Sudan amonyak azotunu uzaklaştırmak için kullanılan kimyasal madde ve işlem.

1. Amonyak azotu nedir?

Amonyak azotu, serbest amonyak (veya iyonik olmayan amonyak, NH3) veya iyonik amonyak (NH4+) formundaki amonyağı ifade eder. pH ne kadar yüksekse, serbest amonyak oranı da o kadar yüksek olur; bunun aksine, amonyum tuzu oranı da o kadar yüksek olur.

Amonyak azotu, suda bulunan ve su ötrofikasyonuna yol açabilen bir besin maddesidir; ayrıca suda oksijen tüketen başlıca kirleticidir ve balıklar ile bazı su organizmaları için zehirlidir.

Amonyak azotunun sucul organizmalar üzerindeki başlıca zararlı etkisi, toksisitesi amonyum tuzundan onlarca kat daha fazla olan ve alkalilik arttıkça artan serbest amonyaktır. Amonyak azotunun toksisitesi, havuz suyunun pH değeri ve su sıcaklığıyla yakından ilişkilidir; genel olarak, pH değeri ve su sıcaklığı ne kadar yüksekse, toksisite de o kadar güçlü olur.

Amonyak tayininde yaygın olarak kullanılan iki yaklaşık hassasiyetli kolorimetrik yöntem, klasik Nessler reaktif yöntemi ve fenol-hipoklorit yöntemidir. Titrasyon ve elektriksel yöntemler de amonyak tayininde yaygın olarak kullanılır; amonyak azot içeriği yüksek olduğunda, damıtma titrasyon yöntemi de kullanılabilir. (Ulusal standartlar arasında Nath reaktif yöntemi, salisilik asit spektrofotometrisi, damıtma-titrasyon yöntemi yer almaktadır.)

2. Fiziksel ve kimyasal azot giderme süreci

① Kimyasal çöktürme yöntemi

Kimyasal çöktürme yöntemi, diğer adıyla MAP çöktürme yöntemi, amonyak azotu içeren atık suya magnezyum ve fosforik asit veya hidrojen fosfat eklenmesiyle gerçekleştirilir; böylece atık sudaki NH4+ iyonları sulu çözeltideki Mg+ ve PO4- iyonlarıyla reaksiyona girerek amonyum magnezyum fosfat çökeltisi oluşturur. Moleküler formülü MgNH4P04.6H2O'dur ve bu sayede amonyak azotunun giderilmesi sağlanır. Yaygın olarak struvit olarak bilinen magnezyum amonyum fosfat, kompost, toprak katkı maddesi veya yapı malzemeleri için yangın geciktirici olarak kullanılabilir. Reaksiyon denklemi aşağıdaki gibidir:

Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4P04

Kimyasal çöktürme işleminin etkisini etkileyen başlıca faktörler pH değeri, sıcaklık, amonyak azot konsantrasyonu ve molar oran (n(Mg+) : n(NH4+) : n(P04-))'dır. Sonuçlar, pH değeri 10 ve magnezyum, azot ve fosforun molar oranı 1,2:1:1,2 olduğunda işlem etkisinin daha iyi olduğunu göstermektedir.

Çökeltme maddesi olarak magnezyum klorür ve disodyum hidrojen fosfat kullanıldığında, pH değerinin 9,5 ve magnezyum, azot ve fosforun molar oranının 1,2:1:1 olduğu durumlarda arıtma etkisinin daha iyi olduğu görülmüştür.

Sonuçlar, MgCl2 + Na3PO4.12H2O'nun diğer çöktürücü madde kombinasyonlarından daha üstün olduğunu göstermektedir. pH değeri 10,0, sıcaklık 30℃ ve n(Mg+) : n(NH4+) : n(PO4-)= 1:1:1 oranında olduğunda, 30 dakika karıştırma işleminden sonra atık sudaki amonyak azotunun kütle konsantrasyonu, işlem öncesi 222 mg/L'den 17 mg/L'ye düşmüş ve giderim oranı %92,3 olmuştur.

Yüksek konsantrasyonlu endüstriyel amonyak azotlu atık suyun arıtılması için kimyasal çöktürme yöntemi ve sıvı membran yöntemi birleştirildi. Çöktürme işleminin optimizasyonu koşulları altında, amonyak azotunun giderilme oranı %98,1'e ulaştı ve ardından sıvı film yöntemiyle yapılan ek arıtma işlemiyle amonyak azot konsantrasyonu 0,005 g/L'ye düşürülerek ulusal birinci sınıf emisyon standardına ulaşıldı.

