Produtos químicos e procesos para eliminar o nitróxeno amoniacal da auga

1. Que é o nitróxeno amoníaco?

O nitróxeno amoníaco refírese ao amoníaco en forma de amoníaco libre (ou amoníaco non iónico, NH3) ou amoníaco iónico (NH4+). Un pH máis alto e unha maior proporción de amoníaco libre; pola contra, a proporción de sal de amonio é alta.

O nitróxeno amoníaco é un nutriente da auga que pode provocar a súa eutrofización e é o principal contaminante que consume osíxeno na auga, o que resulta tóxico para os peixes e algúns organismos acuáticos.

O principal efecto nocivo do nitróxeno amónico nos organismos acuáticos é o amoníaco libre, cuxa toxicidade é ducias de veces maior que a do sal de amonio, e aumenta co aumento da alcalinidade. A toxicidade do nitróxeno amónico está estreitamente relacionada co valor do pH e coa temperatura da auga da piscina; en xeral, canto maiores sexan o valor do pH e a temperatura da auga, maior será a toxicidade.

Dous métodos colorimétricos de sensibilidade aproximada que se empregan habitualmente para determinar o amoníaco son o método clásico do reactivo de Nessler e o método do fenol-hipoclorito. As titulacións e os métodos eléctricos tamén se empregan habitualmente para determinar o amoníaco; cando o contido de nitróxeno amónico é alto, tamén se pode empregar o método de titulación por destilación. (As normas nacionais inclúen o método do reactivo de Nath, a espectrofotometría do ácido salicílico e o método de destilación-titulación)

2. Proceso de eliminación de nitróxeno físico e químico

① Método de precipitación química

O método de precipitación química, tamén coñecido como método de precipitación MAP, consiste en engadir magnesio e ácido fosfórico ou fosfato de hidróxeno ás augas residuais que conteñen nitróxeno amónico, de xeito que o NH4+ das augas residuais reaccione co Mg+ e o PO4- nunha solución acuosa para xerar precipitación de fosfato de amonio e magnesio, a fórmula molecular é MgNH4P04.6H20, para así lograr o propósito de eliminar o nitróxeno amónico. O fosfato de amonio e magnesio, coñecido comunmente como estruvita, pódese usar como compost, aditivo para o solo ou retardante de lume para a construción de produtos estruturais. A ecuación de reacción é a seguinte:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Os principais factores que afectan o efecto do tratamento da precipitación química son o valor do pH, a temperatura, a concentración de nitróxeno amónico e a proporción molar (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-)). Os resultados amosan que cando o valor do pH é de 10 e a proporción molar de magnesio, nitróxeno e fósforo é de 1,2:1:1,2, o efecto do tratamento é mellor.

Usando cloruro de magnesio e fosfato disódico como axentes precipitantes, os resultados amosan que o efecto do tratamento é mellor cando o valor de pH é de 9,5 e a proporción molar de magnesio, nitróxeno e fósforo é de 1,2:1:1.

Os resultados amosan que o MgC12+Na3PO4.12H20 é superior a outras combinacións de axentes precipitantes. Cando o valor do pH é de 10,0, a temperatura é de 30 ℃, n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-) = 1:1:1, a concentración másica de nitróxeno amónico nas augas residuais despois de axitar durante 30 minutos redúcese de 222 mg/L antes do tratamento a 17 mg/L, e a taxa de eliminación é do 92,3 %.

O método de precipitación química e o método de membrana líquida combináronse para o tratamento de augas residuais de nitróxeno amónico industrial de alta concentración. En condicións de optimización do proceso de precipitación, a taxa de eliminación de nitróxeno amónico alcanzou o 98,1 % e, posteriormente, un tratamento adicional co método de película líquida reduciu a concentración de nitróxeno amónico a 0,005 g/L, alcanzando o estándar nacional de emisións de primeira clase.

Investigouse o efecto de eliminación de ións metálicos divalentes (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) distintos do Mg+ sobre o nitróxeno amónico baixo a acción do fosfato. Propúxose un novo proceso de precipitación de CaSO4-precipitación de MAP para augas residuais con sulfato de amonio. Os resultados mostran que o regulador tradicional de NaOH pode ser substituído por cal.

