Pratarmė: Šiame straipsnyje aptariamas „Anammox biologinio azoto pašalinimo procesas“. Šis biologinio azoto šalinimo procesas nuo 2002 m. praktiškai naudojamas nuotekų valymo įrenginiuose, tačiau jo panaudojimo lygis yra itin mažas; Kinijoje sunku rasti daug nuotekų valymo įrenginių, naudojančių šią technologiją. Iš jo principų matome, kad, palyginti su tradiciniais nitrifikacijos ir denitrifikacijos procesais, jis turi du reikšmingus pranašumus: mažas energijos sąnaudas (nereikia didelio masto aeravimo) ir anglies šaltinio (autotrofinių mikroorganizmų). Naudojant šį procesą, galima labai sumažinti azoto šalinimo veiklos sąnaudas.
I. Anammox techniniai principai
Apibrėžimas: Anammox technologija XXI amžiaus pradžioje vertinama kaip revoliucinis proveržis biologinio nuotekų valymo srityje. Jame naudojamos specialaus tipo autotrofinės bakterijos-anaerobinės amoniaką oksiduojančios bakterijos-, kad amoniakinis azotas (NH₄⁺) ir nitritas (NO₂⁻) anaerobinėmis arba deguonies{4}}šalinimo sąlygomis labai efektyviai paverčiamos azoto dujomis (N₂). Šis procesas pakeičia tradicinį nitrifikacijos{6}}denitrifikacijos procesą, kuriam reikia daug deguonies ir organinės anglies šaltinių.
Pagrindinis principas:
Pagrindinė cheminė reakcija: NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2H₂O. Anaerobinės amoniaką oksiduojančios bakterijos tiesiogiai „sujungia“ amoniaką ir nitritus, kad susidarytų nekenksmingos azoto dujos, nereikia visiškai oksiduoti amoniakinio azoto iki nitrato ir vėliau jo redukuoti.
Ląstelinis anglies fiksavimas: ši bakterijų bendruomenė kaip anglies šaltinį naudoja neorganinę anglį (pvz., CO₂/HCO₃⁻), kuri auga chemoautotrofinio augimo būdu ir žymiai sumažina organinės anglies šaltinių suvartojimą.
Reikšmingas energijos taupymas: lyginant su tradiciniais procesais, teoriškai jis gali sutaupyti maždaug 60% aeracijos energijos suvartojimo (nereikia visiškai nitrifikuoti), 100% organinės anglies šaltinio (nereikia denitrifikacijos) ir sumažinti perteklinio dumblo susidarymą iki 90%.
II. Diegimo sąlygos ir pagrindiniai iššūkiai
Reakcijos kontrolės sąlygos:
Tikslus nitritų tiekimas: amoniakinio azoto dalis turi būti tiksliai oksiduota iki nitrito (trumpas{0}}nitrifikacija), kad būtų išlaikyta stabili NO₂⁻ koncentracija (paprastai<30 mg/L). Excessive levels will inhibit bacterial activity, while insufficient levels will result in inadequate reaction.
Tiksli ištirpusio deguonies (DO) kontrolė: reaktoriuje reikia sukurti lokalią anoksinę / anaerobinę mikroaplinką (DO < 0,5 mg/L), kad būtų sukurta erdvė Anammox bakterijoms, kartu užtikrinant amoniaką -oksiduojančių bakterijų išlikimą teikiant NO₂⁻.
Reikalavimai temperatūrai: Optimali temperatūra 30-40 laipsnių. Žema temperatūra (<15°C) will significantly reduce bacterial activity and increase operational difficulty.
Vandens kokybės reikalavimai: jautrus toksiškoms medžiagoms (tokioms kaip sunkieji metalai, organinės medžiagos ir sulfidai), turinčios mažą suspenduotų kietųjų dalelių (SS) kiekį.
Proceso įgyvendinimo iššūkiai:
Itin lėtas paleidimas-: Anammox bakterijų generavimo laikas yra ilgas (10-14 dienų) ir lėtas padvigubėjimo laikas (maždaug 11 dienų), o reaktoriui paleisti paprastai reikia 3–12 mėnesių ar net ilgiau.
Sunkus dumblo sulaikymas: norint veiksmingai sulaikyti lėtai{0}}augančias Anammox bakterijas, reikia specialių reaktorių (tokių kaip granuliuoto dumblo sistemos arba bioplėvelės sistemos).
Sudėtingas proceso sujungimas: Stabilus{0}}trumpos nitrifikacijos pasiekimas (suteikiamas NO₂⁻) ir efektyvus jos sujungimas su Anammox reakcija (pvz., vienos{1}}pakopos ar dviejų{2}}pakopų procesai) yra pagrindinis inžinerinio valdymo iššūkis.
