Proses Pengoksidaan Ammonia Anaerobik (ANAMMOX) telah dibangunkan pada tahun 1990 oleh Makmal Bioteknologi Kluyver di Universiti Teknologi Delft di Belanda. Proses ini memecahkan konsep teori asas proses penyingkiran nitrogen biologi tradisional. Di bawah keadaan anaerobik, ammonia dioksidakan menjadi gas nitrogen menggunakan ammonia sebagai penderma elektron dan nitrat atau nitrit sebagai penerima elektron. Ini menjimatkan lebih daripada 60% daripada bekalan oksigen berbanding dengan nitrifikasi penuh (pengoksidaan ammonia kepada nitrat). Menggunakan ammonia sebagai penderma elektron juga menjimatkan sumber karbon yang diperlukan dalam proses penyingkiran nitrogen biologi tradisional.
Proses ANAMMOX mempunyai kelebihan seperti kecekapan penyingkiran nitrogen yang tinggi, kos operasi yang rendah dan jejak yang kecil, dan mempunyai potensi besar untuk pembangunan dalam rawatan air sisa. Pada masa ini, proses ini menjadi semakin matang dalam rawatan enap cemar perbandaran. Unit ANAMMOX berskala-pertama di dunia, terletak di loji rawatan air sisa Dokhaven di Rotterdam, Belanda, mempunyai kadar penyingkiran nitrogen isipadu (NRR) setinggi 9.5 kg N/(m3·d). Tambahan pula, proses ANAMMOX semakin diterima pakai dalam rawatan-air sisa nitrogen ammonia tinggi, seperti air sisa industri penapaian, larut resapan tapak pelupusan dan air sisa akuakultur, dengan aplikasi kejuruteraannya merebak dengan pantas ke seluruh dunia.
Prinsip Pengoksidaan Ammonia Anaerobik
Anammox ialah tindak balas biologi dalam keadaan anaerobik, menggunakan ammonia sebagai penderma elektron dan nitrit sebagai penerima elektron untuk menghasilkan nitrogen dan nitrat. Anammox melibatkan dua proses: pertama, metabolisme penguraian (pengeluaran tenaga), di mana ammonia bertindak sebagai penderma elektron dan nitrit sebagai penerima elektron, bertindak balas dalam nisbah 1:1 untuk menghasilkan gas nitrogen, menyimpan tenaga sebagai ATP; kedua, anabolisme, di mana nitrit bertindak sebagai penerima elektron, memberikan kuasa pengurangan, dan menggunakan karbon dioksida dan ATP yang dihasilkan daripada metabolisme penguraian untuk mensintesis bahan selular, menghasilkan nitrat dalam proses. Bakteria pengoksidaan ammonia anaerobik (AnAOB) adalah pelaksana pengoksidaan ammonia anaerobik.
NH4++ NO2-= N2+ 2H2O, ΔG=-358kg/mol
Proses pengoksidaan ammonium anaerobik (ANAO) terutamanya terdiri daripada dua langkah: Langkah pertama ialah nitrifikasi separa, di mana hanya kira-kira 55% daripada nitrogen ammonia perlu ditukar kepada nitrogen nitrit; langkah kedua ialah pengoksidaan ammonium anaerobik (ANAO), di mana nitrogen ammonia, dalam keadaan anaerobik, dioksidakan kepada gas nitrogen oleh nitrogen nitrit sebagai penerima elektron. Oleh itu, ia juga dipanggil proses PN/A.
Dalam proses ini, kira-kira 89% daripada nitrogen tak organik ditukar kepada gas nitrogen, dan baki 11% ditukar kepada nitrogen nitrat. Berbanding dengan proses penyahtelan-pentrikan tradisional, ANAO mempunyai kelebihan teknologi yang ketara. Penggunaan tenaga pengudaraannya hanya 55-60% daripada proses tradisional; proses ini hampir tidak memerlukan sumber karbon. Jika sumber karbon perlu ditambah semasa ANAO untuk mengeluarkan produk nitrat, jumlah yang ditambah juga jauh lebih kecil daripada proses tradisional. Dos dikurangkan sebanyak 90%; proses anammox boleh mengurangkan penggunaan kealkalian sebanyak 45%. Pada masa yang sama, pengeluaran enapcemar proses anammox jauh lebih rendah daripada proses denitrifikasi tradisional, yang akan mengurangkan dengan ketara kos rawatan dan pelupusan enapcemar berlebihan.