A vantaxe do método de precipitación química é que cando a concentración de augas residuais con nitróxeno amoníaco é alta, a aplicación doutros métodos é limitada, como o método biolóxico, o método de cloración por punto de ruptura, o método de separación por membrana, o método de intercambio iónico, etc. Neste momento, o método de precipitación química pódese usar para o pretratamento. A eficiencia de eliminación do método de precipitación química é mellor, non está limitada pola temperatura e o funcionamento é sinxelo. Os lodos precipitados que conteñen fosfato de amonio e magnesio pódense usar como fertilizante composto para realizar a utilización de residuos, compensando así parte do custo; Se se pode combinar con algunhas empresas industriais que producen augas residuais con fosfato e empresas que producen salmoira salina, pode aforrar custos farmacéuticos e facilitar a aplicación a grande escala.

A desvantaxe do método de precipitación química é que, debido á restrición do produto de solubilidade do fosfato de amonio e magnesio, despois de que o nitróxeno amónico nas augas residuais alcance unha determinada concentración, o efecto de eliminación non é obvio e o custo da entrada aumenta considerablemente. Polo tanto, o método de precipitación química debe usarse en combinación con outros métodos axeitados para o tratamento avanzado. A cantidade de reactivo utilizada é grande, o lodo producido é grande e o custo do tratamento é elevado. A introdución de ións de cloruro e fósforo residual durante a dosificación de produtos químicos pode causar facilmente contaminación secundaria.

Fabricante e provedor de sulfato de aluminio por xunto | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Fabricante e provedor de fosfato disódico por xunto | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②Método de soprado

A eliminación do nitróxeno amónico mediante o método de soprado consiste en axustar o valor do pH a alcalino, de xeito que o ión amónico das augas residuais se converta en amónico, de xeito que exista principalmente en forma de amónico libre e, a continuación, o amónico libre se extraia das augas residuais a través do gas portador, para lograr o propósito de eliminar o nitróxeno amónico. Os principais factores que afectan á eficiencia do soprado son o valor do pH, a temperatura, a relación gas-líquido, o caudal do gas, a concentración inicial, etc. Na actualidade, o método de soprado úsase amplamente no tratamento de augas residuais con alta concentración de nitróxeno amónico.

Estudouse a eliminación de nitróxeno amónico dos lixiviados de vertedoiros mediante o método de purga. Descubriuse que os factores clave que controlan a eficiencia da purga eran a temperatura, a relación gas-líquido e o valor do pH. Cando a temperatura da auga é superior a 2590, a relación gas-líquido é duns 3500 e o pH é duns 10,5, a taxa de eliminación pode alcanzar máis do 90 % para os lixiviados de vertedoiros cunha concentración de nitróxeno amónico de ata 2000-4000 mg/L. Os resultados mostran que cando o pH = 11,5, a temperatura de eliminación é de 80 °C e o tempo de eliminación é de 120 minutos, a taxa de eliminación de nitróxeno amónico nas augas residuais pode alcanzar o 99,2 %.

A eficiencia de expulsión de augas residuais con nitróxeno amoniacal de alta concentración levouse a cabo mediante unha torre de expulsión en contracorrente. Os resultados mostraron que a eficiencia de expulsión aumentaba co aumento do valor do pH. Canto maior fose a relación gas-líquido, maior sería a forza motriz da transferencia de masa de extracción de amoníaco, e a eficiencia de extracción tamén aumentaría.

A eliminación de nitróxeno amónico mediante o método de soprado é eficaz, doada de operar e de controlar. O nitróxeno amónico soprado pódese usar como absorbente con ácido sulfúrico e o ácido sulfúrico xerado pódese usar como fertilizante. O método de soprado é unha tecnoloxía de uso común para a eliminación física e química de nitróxeno na actualidade. Non obstante, o método de soprado ten algunhas desvantaxes, como a frecuente formación de incrustacións na torre de soprado, a baixa eficiencia de eliminación de nitróxeno amónico a baixa temperatura e a contaminación secundaria causada polo gas de soprado. O método de soprado xeralmente combínase con outros métodos de tratamento de augas residuais con nitróxeno amónico para pretratar augas residuais con nitróxeno amónico de alta concentración.