Fosfat etkisi altında amonyak azotundan Mg+ dışındaki iki değerlikli metal iyonlarının (Ni+, Mn+, Zn+, Cu+, Fe+) uzaklaştırılmasının etkisi araştırıldı. Amonyum sülfat atık suyu için yeni bir CaSO4 çöktürme-MAP çöktürme işlemi önerildi. Sonuçlar, geleneksel NaOH düzenleyicisinin kireçle değiştirilebileceğini göstermektedir.

Kimyasal çöktürme yönteminin avantajı, amonyak azotlu atık suyun konsantrasyonu yüksek olduğunda, biyolojik yöntem, kırılma noktası klorlama yöntemi, membran ayırma yöntemi, iyon değiştirme yöntemi vb. diğer yöntemlerin uygulanmasının sınırlı olmasıdır. Bu durumda, kimyasal çöktürme yöntemi ön arıtma için kullanılabilir. Kimyasal çöktürme yönteminin arıtma verimliliği daha iyidir, sıcaklıkla sınırlı değildir ve kullanımı basittir. Magnezyum amonyum fosfat içeren çöktürülmüş çamur, atık geri kazanımını sağlamak için kompozit gübre olarak kullanılabilir ve böylece maliyetin bir kısmını karşılayabilir; fosfat atık suyu üreten bazı endüstriyel işletmeler ve tuzlu su üreten işletmelerle birleştirilirse, ilaç maliyetlerinden tasarruf sağlayabilir ve büyük ölçekli uygulamayı kolaylaştırabilir.

Kimyasal çöktürme yönteminin dezavantajı, amonyum magnezyum fosfatın çözünürlük çarpımının sınırlı olması nedeniyle, atık sudaki amonyak azotunun belirli bir konsantrasyona ulaşmasından sonra, giderme etkisinin belirgin olmaması ve girdi maliyetinin büyük ölçüde artmasıdır. Bu nedenle, kimyasal çöktürme yöntemi, ileri arıtma için uygun diğer yöntemlerle birlikte kullanılmalıdır. Kullanılan reaktif miktarı fazladır, üretilen çamur miktarı fazladır ve arıtma maliyeti yüksektir. Kimyasalların dozlanması sırasında klorür iyonlarının ve artık fosforun girmesi, ikincil kirliliğe kolayca neden olabilir.

Toptan Alüminyum Sülfat Üreticisi ve Tedarikçisi | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

Toptan Dibazik Sodyum Fosfat Üreticisi ve Tedarikçisi | EVERBRIGHT (cnchemist.com)

②Üfleme yöntemi

Üfleme yöntemiyle amonyak azotunun giderilmesi, pH değerinin alkali seviyeye ayarlanmasıyla atık sudaki amonyak iyonunun amonyağa dönüştürülmesi ve esas olarak serbest amonyak formunda bulunması, ardından serbest amonyağın taşıyıcı gaz vasıtasıyla atık sudan uzaklaştırılması ve böylece amonyak azotunun giderilmesi amacına ulaşılmasıdır. Üfleme verimliliğini etkileyen başlıca faktörler pH değeri, sıcaklık, gaz-sıvı oranı, gaz akış hızı, başlangıç ​​konsantrasyonu vb.dir. Günümüzde üfleme yöntemi, yüksek konsantrasyonda amonyak azotu içeren atık suların arıtılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Çöp sahası sızıntı suyundan amonyak azotunun üfleme yöntemiyle uzaklaştırılması incelenmiştir. Üfleme işleminin verimliliğini kontrol eden temel faktörlerin sıcaklık, gaz-sıvı oranı ve pH değeri olduğu bulunmuştur. Su sıcaklığı 2590°C'nin üzerinde, gaz-sıvı oranı yaklaşık 3500 ve pH yaklaşık 10,5 olduğunda, amonyak azot konsantrasyonu 2000-4000 mg/L kadar yüksek olan çöp sahası sızıntı suyunda uzaklaştırma oranı %90'ın üzerine çıkabilmektedir. Sonuçlar, pH=11,5, sıyırma sıcaklığı 80°C ve sıyırma süresi 120 dakika olduğunda, atık sudaki amonyak azotunun uzaklaştırma oranının %99,2'ye ulaşabildiğini göstermektedir.

