تصفیه فاضلاب های حاوی نیتروژن آمونیاکی

بازدیدها: 1

نیتروژن یک ماده مغذی غالب است که باعث اوتروفیکاسیون بدنه‌های آبی می‌شود و تخلیه فاضلاب حاوی نیتروژن می‌تواند تغییرات نامناسبی را در کشاورزی ایجاد کند. نیتروژن آمونیاکی شکل اصلی نیتروژن موجود در فاضلاب است و کنترل تخلیه نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب یک نگرانی عمده در سراسر جهان بوده است. روش‌های مختلفی برای کنترل تلفات نیتروژن آمونیاکی در جریان‌های آبی اتخاذ شده است. این روش‌ها شامل روش‌های فیزیکوشیمیایی، شیمیایی و بیولوژیکی است. اهداف این مقاله ارائه مقدمه‌ای کوتاه درباره روش‌های حذف نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب و ارائه یک مبنای نظری برای کاربرد عملی این روش‌ها می‌باشد.

در چند دهه گذشته، با پیشرفت صنعت و تجارت، خروجی فاضلاب حاوی نیتروژن افزایش یافته است. نیتروژن یکی از اجزای اساسی پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و سایر ترکیبات نیتروژن دار در موجودات زنده است که آن را یکی از مغذی‌های حیاتی در زندگی زیستی می‌سازد. اما، تخریب زیاد مواد حاوی نیتروژن آلی و معدنی می‌تواند منجر به مشکلات مخربی برای محیط‌های آبی شود، از جمله اتروفیکاسیون، رشد جلبک‌های سمی و کاهش کیفیت آب که یک مشکل جهانی است.

برای اطلاع از قیمت پکیج تصفیه فاضلاب و روشهای مرتبط با کارشناسان فرآب تدبیر تماس بگیرید.

فاضلاب حاوی نیتروژن آمونیاکی چیست؟

فاضلاب غنی از آمونیاک اصلی‌ترین منابع آن شامل زهکشی زمین‌های کشاورزی، فاضلاب پرورش آبزیان، آب سیاه، دوغاب کود خوکی، فاضلاب شیمیایی زغال سنگ، آب خاکستری و شیرابه دفن زباله هستند. تخلیه ناپایدار این فاضلاب‌ها می‌تواند به منابع آبی نیتروژن آمونیاکی اضافه کرده و باعث تغییرات نامطلوب در کیفیت آب شود که در نتیجه ممکن است برای سلامتی انسان خطرناک باشد. همچنین، استفاده بدون کنترل از فاضلاب‌های غنی از آمونیاک برای کشاورزی ممکن است به زمین‌ها و محصولات کشاورزی آسیب برساند.

استانداردهای دقیق تخلیه توسط کشورهای جهان برای کنترل اثرات آلودگی ناشی از تخلیه آمونیاک را بهبود داده است. بنابراین، فاضلاب باید قبل از تخلیه به طور موثر تصفیه شود. تلاش‌های فراوانی برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب با استفاده از روش‌های فیزیکوشیمیایی مانند حذف هوا، تبادل یونی با زئولیت و جذب با کربن فعال، روش‌های شیمیایی مانند رسوب استروویت و اکسیداسیون الکتروشیمیایی، و روش‌های بیولوژیکی مانند نیتریفیکاسیون و اکسیداسیون آمونیوم بهبود یافته‌اند.

اکسیداسیون آمونیوم و نیتریفیکاسیون جزئی در فرایند بی هوازی به عنوان رویکردی اقتصادی برای تصفیه فاضلاب محسوب می‌شود. با توجه به ترکیب پیچیده و متغیر بودن کیفیت فاضلاب و همچنین ضعیف بودن تجزیه‌پذیری زیستی فاضلاب غنی از آمونیاک، ترکیب روش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی برای تصفیه کامل و اقتصادی فاضلاب ضروری است. هدف این مقاله مروری کوتاه ارائه بررسی بر روش‌های اصلی که در حال حاضر برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب استفاده می‌شود و ارائه توصیه‌های فنی برای تصفیه فاضلاب با آمونیاک بالا می‌باشد.

تصفیه نیتروژن آمونیاکی با روش های فیزیکوشیمیایی

• جداسازی هوا

جداسازی هوا یک روش پرکاربرد و پیشرفته برای حذف نیتروژن آمونیاکی با مقاومت بالا از فاضلاب است و می‌توان آن را با تعادل دینامیکی بین آمونیوم و آمونیاک انجام داد. راندمان جداسازی تحت تأثیر عوامل بسیاری قرار می‌گیرد، از جمله دما، pH، زمان جداسازی و نسبت هوا به حجم مایع که باید در نظر گرفته شود.