③Cloración do punto de ruptura

O mecanismo de eliminación do amoníaco mediante cloración do punto de ruptura é que o cloro gasoso reacciona co amoníaco para producir nitróxeno gasoso inocuo, e o N2 escapa á atmosfera, facendo que a fonte de reacción continúe cara á dereita. A fórmula da reacción é:

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

Cando se transfire cloro gasoso ás augas residuais ata un certo punto, o contido de cloro libre na auga é baixo e a concentración de amoníaco é cero. Cando a cantidade de cloro gasoso pasa por ese punto, a cantidade de cloro libre na auga aumenta, polo tanto, o punto chámase punto de ruptura e a cloración neste estado chámase cloración do punto de ruptura.

O método de cloración por punto de ruptura úsase para tratar as augas residuais de perforación despois do insuflamento de nitróxeno amónico, e o efecto do tratamento vese directamente afectado polo proceso de insuflamento de nitróxeno amónico de pretratamento. Cando o 70 % do nitróxeno amónico das augas residuais se elimina mediante o proceso de insuflamento e logo se trata mediante cloración por punto de ruptura, a concentración másica de nitróxeno amónico no efluente é inferior a 15 mg/L. Zhang Shengli et al. tomaron como obxecto de investigación augas residuais simuladas con nitróxeno amónico cunha concentración másica de 100 mg/L, e os resultados da investigación mostraron que os factores principais e secundarios que afectan á eliminación de nitróxeno amónico mediante a oxidación do hipoclorito de sodio foron a proporción de cantidades de cloro e nitróxeno amónico, o tempo de reacción e o valor do pH.

O método de cloración por punto de ruptura ten unha alta eficiencia de eliminación de nitróxeno, a taxa de eliminación pode chegar ao 100 % e a concentración de amoníaco nas augas residuais pode reducirse a cero. O efecto é estable e non se ve afectado pola temperatura; require menos equipamento de investimento, resposta rápida e completa; ten o efecto de esterilización e desinfección na masa de auga. O ámbito de aplicación do método de cloración por punto de ruptura é que a concentración de augas residuais con nitróxeno amoníaco é inferior a 40 mg/L, polo que o método de cloración por punto de ruptura úsase principalmente para o tratamento avanzado das augas residuais con nitróxeno amoníaco. O requisito de uso e almacenamento seguros é elevado, o custo do tratamento é elevado e os subprodutos cloraminas e compostos orgánicos clorados causarán contaminación secundaria.

④método de oxidación catalítica

O método de oxidación catalítica consiste en que, a través da acción dun catalizador, baixo unha determinada temperatura e presión, a materia orgánica e o amoníaco das augas residuais poden oxidarse e descompoñerse en substancias inocuas como CO2, N2 e H2O mediante a oxidación do aire, para lograr o propósito de purificación.

Os factores que inflúen no efecto da oxidación catalítica son as características do catalizador, a temperatura, o tempo de reacción, o valor do pH, a concentración de nitróxeno amónico, a presión, a intensidade da axitación e outros.

Estudouse o proceso de degradación do nitróxeno amónico ozonizado. Os resultados mostraron que cando o valor do pH aumentaba, producíase un tipo de radical HO con forte capacidade de oxidación, e a taxa de oxidación acelerábase significativamente. Os estudos amosan que o ozono pode oxidar o nitróxeno amónico a nitrito e o nitrito a nitrato. A concentración de nitróxeno amónico na auga diminúe co aumento do tempo, e a taxa de eliminación do nitróxeno amónico é de aproximadamente o 82 %. Utilizouse CuO-MnO2-CeO2 como catalizador composto para tratar augas residuais con nitróxeno amónico. Os resultados experimentais amosan que a actividade de oxidación do catalizador composto recentemente preparado mellora significativamente, e as condicións de proceso axeitadas son 255 ℃, 4,2 MPa e pH = 10,8. No tratamento de augas residuais con nitróxeno amónico cunha concentración inicial de 1023 mg/L, a taxa de eliminación de nitróxeno amónico pode alcanzar o 98 % en 150 minutos, alcanzando o estándar nacional de vertido secundario (50 mg/L).