Yüksek konsantrasyonlu amonyak azotlu atık suyun uzaklaştırma verimliliği, karşı akımlı uzaklaştırma kulesi kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar, uzaklaştırma verimliliğinin pH değerinin artmasıyla arttığını göstermiştir. Gaz-sıvı oranı ne kadar büyükse, amonyak sıyırma kütle transferinin itici gücü o kadar büyük olur ve sıyırma verimliliği de o kadar artar.

Üfleme yöntemiyle amonyak azotunun giderilmesi etkili, kullanımı ve kontrolü kolaydır. Üflenen amonyak azotu, sülfürik asit ile birlikte emici olarak kullanılabilir ve üretilen sülfürik asit gübre olarak kullanılabilir. Üfleme yöntemi, günümüzde fiziksel ve kimyasal azot giderimi için yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. Bununla birlikte, üfleme yönteminin bazı dezavantajları vardır; örneğin, üfleme kulesinde sık sık kireçlenme, düşük sıcaklıklarda düşük amonyak azotu giderim verimliliği ve üfleme gazından kaynaklanan ikincil kirlilik. Üfleme yöntemi genellikle yüksek konsantrasyonlu amonyak azotlu atık suların ön arıtımında diğer amonyak azotlu atık su arıtma yöntemleriyle birlikte kullanılır.

③Kırılma noktası klorlaması

Amonyak giderme mekanizması, klor gazının amonyakla reaksiyona girerek zararsız azot gazı (N2) üretmesi ve N2'nin atmosfere kaçması, böylece reaksiyon kaynağının sağa doğru devam etmesi şeklinde gerçekleşir. Reaksiyon formülü şöyledir:

HOCl NH4 + + 1.5 – > 0.5 N2 H20 H++ Cl – 1.5 + 2.5 + 1.5)

Atık suya belirli bir noktaya kadar klor gazı verildiğinde, sudaki serbest klor miktarı düşük, amonyak konsantrasyonu ise sıfır olur. Klor gazı miktarı bu noktayı geçtiğinde, sudaki serbest klor miktarı artar; bu nedenle bu noktaya kırılma noktası, bu durumdaki klorlamaya ise kırılma noktası klorlaması denir.

Amonyak azotunun üflenmesinden sonra sondaj atık suyunu arıtmak için kırılma noktası klorlama yöntemi kullanılır ve arıtma etkisi doğrudan ön arıtma amonyak azot üfleme işleminden etkilenir. Atık sudaki amonyak azotunun %70'i üfleme işlemiyle giderildikten sonra kırılma noktası klorlama ile arıtıldığında, atık sudaki amonyak azotunun kütle konsantrasyonu 15 mg/L'den azdır. Zhang Shengli ve arkadaşları, kütle konsantrasyonu 100 mg/L olan simüle edilmiş amonyak azotlu atık suyu araştırma nesnesi olarak ele almış ve araştırma sonuçları, sodyum hipoklorit oksidasyonu ile amonyak azotunun giderilmesini etkileyen ana ve ikincil faktörlerin klorun amonyak azotuna oranı, reaksiyon süresi ve pH değeri olduğunu göstermiştir.

Kırılma noktası klorlama yöntemi, yüksek azot giderme verimliliğine sahiptir, giderme oranı %100'e ulaşabilir ve atık sudaki amonyak konsantrasyonu sıfıra indirilebilir. Etkisi stabildir ve sıcaklıktan etkilenmez; daha az yatırım ekipmanı gerektirir, hızlı ve eksiksiz yanıt verir; su kütlesi üzerinde sterilizasyon ve dezenfeksiyon etkisi vardır. Kırılma noktası klorlama yönteminin uygulama alanı, amonyak azotlu atık su konsantrasyonunun 40 mg/L'den az olmasıdır, bu nedenle kırılma noktası klorlama yöntemi çoğunlukla amonyak azotlu atık suların ileri arıtımında kullanılır. Güvenli kullanım ve depolama gereksinimleri yüksektir, arıtma maliyeti yüksektir ve yan ürünler olan kloraminler ve klorlu organik maddeler ikincil kirliliğe neden olur.