افزایش pH موجب افزایش مقدار آمونیاک در فاضلاب می‌شود، اما اضافه کردن اسید به منظور تنظیم pH می‌تواند هزینه را افزایش دهد و در نتیجه تأثیرات غیرمطلوبی روی فرآیند تصفیه بیولوژیکی داشته باشد.

دما نیز به دو روش بر راندمان جداسازی تأثیر می‌گذارد. اولاً، دما می‌تواند بر ثابت سرعت واکنش تأثیر بگذارد که در نتیجه بر سرعت واکنش تأثیر می‌گذارد. به عبارت دیگر، کاهش دما منجر به تولید بیشتر آمونیاک می‌شود. ثانیاً، نسبت هوا به حجم مایع نیز تأثیر قابل‌ملاحظه‌ای بر راندمان جداسازی هوا دارد. افزایش جریان هوا باعث افزایش سطح تماس مابین مایع و گاز و کاهش فشار جزئی غلظت فاز گاز می‌شود. همچنین، با افزایش جریان هوا، ضریب انتقال جرم گاز نیز افزایش می‌یابد.

• تبادل یون و جذب

تبادل یونی به طور گسترده برای حذف آمونیاک استفاده می‌شود. مبدل‌های یونی و جاذب‌های مختلف از جمله زئولیت، رزین، کربن فعال، کامپوزیت، کربن نانومتخلخل و زغال سنگ برای حذف آمونیوم در فاضلاب استفاده می‌شوند. امروزه زئولیت به دلیل ظرفیت تبادل یونی بالا و ساختار منفذی خاص، محبوب‌ترین مبدل یونی است. عواملی مانند pH، دما، اندازه ذرات، غلظت اولیه آمونیوم، زمان تماس و دوز جاذب تأثیر زیادی بر جذب نیتروژن آمونیاکی توسط جاذب‌ها و مبدل‌ها دارند. به طور خاص، مقدار pH می‌تواند نقش مهمی در جذب آمونیاک ایفا کند.

این روش مزایای زیادی مانند قیمت پایین و پایداری خوب دارد. این روش علاوه بر حذف آمونیاک، می تواند مواد آلی و یون‌های فلزی سنگین را نیز تا حدودی کاهش دهد. با این حال، این روش دارای معایبی است، از جمله راندمان حذف کم، فرآیند پیچیده بازسازی و محدودیت در محدوده pH. مهمتر از آن این است که طول عمر مبدل‌های یونی و جاذب‌ها محدود است و نیاز به جایگزینی مداوم دارد که باعث ایجاد زباله‌هایی می‌شود که نیاز به تصفیه و دفع بیشتری دارند.

• اسمز معکوس

اسمز معکوس یک فناوری جداسازی موثر و کارآمد است که معمولاً به عنوان یک روش تصفیه پیشرفته استفاده می‌شود. این روش از اعمال فشار برای وادار کردن مولکول‌های آب به داخل یک غشای تراوا انتخابی استفاده می‌کند که آمونیوم در آن به دام افتاده است. اسمز معکوس دارای راندمان حذف آمونیاک بسیار خوب و مصرف کم انرژی است. دما، pH و فشار عملیاتی می‌توانند بر فرآیند اسمز معکوس تأثیر بگذارند. دمای بالا باعث کاهش ویسکوزیته فاضلاب می‌شود و در نتیجه، فرآیند اسمز معکوس را تحت تأثیر قرار می‌دهد. محدوده pH برای انواع مختلف غشاها بسیار متفاوت است.

تصفیه نیتروژن آمونیاکی با روش های شیمیایی

• ته نشینی شیمیایی

ته نشینی یک روش پیش تصفیه امیدوارکننده برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب است. رسوب شیمیایی برای تشکیل نمک‌هایی با حلالیت کم، مانند منیزیم آمونیوم فسفات، با افزودن مواد شیمیایی مانند کلرید منیزیم و اسید فسفریک یا فسفات به فاضلاب با محتوای نیتروژن آمونیاکی بالا، و سپس جداسازی آن از فاضلاب است. حذف آمونیاک توسط رسوب شیمیایی زمانی مفید است که بازیابی فسفر نیز درگیر باشد زیرا ته نشینی معمولاً به فرآیندهای پیچیده با افزودن مواد شیمیایی گران نیاز دارد. تشکیل رسوب تحت تأثیر چندین پارامتر از جمله pH، دما و غلظت آمونیاک است. مقدار pH عامل تأثیرگذار غالب است و همچنین دما می‌تواند بر تعادل یونیزاسیون سیستم واکنش تأثیر بگذارد و همچنین می‌تواند حلالیت رسوب را تغییر دهد.