Investigouse o rendemento catalítico do fotocatalizador de TiO2 soportado en zeolita mediante o estudo da taxa de degradación do nitróxeno amónico en solución de ácido sulfúrico. Os resultados mostran que a dose óptima de fotocatalizador de TiO2/zeolita é de 1,5 g/L e o tempo de reacción é de 4 h baixo irradiación ultravioleta. A taxa de eliminación de nitróxeno amónico das augas residuais pode alcanzar o 98,92 %. Estudouse o efecto de eliminación do dióxido de ferro rico en nanopartículas de chin baixo luz ultravioleta sobre o nitróxeno fenólico e amónico. Os resultados mostran que a taxa de eliminación de nitróxeno amónico é do 97,5 % cando se aplica un pH = 9,0 á solución de nitróxeno amónico cunha concentración de 50 mg/L, o que é un 7,8 % e un 22,5 % maior que a do dióxido de ferro rico en chin ou de chin só.

O método de oxidación catalítica ten as vantaxes dunha alta eficiencia de purificación, un proceso sinxelo, unha pequena área de fondo, etc., e úsase a miúdo para tratar augas residuais de nitróxeno amónico de alta concentración. A dificultade da aplicación reside en como evitar a perda de catalizador e a protección contra a corrosión dos equipos.

⑤método de oxidación electroquímica

O método de oxidación electroquímica refírese ao método de eliminación de contaminantes da auga mediante a electrooxidación con actividade catalítica. Os factores que inflúen son a densidade de corrente, o caudal de entrada, o tempo de saída e o tempo de solución puntual.

Estudouse a oxidación electroquímica de augas residuais con amoníaco-nitróxeno nunha cela electrolítica de fluxo circulante, onde o positivo é a electricidade da rede Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2 e o negativo é a electricidade da rede Ti. Os resultados amosan que cando a concentración de ións cloruro é de 400 mg/L, a concentración inicial de nitróxeno amoníaco é de 40 mg/L, o caudal afluente é de 600 mL/min, a densidade de corrente é de 20 mA/cm e o tempo electrolítico é de 90 min, a taxa de eliminación de nitróxeno amoníaco é do 99,37 %. Isto demostra que a oxidación electrolítica de augas residuais con amoníaco-nitróxeno ten boas perspectivas de aplicación.

3. Proceso de eliminación bioquímica de nitróxeno

①Toda a nitrificación e desnitrificación

A nitrificación e desnitrificación de proceso completo é un tipo de método biolóxico que se leva empregando amplamente durante moito tempo na actualidade. Converte o nitróxeno amónico das augas residuais en nitróxeno mediante unha serie de reaccións como a nitrificación e a desnitrificación baixo a acción de diversos microorganismos, para conseguir o propósito do tratamento das augas residuais. O proceso de nitrificación e desnitrificación para eliminar o nitróxeno amónico debe pasar por dúas etapas:

Reacción de nitrificación: A reacción de nitrificación lévana a cabo microorganismos autótrofos aeróbicos. No estado aeróbico, o nitróxeno inorgánico utilízase como fonte de nitróxeno para converter NH4+ en NO2- e, a continuación, oxídase a NO3-. O proceso de nitrificación pódese dividir en dúas etapas. Na segunda etapa, o nitrito convértese en nitrato (NO3-) polas bacterias nitrificantes e o nitrito convértese en nitrato (NO3-) polas bacterias nitrificantes.

Reacción de desnitrificación: A reacción de desnitrificación é o proceso no que as bacterias desnitrificantes reducen o nitróxeno dos nitritos e o nitróxeno dos nitratos a nitróxeno gasoso (N2) en estado de hipoxia. As bacterias desnitrificantes son microorganismos heterótrofos, a maioría dos cales pertencen ao grupo das bacterias anfícticas. En estado de hipoxia, usan o osíxeno do nitrato como aceptor de electróns e a materia orgánica (compoñente da DBO nas augas residuais) como doador de electróns para proporcionar enerxía e oxidarse e estabilizarse.

As aplicacións de enxeñaría de nitrificación e desnitrificación de procesos completos inclúen principalmente AO, A2O, gabia de oxidación, etc., que é un método máis maduro utilizado na industria de eliminación biolóxica de nitróxeno.