Faktor yang Mempengaruhi Anammox
Mewujudkan keadaan kelangsungan hidup yang sesuai untuk bakteria anammox dalam sistem rawatan air sisa arus perdana ialah cabaran semasa, termasuk pengayaan bakteria anammox dan AOB (bakteria pengoksidaan ammonia, yang menukar nitrogen ammonia kepada nitrit), dan perencatan bakteria NOB (bakteria pengoksidaan nitrit, yang menukar nitrit kepada nitrat).
1. Suhu
Aktiviti metabolik mikroorganisma sebahagian besarnya dipengaruhi oleh suhu. Keputusan penyelidikan terdahulu menunjukkan bahawa 35 darjah adalah suhu optimum untuk anammox. Suhu optimum untuk Anammox ialah apabila metabolisme biologinya paling cepat dan kitaran pembiakannya adalah paling singkat. Walau bagaimanapun, suhu kebanyakan air sisa bandar sebenar adalah rendah (10–25 darjah ), terutamanya di beberapa kawasan-latitud tinggi seperti utara negara saya, di mana suhu air sisa selalunya di bawah 10 darjah . Keberkesanan dan kestabilan Anammox dalam bidang ini memberikan cabaran yang ketara.
Suhu arus perdana air sisa bandar biasanya sekitar 10–20 darjah , lebih rendah daripada suhu pertumbuhan optimum AnAOB (25–40 darjah ), yang akan menjejaskan pertumbuhan Anammox. 2. Kepekatan Ammonia dan Nitrit
Substrat untuk pengoksidaan ammonium anaerobik (ANAMO) ialah ammonia dan nitrit. Walau bagaimanapun, kepekatan yang terlalu tinggi bagi kedua-dua bahan ini boleh menghalang proses tersebut. Kajian telah menunjukkan bahawa kepekatan menghalang ammonia ialah 38.0–98.5 nmol/L, dan untuk nitrit, 5.4–12.0 nmol/L. Jetten et al. mendapati bahawa pada kepekatan nitrit melebihi 20 nmol/L, proses ANAMMOX dihalang dengan ketara. Pendedahan berpanjangan (2 jam) kepada kepekatan nitrit yang tinggi boleh memusnahkan sepenuhnya aktiviti ANAMMOX, tetapi pada kepekatan nitrit yang lebih rendah (sekitar 10 nmol/L), aktivitinya kekal agak tinggi.
3. Nilai pH
Oleh kerana ammonia dan nitrit berpecah dalam larutan akueus, nilai pH mempengaruhi ANAMMOX. Kajian telah menunjukkan bahawa proses ANAMMOX beroperasi dengan baik dalam julat pH 6.7–8.3, dengan pH optimum sekitar 8.
4. Pengaruh Bahan Organik
Kandungan COD dalam air sisa... Ia menggalakkan pertumbuhan bakteria denitrifikasi heterotropik dan menghalang proses Anammox. Proses Anammox hanya boleh menguasai apabila COD digunakan pada tahap yang rendah oleh yang pertama. Isu ini amat ketara dalam rawatan-air sisa bandar berintensiti tinggi. Penyelidikan Winkler et al. menunjukkan bahawa pada 25 darjah, jika nisbah C/N air mentah adalah < 0.5, Anammox dan denitrifikasi heterotropik boleh wujud bersama secara harmoni tanpa membawa kepada penurunan kecekapan penyingkiran nitrogen.
5. Kestabilan-Cut Nitrification Pendek Apabila menggunakan proses Anammox, aktiviti NOB mesti diminimumkan sebanyak mungkin di bawah keadaan arus perdana untuk membolehkan pengumpulan nitrit dan mengekalkan sistem nitrifikasi dalam -keadaan nitrifikasi pintasan. Ini penting untuk memastikan kestabilan Anammox. Operasi normal proses adalah asas dan berkaitan secara langsung dengan kesan rawatannya. Matlamat yang disebutkan di atas boleh dicapai melalui kawalan ammonia bebas. Oleh itu, inilah sebabnya anammox digunakan terutamanya pada-air sisa nitrogen ammonia tinggi, kerana ammonia bebas dalam air buangan nitrogen-ammonia tinggi boleh menghalang NOB, mengekalkan sistem dalam keadaan nitrifikasi-pendek di bawah keadaan kawalan yang sesuai. Walau bagaimanapun, dalam air sisa perbandaran, kestabilan-penyuratan pintasan dipengaruhi oleh suhu dan nitrogen ammonia, menjadikan operasi stabil mustahil! Dalam proses PN/A, peringkat nitrifikasi{12}}pendek juga dipengaruhi oleh suhu kerana aktiviti AOB dihalang pada suhu rendah, mengurangkan kadar penukaran nitrogen ammonia. Tambahan pula, tenaga pengaktifan AOB adalah lebih tinggi daripada NOB, membawa kepada pengumpulan NO2- yang tidak mencukupi, yang tidak dapat menyediakan substrat yang mencukupi untuk tindak balas Anammox.