④katalitik oksidasyon yöntemi

Katalitik oksidasyon yöntemi, belirli bir sıcaklık ve basınç altında, katalizörün etkisiyle, hava oksidasyonu yoluyla atık sudaki organik maddelerin ve amonyağın CO2, N2 ve H2O gibi zararsız maddelere oksitlenip ayrıştırılması ve böylece arıtma amacının gerçekleştirilmesidir.

Katalitik oksidasyonun etkisini etkileyen faktörler arasında katalizör özellikleri, sıcaklık, reaksiyon süresi, pH değeri, amonyak azot konsantrasyonu, basınç, karıştırma yoğunluğu ve benzerleri yer almaktadır.

Ozonlanmış amonyak azotunun bozunma süreci incelenmiştir. Sonuçlar, pH değeri arttığında güçlü oksidasyon yeteneğine sahip bir tür HO radikalinin üretildiğini ve oksidasyon hızının önemli ölçüde hızlandığını göstermiştir. Çalışmalar, ozonun amonyak azotunu nitrite ve nitriti nitrata oksitleyebildiğini göstermektedir. Sudaki amonyak azotunun konsantrasyonu zamanla azalmakta ve amonyak azotunun giderim oranı yaklaşık %82'dir. Amonyak azotlu atık suyun arıtılmasında CuO-MnO2-CeO2 kompozit katalizör kullanılmıştır. Deneysel sonuçlar, yeni hazırlanan kompozit katalizörün oksidasyon aktivitesinin önemli ölçüde iyileştirildiğini ve uygun işlem koşullarının 255℃, 4,2MPa ve pH=10,8 olduğunu göstermektedir. Başlangıç ​​konsantrasyonu 1023 mg/L olan amonyak azotlu atık suyun arıtılmasında, amonyak azotunun giderim oranı 150 dakika içinde %98'e ulaşarak ulusal ikincil (50 mg/L) deşarj standardına ulaşmaktadır.

Zeolit ​​destekli TiO2 fotokatalizörünün katalitik performansı, sülfürik asit çözeltisindeki amonyak azotunun bozunma hızı incelenerek araştırılmıştır. Sonuçlar, TiO2/zeolit ​​fotokatalizörünün optimum dozunun 1,5 g/L ve ultraviyole ışınlama altında reaksiyon süresinin 4 saat olduğunu göstermektedir. Atık sudan amonyak azotunun giderilme oranı %98,92'ye ulaşabilmektedir. Yüksek demir ve nano-çinko dioksitin ultraviyole ışık altında fenol ve amonyak azotu üzerindeki giderim etkisi incelenmiştir. Sonuçlar, 50 mg/L konsantrasyonundaki amonyak azot çözeltisine pH=9,0 uygulandığında amonyak azotunun giderim oranının %97,5 olduğunu göstermektedir; bu oran, tek başına yüksek demir veya çentik dioksitinkinden sırasıyla %7,8 ve %22,5 daha yüksektir.

Katalitik oksidasyon yöntemi, yüksek arıtma verimliliği, basit işlem, küçük taban alanı vb. avantajlara sahiptir ve genellikle yüksek konsantrasyonlu amonyak azotlu atık suların arıtılmasında kullanılır. Uygulama zorluğu, katalizör kaybının önlenmesi ve ekipmanın korozyondan korunmasıdır.

⑤elektrokimyasal oksidasyon yöntemi

Elektrokimyasal oksidasyon yöntemi, katalitik aktivite ile elektrooksidasyon kullanılarak sudaki kirleticilerin giderilmesi yöntemini ifade eder. Etkileyen faktörler akım yoğunluğu, giriş akış hızı, çıkış süresi ve çözelti süresidir.

Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2 şebeke elektriğinin pozitif, Ti şebeke elektriğinin ise negatif olduğu, sirkülasyonlu akışlı elektrolitik hücrede amonyak-azotlu atık suyun elektrokimyasal oksidasyonu incelenmiştir. Sonuçlar, klorür iyonu konsantrasyonunun 400 mg/L, başlangıç ​​amonyak azot konsantrasyonunun 40 mg/L, giriş akış hızının 600 mL/dak, akım yoğunluğunun 20 mA/cm ve elektroliz süresinin 90 dakika olduğu durumlarda amonyak azot giderme oranının %99,37 olduğunu göstermektedir. Bu da amonyak-azotlu atık suyun elektrolitik oksidasyonunun iyi bir uygulama potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.