O método completo de nitrificación e desnitrificación ten as vantaxes dun efecto estable, un funcionamento sinxelo, a ausencia de contaminación secundaria e o baixo custo. Este método tamén ten algúns inconvenientes, como a necesidade de engadir unha fonte de carbono cando a relación C/N nas augas residuais é baixa, o requisito de temperatura é relativamente estrito, a eficiencia é baixa a baixa temperatura, a área é grande, a demanda de osíxeno é grande e algunhas substancias nocivas, como os ións de metais pesados, teñen un efecto presionante sobre os microorganismos, que deben eliminarse antes de levar a cabo o método biolóxico. Ademais, a alta concentración de nitróxeno amónico nas augas residuais tamén ten un efecto inhibitorio sobre o proceso de nitrificación. Polo tanto, o pretratamento debe realizarse antes do tratamento de augas residuais de alta concentración de nitróxeno amónico para que a concentración de nitróxeno amónico sexa inferior a 500 mg/L. O método biolóxico tradicional é axeitado para o tratamento de augas residuais de baixa concentración de nitróxeno amónico que conteñen materia orgánica, como as augas residuais domésticas, as augas residuais químicas, etc.

② Nitrificación e desnitrificación simultáneas (SND)

Cando a nitrificación e a desnitrificación se levan a cabo conxuntamente no mesmo reactor, denomínase dixestión simultánea por desnitrificación (SND). O osíxeno disolto nas augas residuais está limitado pola velocidade de difusión para producir un gradiente de osíxeno disolto na área do microambiente no flóculo ou biofilme microbiano, o que fai que o gradiente de osíxeno disolto na superficie exterior do flóculo ou biofilme microbiano sexa propicio para o crecemento e a propagación de bacterias nitrificantes aeróbicas e bacterias amoniacantes. Canto máis profundo se afonde no flóculo ou na membrana, menor será a concentración de osíxeno disolto, o que resulta nunha zona anóxica onde dominan as bacterias desnitrificantes. Formándose así un proceso de dixestión e desnitrificación simultáneas. Os factores que afectan á dixestión e desnitrificación simultáneas son o valor do pH, a temperatura, a alcalinidade, a fonte de carbono orgánico, o osíxeno disolto e a idade dos lodos.

Existiu nitrificación/desnitrificación simultánea na gabia de oxidación Carrousel, e a concentración de osíxeno disolto entre o impulsor aireado na gabia de oxidación Carrousel diminuíu gradualmente, e o osíxeno disolto na parte inferior da gabia de oxidación Carrousel foi menor que na parte superior. As taxas de formación e consumo de nitróxeno de nitrato en cada parte do canal son case iguais, e a concentración de nitróxeno amoniacal no canal é sempre moi baixa, o que indica que as reaccións de nitrificación e desnitrificación ocorren simultaneamente no canal de oxidación Carrousel.

O estudo sobre o tratamento de augas residuais domésticas demostra que canto maior sexa o CODCr, máis completa será a desnitrificación e mellor será a eliminación de nitróxeno trifluoruro (TN). O efecto do osíxeno disolto na nitrificación e desnitrificación simultáneas é grande. Cando o osíxeno disolto se controla a 0,5~2 mg/L, o efecto de eliminación total de nitróxeno é bo. Ao mesmo tempo, o método de nitrificación e desnitrificación aforra o reactor, reduce o tempo de reacción, ten un baixo consumo de enerxía, aforra investimento e é doado manter estable o valor do pH.

③Dixestión e desnitrificación a curto alcance

No mesmo reactor, utilízanse bacterias oxidantes de amoníaco para oxidar o amoníaco a nitrito en condicións aeróbicas e, a continuación, o nitrito desnitríficase directamente para producir nitróxeno con materia orgánica ou fonte externa de carbono como doante de electróns en condicións de hipoxia. Os factores de influencia da nitrificación e desnitrificación a curto alcance son a temperatura, o amoníaco libre, o valor do pH e o osíxeno disolto.