• کلرزنی تا نقطه ی شکست

فرآیند کلرزنی تا نقطه شکست، با ورود کلر یا هیپوکلریت سدیم بیش از حد به فاضلاب، منجر به تبدیل نیتروژن آمونیاکی به گاز نیتروژن اکسید می‌شود که در ادامه به اتمسفر منتقل می‌شود. این روند با ورود کلر به فاضلاب، غلظت کلر آزاد به حداقل خود کاهش می‌یابد و در این مرحله مقدار کمی آمونیاک از فاضلاب حذف می‌شود. اما اگر کلر به طور مداوم به مقدار بیش از حدی وارد شود، غلظت کلر آزاد به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و نقطه شکست ایجاد خواهد شد.

این فرایند معمولا به عنوان یک روش پیشرفته تصفیه آب استفاده می‌شود، اما برای تصفیه حجم‌های بزرگی از فاضلاب مناسب نیست. مزایای کلرزنی نقطه شکست شامل اکسیداسیون کامل آمونیاک، بهبود راندمان حذف آمونیاک و نیاز به فضای کمتر است.

• اکسیداسیون الکتروشیمیایی

در طی چند دهه گذشته، اکسیداسیون الکتروشیمیایی به طور گسترده برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب استفاده شده است و راندمان حذف بالایی را به دست آورده است. این روش نیتروژن آمونیاکی را با استفاده از کلر، رادیکال های هیدروکسیل، رادیکال های آزاد سوپراکسید و سایر ترکیبات تولید شده توسط الکترولیز به گاز نیتروژن اکسید می‌کند و در نتیجه نیتروژن آمونیاکی را حذف می‌کند. راندمان حذف آمونیوم عمدتا تحت تأثیر مقدار pH، غلظت کلر و چگالی جریان است.

تصفیه نیتروژن آمونیاکی با روش های بیولوژیکی

حذف نیتروژن یک فرآیند بیولوژیکی است که شامل دو فرآیند اصلی است: نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون. در نیتریفیکاسیون، نیتروژن آمونیاکی به نیتریت تبدیل می‌شود توسط باکتری‌های اکسید کننده آمونیوم (AOB)، و سپس نیتریت به نیترات اکسید می‌شود توسط باکتری‌های اکسید کننده نیتریت (NOB) در محیط‌های اکسیژندار. هر دو AOB و NOB باکتری‌های خودتنظیم‌کننده هستند. در دنیتریفیکاسیون، باکتری‌ها از منبع کربن برای تبدیل نیترات و نیتریت به گاز نیتروژن در شرایط بی‌هوازی نیاز دارند.

نتیجه گیری

نیتروژن آمونیاکی را می‌توان با روش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی از فاضلاب حذف کرد. تمام روش‌های حذف دارای مزایا و معایبی هستند. از مزایای روش‌های فیزیکی و شیمیایی می‌توان به سادگی فرآیند، راندمان بالا و عملکرد نسبتاً پایدار اشاره کرد. روش‌های فیزیکی برای تصفیه فاضلاب با محتوای نیتروژن آمونیاکی بالا مناسب هستند، اما وقتی نیتروژن آمونیاکی کاهش می‌یابد، افزایش اثر تصفیه دشوار می‌شود. باقی‌مانده نیتروژن آمونیاکی را می‌توان با روش‌های شیمیایی و بیولوژیکی تصفیه کرد. روش‌های شیمیایی برای تصفیه فاضلاب با محتوای کم نیتروژن آمونیاکی مناسب هستند. تبادل یون و جذب نیاز به تعویض منظم مبدل‌های یونی و جاذب‌ها دارد. تولید کنسانتره و رسوب غشاء نگرانی‌های اصلی اسمز معکوس هستند.

با توجه به پیچیدگی این مسئله، انتخاب یک ترکیب مناسب از روش‌ها، بر اساس مزایای هر کدام، برای تصفیه موثر و اقتصادی فاضلاب ضروری است، با توجه به ویژگی‌های کیفی آب مورد نظر و نیازهای مهم پساب. به این منظور، ترکیبی از روش‌های مختلف باید به دقت بررسی شود تا تأثیرات شرایط عملیاتی آن‌ها بر راندمان حذف نیتروژن آمونیاکی و قابلیت‌های آن‌ها برای اجرا و استفاده در مقیاس بزرگ روشن شود. علاوه بر روش‌های اشاره شده، لازم است که رویکردهای نوین، با هزینه‌های کمتر، راندمان حذف بالا و سازگاری با محیط زیست مانند استفاده از باکتری‌ها، توسعه و پیگیری شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص روش‌های تصفیه فاضلاب حاوی نیتروژن آمونیاکی و اطلاع از قیمت‌ پکیج‌های تصفیه فاضلاب صنعتی، می‌توانید از خدمات گروه صنعتی فرآب تدبیر بهره ببرید. کارشناسان مجموعه ما آماده ارائه هرگونه مشاوره در این زمینه می‌باشند.