3. Biyokimyasal azot giderme süreci

①Tüm nitrifikasyon ve denitrifikasyon süreçleri

Tüm süreçli nitrifikasyon ve denitrifikasyon, günümüzde uzun süredir yaygın olarak kullanılan bir biyolojik yöntemdir. Atıksu arıtma amacına ulaşmak için, çeşitli mikroorganizmaların etkisi altında nitrifikasyon ve denitrifikasyon gibi bir dizi reaksiyon yoluyla atıksudaki amonyak azotunu azota dönüştürür. Amonyak azotunu gidermek için nitrifikasyon ve denitrifikasyon süreci iki aşamadan geçmelidir:

Nitrifikasyon reaksiyonu: Nitrifikasyon reaksiyonu, aerobik ototrofik mikroorganizmalar tarafından tamamlanır. Aerobik durumda, inorganik azot, azot kaynağı olarak kullanılarak NH4+, NO2-'ye dönüştürülür ve daha sonra NO3-'e oksitlenir. Nitrifikasyon süreci iki aşamaya ayrılabilir. İkinci aşamada, nitrit, nitrifikasyon bakterileri tarafından nitrata (NO3-) dönüştürülür.

Denitrifikasyon reaksiyonu: Denitrifikasyon reaksiyonu, denitrifikasyon bakterilerinin hipoksi durumunda nitrit azotunu ve nitrat azotunu gaz halindeki azota (N2) indirgeme sürecidir. Denitrifikasyon bakterileri heterotrof mikroorganizmalardır ve çoğu amfitik bakteri grubuna aittir. Hipoksi durumunda, enerji sağlamak, oksitlenmek ve stabilize olmak için nitrattaki oksijeni elektron alıcısı ve organik maddeyi (kanalizasyondaki BOD bileşeni) elektron vericisi olarak kullanırlar.

Nitrifikasyon ve denitrifikasyon mühendisliği uygulamalarının tamamı, esas olarak AO, A2O, oksidasyon hendeği vb. yöntemleri içerir ve biyolojik azot giderme endüstrisinde kullanılan daha olgun bir yöntemdir.

Nitrifikasyon ve denitrifikasyon yönteminin tamamı, istikrarlı etki, basit işlem, ikincil kirlilik olmaması ve düşük maliyet gibi avantajlara sahiptir. Bu yöntemin bazı dezavantajları da vardır; örneğin, atık sudaki C/N oranı düşük olduğunda karbon kaynağı eklenmesi gerekir, sıcaklık gereksinimi nispeten katıdır, düşük sıcaklıkta verimlilik düşüktür, alan geniştir, oksijen ihtiyacı yüksektir ve ağır metal iyonları gibi bazı zararlı maddeler mikroorganizmalar üzerinde baskılayıcı etkiye sahiptir ve biyolojik yöntem uygulanmadan önce bunların uzaklaştırılması gerekir. Ayrıca, atık sudaki yüksek amonyak azotu konsantrasyonu da nitrifikasyon sürecini engelleyici etkiye sahiptir. Bu nedenle, yüksek konsantrasyonlu amonyak azotlu atık suların arıtılmasından önce, amonyak azotu konsantrasyonunun 500 mg/L'nin altında olması için ön arıtma yapılmalıdır. Geleneksel biyolojik yöntem, evsel atık su, kimyasal atık su vb. gibi organik madde içeren düşük konsantrasyonlu amonyak azotlu atık suların arıtılması için uygundur.

②Eş zamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon (SND)

Nitrifikasyon ve denitrifikasyon aynı reaktörde birlikte gerçekleştirildiğinde, buna eş zamanlı sindirim denitrifikasyonu (SND) denir. Atık sudaki çözünmüş oksijen, mikrobiyal flok veya biyofilm üzerindeki mikroçevre alanında çözünmüş oksijen gradyanı oluşturmak için difüzyon hızıyla sınırlıdır; bu da mikrobiyal flok veya biyofilmin dış yüzeyindeki çözünmüş oksijen gradyanını aerobik nitrifikasyon bakterilerinin ve amonyaklama bakterilerinin büyümesi ve yayılması için elverişli hale getirir. Flok veya membranın içine doğru gidildikçe çözünmüş oksijen konsantrasyonu azalır ve denitrifikasyon bakterilerinin baskın olduğu anoksik bir bölge oluşur. Böylece eş zamanlı sindirim ve denitrifikasyon süreci meydana gelir. Eş zamanlı sindirim ve denitrifikasyonu etkileyen faktörler pH değeri, sıcaklık, alkalilik, organik karbon kaynağı, çözünmüş oksijen ve çamur yaşıdır.