Efecto da temperatura na nitrificación a curto alcance das augas residuais municipais sen auga de mar e das augas residuais municipais cun 30 % de auga de mar. Os resultados experimentais mostran que: para as augas residuais municipais sen auga de mar, o aumento da temperatura favorece a nitrificación a curto alcance. Cando a proporción de auga de mar nas augas residuais domésticas é do 30 %, a nitrificación a curto alcance pódese conseguir mellor en condicións de temperatura media. A Universidade Tecnolóxica de Delft desenvolveu o proceso SHARON, no que o uso de altas temperaturas (uns 30-4090 °C) favorece a proliferación de bacterias nitríticas, de xeito que estas perden competencia, mentres que ao controlar a idade dos lodos se eliminan as bacterias nitríticas, se produce a reacción de nitrificación na fase de nitrito.

Baseándose na diferenza na afinidade do osíxeno entre as bacterias nitríticas e as bacterias nitríticas, o Laboratorio de Ecoloxía Microbiana de Gent desenvolveu o proceso OLAND para lograr a acumulación de nitróxeno nitrítico mediante o control do osíxeno disolto para eliminar as bacterias nitríticas.

Os resultados da proba piloto do tratamento de augas residuais de coque mediante nitrificación e desnitrificación a curto alcance mostran que cando as concentracións de COD, nitróxeno amónico, TN e fenol no afluente son de 1201,6, 510,4, 540,1 e 110,4 mg/L, as concentracións medias de COD, nitróxeno amónico, TN e fenol no efluente son de 197,1, 14,2, 181,5 e 0,4 mg/L, respectivamente. As taxas de eliminación correspondentes foron do 83,6 %, 97,2 %, 66,4 % e 99,6 %, respectivamente.

O proceso de nitrificación e desnitrificación a curto alcance non pasa pola fase de nitratos, o que aforra a fonte de carbono necesaria para a eliminación biolóxica de nitróxeno. Ten certas vantaxes para as augas residuais de nitróxeno amoníaco con baixa relación C/N. A nitrificación e desnitrificación a curto alcance ten as vantaxes de menos lodos, un curto tempo de reacción e un aforro de volume do reactor. Non obstante, a nitrificación e desnitrificación a curto alcance requiren unha acumulación estable e duradeira de nitritos, polo que a clave é inhibir eficazmente a actividade das bacterias nitrificantes.

④ Oxidación anaerobia do amoníaco

A amoxidación anaerobia é un proceso de oxidación directa do nitróxeno amónico a nitróxeno por bacterias autótrofas en condicións de hipoxia, con nitróxeno nitroso ou nitróxeno nitroso como aceptor de electróns.

Investigáronse os efectos da temperatura e o pH na actividade biolóxica do anammoX. Os resultados mostraron que a temperatura de reacción óptima era de 30 ℃ e o valor do pH era de 7,8. Estudouse a viabilidade do reactor anaeróbico ammoX para o tratamento de augas residuais con alta salinidade e alta concentración de nitróxeno. Os resultados mostraron que a alta salinidade inhibía significativamente a actividade do anammoX, e esta inhibición era reversible. A actividade anaeróbica de ammox dos lodos non aclimatados foi un 67,5 % menor que a dos lodos de control baixo unha salinidade de 30 g.L-1(NaC1). A actividade de anammoX dos lodos aclimatados foi un 45,1 % menor que a do control. Cando os lodos aclimatados se transferiron dun ambiente de alta salinidade a un ambiente de baixa salinidade (sen salmoira), a actividade anaeróbica de ammoX aumentou nun 43,1 %. Non obstante, o reactor é propenso a diminuír o seu funcionamento cando funciona en condicións de alta salinidade durante un período prolongado.

En comparación co proceso biolóxico tradicional, o ammoX anaeróbico é unha tecnoloxía de eliminación de nitróxeno biolóxico máis económica sen fonte adicional de carbono, baixa demanda de osíxeno, sen necesidade de reactivos para neutralizar e menor produción de lodos. As desvantaxes do ammox anaeróbico son que a velocidade de reacción é lenta, o volume do reactor é grande e a fonte de carbono é desfavorable ao amMOX anaeróbico, o que ten importancia práctica para resolver as augas residuais de nitróxeno amónico con baixa biodegradabilidade.

