ניטרציה חלקית-אנמוקס להסרת חנקן צדדי (שם הטכנולוגיה הוכחה), בשילוב עם ניטריפיקציה- קונבנציונלית לטיפול במיינסטרים. תצורה זו לוכדת את החיסכון באנרגיה במקום שבו הם מתממשים הכי בקלות - בזרם הצד החם- הגבוה- תוך שמירה על ביצועים מהימנים של הזרם המרכזי. כאשר טכנולוגיית אנמוקס מיינסטרים מתבגרת ומתגברים על אתגרי טמפרטורה/שליטה, הגבול ההיברידי יכול לעבור לכיוון תרומה גדולה יותר של אנמוקס.
מחקר זה מאשר שהסרת חנקן על בסיס-אנמוקס מציעה מסלול בר-קיימא לקראת טיפול-יעיל במי שפכים משני, עם שיעורי הסרת חנקן של 0.5-0.8 ק"ג N/m³·d הניתנים להשגה בטמפרטורות רגילות. גורמי ההצלחה העיקריים כוללים שליטה מדויקת ב-NO2-/NH4+יחס באמצעות ניטור- בזמן אמת, דיכוי NOB יעיל בשלב הניטריציה ושימור ביומסה חזקה כדי לפצות על קצב צמיחה איטי של אנמוקס. בעוד שהפריסה המרכזית נותרה חזית מחקרית, התמריצים הכלכליים והסביבתיים - 60% פחות חמצן, אפס פחמן חיצוני, 80% פחות בוצה - הופכים את המשך הפיתוח להשקעה-בעדיפות גבוהה עבור משק המים.
חקור פתרונות מתקדמים לנשאי ביופילם להסרת חנקן
Juntai Plastic מייצרת נושאי MBBR ו-IFAS גבוהים-ספציפיים-לשטחים-מהונדסים עבור שימור ביומסה אוטוטרופית- בצמיחה איטית - כולל סרטי אנמוקס וביופיים מחנקים. מנשאי ה-HDPE שלנו עם שטח פנים מוגן של 620–800 מ"ר/מ"ר מספקים את יציבות ה-SRT הארוכה שדורשים תהליכי הסרת חנקן קיצורי דרך.