Carrousel oksidasyon kanalında eş zamanlı nitrifikasyon/denitrifikasyon gerçekleşmekte olup, Carrousel oksidasyon kanalındaki havalandırma pervanesi arasındaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu kademeli olarak azalmakta ve Carrousel oksidasyon kanalının alt kısmındaki çözünmüş oksijen miktarı üst kısmındakinden daha düşük olmaktadır. Kanalın her bir bölümünde nitrat azotunun oluşum ve tüketim oranları neredeyse eşit olup, kanaldaki amonyak azotunun konsantrasyonu her zaman çok düşüktür; bu da Carrousel oksidasyon kanalında nitrifikasyon ve denitrifikasyon reaksiyonlarının eş zamanlı olarak gerçekleştiğini göstermektedir.

Evsel atık su arıtımı üzerine yapılan çalışma, CODCr değeri ne kadar yüksekse, denitrifikasyonun o kadar eksiksiz ve toplam azot gideriminin o kadar iyi olduğunu göstermektedir. Çözünmüş oksijenin eş zamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon üzerindeki etkisi büyüktür. Çözünmüş oksijen 0,5~2 mg/L aralığında kontrol edildiğinde, toplam azot giderim etkisi iyidir. Aynı zamanda, nitrifikasyon ve denitrifikasyon yöntemi reaktörden tasarruf sağlar, reaksiyon süresini kısaltır, düşük enerji tüketimine sahiptir, yatırımdan tasarruf sağlar ve pH değerini sabit tutmak kolaydır.

③Kısa mesafeli sindirim ve denitrifikasyon

Aynı reaktörde, aerobik koşullar altında amonyağı nitrite oksitlemek için amonyak oksitleyici bakteriler kullanılır ve daha sonra nitrit, hipoksi koşulları altında organik madde veya harici karbon kaynağı elektron vericisi olarak kullanılarak doğrudan denitrifikasyona tabi tutularak azot üretilir. Kısa menzilli nitrifikasyon ve denitrifikasyonun etkileyen faktörleri sıcaklık, serbest amonyak, pH değeri ve çözünmüş oksijendir.

Deniz suyu içermeyen ve %30 deniz suyu içeren kentsel atık suların kısa süreli nitrifikasyonunda sıcaklığın etkisi. Deneysel sonuçlar şunu göstermektedir: Deniz suyu içermeyen kentsel atık sular için, sıcaklığın artırılması kısa süreli nitrifikasyonun sağlanmasına yardımcı olmaktadır. Kentsel atık sudaki deniz suyu oranı %30 olduğunda, orta sıcaklık koşullarında kısa süreli nitrifikasyon daha iyi elde edilebilmektedir. Delft Teknoloji Üniversitesi tarafından geliştirilen SHARON prosesinde, yüksek sıcaklığın (yaklaşık 30-4090°C) kullanımı nitrit bakterilerinin çoğalmasına yardımcı olur, böylece nitrit bakterileri rekabeti kaybederken, çamurun yaşı kontrol edilerek nitrit bakterileri ortadan kaldırılır ve nitrifikasyon reaksiyonu nitrit aşamasında gerçekleşir.

Gent Mikrobiyal Ekoloji Laboratuvarı, nitrit bakterileri ile nitrit bakterileri arasındaki oksijen afinitesi farkına dayanarak, çözünmüş oksijeni kontrol ederek nitrit bakterilerini ortadan kaldırmak ve nitrit azotunun birikimini sağlamak amacıyla OLAND sürecini geliştirmiştir.