4. Proceso de eliminación de nitróxeno por separación e adsorción

① método de separación por membrana

O método de separación por membrana consiste en usar a permeabilidade selectiva da membrana para separar selectivamente os compoñentes do líquido, co fin de lograr o propósito de eliminación do nitróxeno amoníaco. Inclúe a osmose inversa, a nanofiltración, a membrana de desamoníaca e a electrodiálise. Os factores que afectan á separación por membrana son as características da membrana, a presión ou a voltaxe, o valor do pH, a temperatura e a concentración de nitróxeno amoníaco.

Segundo a calidade da auga das augas residuais con nitróxeno amónico vertidas pola fundición de terras raras, realizouse un experimento de osmose inversa con augas residuais simuladas de NH4C1 e NaCI. Descubriuse que, nas mesmas condicións, a osmose inversa ten unha maior taxa de eliminación de NaCI, mentres que o NHCl ten unha maior taxa de produción de auga. A taxa de eliminación de NH4C1 é do 77,3 % despois do tratamento de osmose inversa, o que se pode usar como pretratamento das augas residuais con nitróxeno amónico. A tecnoloxía de osmose inversa pode aforrar enerxía e ter unha boa estabilidade térmica, pero é deficiente en resistencia ao cloro e á contaminación.

Empregouse un proceso de separación por membrana de nanofiltración bioquímica para tratar os lixiviados do vertedoiro, de xeito que entre o 85 % e o 90 % do líquido permeable se descargou segundo a norma e só entre o 0 % e o 15 % do líquido e lama das augas residuais concentrados se devolveu ao tanque de lixo. Ozturki et al. trataron os lixiviados do vertedoiro de Odayeri, en Turquía, cunha membrana de nanofiltración, e a taxa de eliminación de nitróxeno amoniacal foi de aproximadamente o 72 %. A membrana de nanofiltración require unha presión menor que a membrana de osmose inversa, e é doada de operar.

O sistema de membrana de eliminación de amoníaco úsase xeralmente no tratamento de augas residuais con alto contido de nitróxeno amoníaco. O nitróxeno amoníaco na auga ten o seguinte equilibrio: NH4- +OH- = NH3 + H2O. En funcionamento, as augas residuais que conteñen amoníaco flúen pola carcasa do módulo de membrana e o líquido que absorbe ácido flúe pola tubaxe do módulo de membrana. Cando o pH das augas residuais aumenta ou a temperatura sobe, o equilibrio desprázase cara á dereita e o ión amonio NH4- convértese no NH3 gasoso libre. Neste momento, o NH3 gasoso pode entrar na fase líquida de absorción de ácido na tubaxe desde a fase de augas residuais na carcasa a través dos microporos na superficie da fibra oca, que é absorbida pola solución ácida e convértese inmediatamente en NH4- iónico. Manteña o pH das augas residuais por riba de 10 e a temperatura por riba de 35 °C (por debaixo de 50 °C), de xeito que o NH4 na fase das augas residuais se converta continuamente en NH3 cara á migración da fase líquida de absorción. Como resultado, a concentración de nitróxeno amoníaco no lado das augas residuais diminuíu continuamente. A fase líquida de absorción de ácido, debido a que só hai ácido e NH4-, forma unha sal de amonio moi pura e alcanza unha certa concentración despois dunha circulación continua, que pode ser reciclada. Por unha banda, o uso desta tecnoloxía pode mellorar en gran medida a taxa de eliminación de nitróxeno amónico nas augas residuais e, por outra banda, pode reducir o custo operativo total do sistema de tratamento de augas residuais.

②método de electrodiálise

A electrodiálise é un método de eliminación de sólidos disoltos de solucións acuosas mediante a aplicación dunha voltaxe entre os pares de membranas. Baixo a acción da voltaxe, os ións de amoníaco e outros ións das augas residuais de amoníaco-nitróxeno enriquécense a través da membrana na auga concentrada que contén amoníaco, para lograr o propósito de eliminación.

O método de electrodiálise empregouse para tratar augas residuais inorgánicas cunha alta concentración de nitróxeno amónico e obtívose bos resultados. Para augas residuais con nitróxeno amónico de 2000-3000 mg/L, a taxa de eliminación de nitróxeno amónico pode ser superior ao 85 % e a auga con amoníaco concentrada pódese obter nun 8,9 %. A cantidade de electricidade consumida durante a operación de electrodiálise é proporcional á cantidade de nitróxeno amónico nas augas residuais. O tratamento de augas residuais por electrodiálise non está limitado polo valor do pH, a temperatura nin a presión, e é doado de operar.