Proses ANAMMOX dan Proses Derivatifnya
Teknologi Anammox yang digunakan dalam aplikasi kejuruteraan praktikal boleh dibahagikan kepada enap cemar terampai, enap cemar berbutir dan proses biofilem.
1. Proses Enapcemar Tergantung
AOB dan AAOB Pertumbuhan-lambat dan dengan kitaran generasi yang panjang, mikroorganisma mudah hilang dalam sistem enap cemar terampai konvensional. Oleh itu, proses enapcemar terampai sering menggunakan reaktor kelompok penjujukan (SBR) untuk mengekalkan mikroorganisma.
Daripada semua teknologi anammox SBR, 80% adalah proses DEMON. Proses ini pertama kali digunakan di loji rawatan air sisa Strass di Austria. Prinsip terasnya ialah melaraskan masa pengudaraan dengan memantau perubahan pH, dengan itu melaraskan keseimbangan antara-nitrifikasi potong pendek dan anammox. Tambahan pula, proses ini menggunakan hidrosiklon untuk mengawal umur enapcemar AAOB dan AOB. Di bawah daya sentrifugal, mikroorganisma dipisahkan kepada dua bahagian: AOB yang lebih ringan melimpah dari atas, manakala AAOB yang lebih berat terkumpul di bahagian bawah dan mengalir kembali ke reaktor. Loji rawatan air sisa Strass mencapai kecekapan penyingkiran nitrogen autotrofik melebihi 85%.
2. Proses Enapcemar Berbutir
Contoh biasa sistem enapcemar berbutir ialah reaktor Anammox yang dibina oleh Parker di Rotterdam. Proses aliran awal-oleh-proses aliran cenderung menggunakan dua-sistem peringkat, jadi dalam operasi sebenar, reaktor Anammox telah disepadukan dengan nitrifikasi yang dibina sebelum ini... Reaktor SHARON digandingkan untuk membentuk sistem reaktor Sharon-Anammox, yang mengambil masa 3.5 tahun untuk dimulakan. Selepas itu, Parker Biomedical membangunkan reaktor Anammox bersepadu. Kedua-dua reaktor anammox dan reaktor bersepadu dalam sistem dua-beroperasi secara berterusan aliran naik, dengan tangki pemendapan plat condong dalaman untuk mencapai pengekalan zarah enap cemar.
3. Proses Biofilem
Proses Anammox menggunakan teknologi biofilem terutamanya termasuk DeAmmon dan ANITATMMox. Proses DeAmmon terdiri daripada tiga reaktor MBBR dan satu tangki penyahgas. Ketiga-tiga reaktor boleh disambungkan secara bersiri atau selari mengikut keperluan, dengan kadar pengisian MBBR 40%–50%. ANITATMMox terutamanya menggunakan reaktor MBBR bersepadu dalam-sistem aliran sisinya. ANITATMMox boleh menggunakan biofilem MBBR tulen atau enapcemar-filem hibrid IFAS (Integrated Fat Film Assay). Dalam proses biofilm tulen, bakteria AAOB berada di lapisan paling dalam bahan pembungkus, dan AOB berada di lapisan paling luar; dalam proses IFAS, AAOB terutamanya pada bahan pembungkusan, dan AOB... Dalam enap cemar terampai.
Projek pengoksidaan ammonia anaerobik (ANAO) operasi pertama di dunia!
Pada tahun 2002, Parker Systems membina reaktor ANAO produktif pertama di dunia di loji rawatan air sisa Dokhaven di Rotterdam, menggunakan sistem SharonAnammox untuk merawat cecair penyahair enapcemar. Selepas itu, lebih 100 reaktor sedemikian telah dibina di Belanda, Jerman, Jepun, Australia, Switzerland, dan UK. Loji rawatan air sisa pengoksidaan ammonia berbilang anaerobik merawat air kumbahan termasuk larut resapan tapak pelupusan, air sisa ladang ternakan dan air sisa makanan, di samping cecair penghadaman enap cemar.