Silpnas atsparumas smūginėms apkrovoms: prastai toleruoja įtekančio vandens kokybės, kiekio ir temperatūros svyravimus, todėl sunku išlaikyti veikimo stabilumą.
III. Tipiški dabartinio šios technologijos taikymo atvejai
**Dokhaveno nuotekų valymo gamykla, Roterdamas, Nyderlandai (pirmasis pasaulyje viso -masto pritaikymas - 2002):** Dumblo pūdymo likučiui apdoroti naudojamas SHARON® (trumpasis-nitrifikavimas) + Anammox® procesas. Sėkmingai veikiantis daugelį metų, tai yra svarbus technologinės inžinerijos etapas.
**Strass Wastewater Treatment Plant, Austrija:** vienas iš labiausiai energijos{0}}savarankiškų{1}}nuotekų valymo įrenginių pasaulyje. Jo šalutinis-flow DEMON® procesas (pagrįstas Anammox) apdoroja virškinamąjį skystį, žymiai sumažindamas energijos sąnaudas ir padėdamas augalui gauti daugiau nei 100 % energijos.
**Changi vandens regeneravimo gamykla, Singapūras:** Plataus masto Anammox technologijos (DEMON proceso) taikymas šoniniame-dumblo pūdymo procese, gerinant valymo efektyvumą ir tvarumą.
**Gaobeidian regeneruoto vandens gamykla, Pekinas, Kinija:** vienas iš pirmųjų didelio masto{0}}nuotekų valymo įrenginių Kinijoje, kuriame įdiegta ir sėkmingai naudojama šoninio srauto Anammox technologija (DEMON procesas), skirta apdoroti dumblo pūdytuvą.
Huai Fang regeneruoto vandens gamykla Pekine, Kinijoje, naudoja Anammox procesą, pagrįstą MBBR, kad apdorotų dumblo skaidymo skystį po terminės hidrolizės.
IV. Riboto populiarinimo ir skatinimo priežasčių analizė?
Nepaisant reikšmingų pranašumų, faktinis anaerobinio amoniako oksidacijos (ANAO) panaudojimas tebėra mažas, ypač pagrindiniame komunalinių nuotekų valyme. Pagrindinės priežastys yra šios:
1. Aukštas techninis slenkstis ir sudėtingas valdymas: jis jautrus vandens kokybės svyravimams ir reikalauja itin didelio tikslumo kontroliuojant tokius parametrus kaip ištirpęs deguonis, nitritų koncentracija ir temperatūra, gerokai viršijantys tradicinius procesus. Eksploatacijai ir priežiūrai reikalingas aukštos kvalifikacijos techninis personalas.
2. Lėtas-paleidimas ir didelės investicijos: ilgas pradžios- laikotarpis (kelis mėnesius ar net daugiau nei metus) padidina pradines projekto išlaidas ir riziką; specialūs reaktoriai, reikalingi mikrobams sodrinti ir dumblo sulaikymui (pvz., granuliuoto dumblo sluoksniai ir MBBR), turi dideles pradines investicijų sąnaudas.
3. Projektavimo ir susijusios eksploatacinės patirties trūkumas: palyginti su šimtmečio -aktyviojo dumblo procesu, ANAO technologija realiose inžinerijos srityse buvo naudojama tik apie 20 metų. Projektavimo specifikacijos, naudojimo vadovai ir trikčių šalinimo patirties duomenų bazės toli gražu nėra subrendusios.
4. Sunkumai kontroliuojant aplinkos sąlygas mikroorganizmams: Komunalinėms nuotekoms būdinga žema temperatūra (ypač žiemą), maža amoniakinio azoto koncentracija, sudėtinga vandens sudėtis (CDS, SS, inhibitoriai), dideli debito svyravimai. Šios charakteristikos labai skiriasi nuo optimalių Anammox bakterijų augimo sąlygų, todėl sunku stabiliai veikti.
5. Priklausomybė nuo tradicinių denitrifikacijos procesų ir pasitikėjimas jais: tradiciniai nitrifikacijos-denitrifikavimo procesai yra brandūs, patikimi, paprastai valdomi, labai atsparūs smūgiinėms apkrovoms, turi didelę projektavimo ir eksploatavimo patirtį, yra paremti daugybe sėkmingų atvejų tyrimų, sukuriančių stiprią palaikymo inerciją. Galų gale, mažai kas svarstytų galimybę atsisakyti brandaus proceso ir pradėti naują, ypač atsižvelgiant į didelę investavimo riziką.