As vantaxes da separación por membranas son a alta recuperación de nitróxeno amónico, a sinxeleza do funcionamento, o efecto de tratamento estable e a ausencia de contaminación secundaria. Non obstante, no tratamento de augas residuais con nitróxeno amónico de alta concentración, agás a membrana desamoniacal, outras membranas son fáciles de incrustar e obstruír, e a rexeneración e o retrolavado son frecuentes, o que aumenta o custo do tratamento. Polo tanto, este método é máis axeitado para o pretratamento ou para augas residuais con nitróxeno amónico de baixa concentración.

③ Método de intercambio iónico

O método de intercambio iónico é un método para eliminar o nitróxeno amónico das augas residuais mediante o uso de materiais con forte adsorción selectiva de ións amónicos. Os materiais de adsorción máis empregados son o carbón activado, a zeolita, a montmorillonita e a resina de intercambio. A zeolita é un tipo de silicoaluminato con estrutura espacial tridimensional, estrutura de poros regulares e buratos, entre os cales a clinoptilolita ten unha forte capacidade de adsorción selectiva para ións amónicos e un prezo baixo, polo que se usa habitualmente como material de adsorción para augas residuais con nitróxeno amónico na enxeñaría. Os factores que afectan o efecto do tratamento da clinoptilolita inclúen o tamaño das partículas, a concentración de nitróxeno amónico no influente, o tempo de contacto, o valor do pH, etc.

O efecto de adsorción da zeolita sobre o nitróxeno amónico é obvio, seguido da ranita, e o efecto do solo e a ceramisita é deficiente. A principal forma de eliminar o nitróxeno amónico da zeolita é a intercambio iónico, e o efecto de adsorción física é moi pequeno. O efecto de intercambio iónico da ceramita, o solo e a ranita é similar ao efecto de adsorción física. A capacidade de adsorción dos catro recheos diminuíu co aumento da temperatura no rango de 15-35 ℃ e aumentou co aumento do valor do pH no rango de 3-9. O equilibrio de adsorción alcanzouse despois de 6 horas de oscilación.

Estudouse a viabilidade de eliminar o nitróxeno amónico dos lixiviados de vertedoiros mediante a adsorción de zeolita. Os resultados experimentais mostran que cada gramo de zeolita ten un potencial de adsorción limitado de 15,5 mg de nitróxeno amónico; cando o tamaño das partículas de zeolita é de malla 30-16, a taxa de eliminación do nitróxeno amónico alcanza o 78,5 % e, co mesmo tempo de adsorción, dosificación e tamaño de partículas de zeolita, canto maior sexa a concentración de nitróxeno amónico no influente, maior será a taxa de adsorción, e é viable que a zeolita como adsorbente elimine o nitróxeno amónico dos lixiviados. Ao mesmo tempo, sinálase que a taxa de adsorción de nitróxeno amónico pola zeolita é baixa e que é difícil que a zeolita alcance a capacidade de adsorción por saturación na operación práctica.

Estudouse o efecto de eliminación do leito de zeolita biolóxica sobre o nitróxeno, a COD e outros contaminantes en augas residuais simuladas dunha aldea. Os resultados amosan que a taxa de eliminación do nitróxeno amoniacal polo leito de zeolita biolóxica é superior ao 95 % e que a eliminación do nitróxeno nitrato vese moi afectada polo tempo de residencia hidráulico.

O método de intercambio iónico ten as vantaxes dun pequeno investimento, un proceso sinxelo, unha operación cómoda, insensibilidade aos velenos e á temperatura e reutilización da zeolita mediante rexeneración. Non obstante, ao tratar augas residuais con nitróxeno amónico de alta concentración, a rexeneración é frecuente, o que supón inconvenientes para a operación, polo que é necesario combinalo con outros métodos de tratamento con nitróxeno amónico ou utilizalo para tratar augas residuais con nitróxeno amónico de baixa concentración.

Fabricante e provedor de zeolita 4A por xunto | EVERBRIGHT (cnchemist.com)