1. Rawatan pengoksidaan ammonia anaerobik bagi enap cemar di loji rawatan air sisa DOKHAVEN di Rotterdam, Belanda
Enapcemar organik, sebagai pembawa tenaga, mula-mula dianggap menukar bahan organik di dalamnya kepada gas-bertenaga. Berdasarkan ini, proses rawatan enapcemar yang ditunjukkan dalam rajah terbentuk. Enapcemar berlebihan daripada proses rawatan air sisa menjalani dua kaedah penebalan yang berbeza sebelum memasuki tangki penghadaman enapcemar (5). Lebihan enap cemar dan enap cemar daripada tangki pengudaraan bahagian A- ditapis melalui skrin halus (1) sebelum menebal, dan kemudian masukkan dua tangki penebalan graviti (2) secara selari. Enapcemar termendap mempunyai kandungan air sebanyak 94%; supernatan yang diasingkan kemudiannya dikembalikan ke proses rawatan air sisa untuk rawatan selanjutnya.
Cecair penghadaman enap cemar mengandungi kepekatan nitrogen ammonia yang agak tinggi (sehingga 1500 mg N/L), dan suhu air ialah 28 darjah . ijazah . Beban nitrogen yang begitu tinggi memasuki proses rawatan air sisa akan meningkatkan beban penyingkiran nitrogen. Oleh itu, penggunaan teknologi SHARON dan ANAMMOX terkini untuk rawatan denitrifikasi berasingan bagi penghadaman enap cemar ialah langkah naik taraf terkini loji rawatan air sisa DOKHAVEN dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Reaktor SHARON produktif pertama di dunia (11) mula beroperasi di sini pada Oktober 1998, dan reaktor ANAMMOX (12) pertama di dunia telah mula beroperasi pada Jun 2002.
2. Parameter Proses
1) Satu set skrin halus, kadar aliran 510 m³/j, jarak skrin 3 mm.
2) Dua set pemekat graviti, Ф23.6 m, H=3 m, beban pepejal kering 36 kg/(m²·d), isipadu enap cemar 530 m³/d (kandungan lembapan 94%).
3) Kapasiti pemprosesan pemekat tali pinggang 90 m³/j atau 700 kg pepejal kering/j.
4) Tangki penyamaan enapcemar berlebihan 900 m³.
5) 6) Dua tangki penghadaman enap cemar, Ф22 m, H=23 m, masa pengekalan 28 hari pada 33 darjah , menghasilkan isipadu enap cemar 600 m³/d (96% kandungan lembapan) selepas penghadaman. Sebuah tangki penyamaan enap cemar mempunyai kapasiti 900 m³.
7) Dua emparan, dengan kapasiti pemprosesan 40 m³/j.
8) Dua tangki simpanan enapcemar yang dinyahair, setiap satu dengan isipadu 150 m³; masa pengekalan 2.5 hari; H=14 m.
9) Satu reaktor SHARON; Ф19.5 m, H=5.75 m, kadar aliran 550 m³/d, masa pengekalan hidraulik 3 hari, masa pengekalan aerobik 24 jam, suhu 35 darjah , pH 7–7.2, kepekatan oksigen terlarut 1.5 mg/L.
10) Satu reaktor ANAMMOX; Ф2.2 m, H=18 m (V=70 m³), kadar aliran 550 m³/h. Reaktor beroperasi pada kapasiti m³/d, dengan masa pengekalan hidraulik selama 3 jam, beban reka bentuk 800 kgN/d, suhu 35 darjah, dan pH 7.5.
Reaktor SHARON mengoksidakan separuh daripada nitrogen ammonia kepada nitrogen nitrit (tanpa kawalan pH). Baki separuh daripada nitrogen ammonia dan nitrogen nitrit yang ditukar (separuh daripada jumlah nitrogen ammonia dalam influen) membentuk nisbah molar yang diperlukan untuk ANAMMOX (1:1), membolehkan nitrogen ammonia dan nitrogen nitrit ditukar terus kepada gas nitrogen melalui penukaran autotrof. Berbanding dengan proses nitrifikasi/denitrifikasi tradisional, proses SHARON/ANAMMOX mengurangkan kos operasi sebanyak 90%, pelepasan CO2 sebanyak 88%, tidak menghasilkan gas N₂O berbahaya, tidak memerlukan bahan organik, tidak menghasilkan enapcemar berlebihan dan menjimatkan 50% keluasan tanah, menunjukkan kemampanan dan faedah ekonomi yang ketara.