Koklaştırma atık suyunun kısa menzilli nitrifikasyon ve denitrifikasyon ile arıtılmasına ilişkin pilot test sonuçları, giriş KOİ, amonyak azotu, toplam azot (TN) ve fenol konsantrasyonlarının sırasıyla 1201,6, 510,4, 540,1 ve 110,4 mg/L olduğunda, ortalama çıkış KOİ, amonyak azotu, TN ve fenol konsantrasyonlarının sırasıyla 197,1, 14,2, 181,5 ve 0,4 mg/L olduğunu göstermektedir. Buna karşılık gelen arıtma oranları sırasıyla %83,6, %97,2, %66,4 ve %99,6 olmuştur.

Kısa menzilli nitrifikasyon ve denitrifikasyon süreci, nitrat aşamasından geçmediği için biyolojik azot giderimi için gerekli karbon kaynağını korur. Düşük C/N oranına sahip amonyaklı azotlu atık sular için belirli avantajlara sahiptir. Kısa menzilli nitrifikasyon ve denitrifikasyon, daha az çamur, kısa reaksiyon süresi ve reaktör hacminin tasarrufu gibi avantajlara sahiptir. Bununla birlikte, kısa menzilli nitrifikasyon ve denitrifikasyon, nitritin istikrarlı ve kalıcı bir şekilde birikmesini gerektirir; bu nedenle nitrifikasyon bakterilerinin aktivitesini etkili bir şekilde nasıl engelleyeceğimiz kilit önem taşır.

④ Anaerobik amonyak oksidasyonu

Anaerobik amoksidasyon, hipoksi koşullarında, elektron alıcısı olarak nitröz azot veya nitröz azot kullanılarak, ototrofik bakteriler tarafından amonyak azotunun doğrudan azota oksidasyonu işlemidir.

AnammoX'in biyolojik aktivitesi üzerindeki sıcaklık ve pH etkileri incelenmiştir. Sonuçlar, optimum reaksiyon sıcaklığının 30℃ ve pH değerinin 7,8 olduğunu göstermiştir. Yüksek tuzluluk ve yüksek konsantrasyonlu azotlu atık suların arıtılmasında anaerobik ammoX reaktörünün uygulanabilirliği araştırılmıştır. Sonuçlar, yüksek tuzluluğun anammoX aktivitesini önemli ölçüde inhibe ettiğini ve bu inhibisyonun geri dönüşümlü olduğunu göstermiştir. 30 g.L-1 (NaCl) tuzluluk altında, uyum sağlamamış çamurun anaerobik ammoX aktivitesi, kontrol çamuruna göre %67,5 daha düşüktür. Uyum sağlanmış çamurun anammoX aktivitesi ise kontrol çamuruna göre %45,1 daha düşüktür. Uyum sağlanmış çamur yüksek tuzluluk ortamından düşük tuzluluk ortamına (tuzlu su içermeyen) aktarıldığında, anaerobik ammoX aktivitesi %43,1 artmıştır. Ancak reaktör, uzun süre yüksek tuzluluk seviyesinde çalıştığında işlevinde düşüş yaşama eğilimindedir.

Geleneksel biyolojik süreçle karşılaştırıldığında, anaerobik ammoX, ilave karbon kaynağı gerektirmeyen, düşük oksijen ihtiyacı olan, nötralizasyon için reaktiflere ihtiyaç duymayan ve daha az çamur üreten daha ekonomik bir biyolojik azot giderme teknolojisidir. Anaerobik ammoX'un dezavantajları ise reaksiyon hızının yavaş olması, reaktör hacminin büyük olması ve karbon kaynağının anaerobik ammoX için elverişsiz olmasıdır; bu da biyolojik bozunabilirliği düşük amonyak azotlu atık suların çözümünde pratik bir öneme sahiptir.

4. Ayırma ve adsorpsiyon yoluyla azot giderme işlemi

① membran ayırma yöntemi

Membran ayırma yöntemi, amonyak azotunun giderilmesi amacına ulaşmak için sıvıdaki bileşenleri seçici olarak ayırmak amacıyla membranın seçici geçirgenliğinden yararlanır. Ters ozmoz, nanofiltrasyon, deamonyatif membran ve elektrodiyaliz bu yöntemler arasında yer alır. Membran ayırmayı etkileyen faktörler membran özellikleri, basınç veya voltaj, pH değeri, sıcaklık ve amonyak azot konsantrasyonudur.

Nadir toprak eritme tesisinden deşarj edilen amonyak azotlu atık suyun su kalitesine göre, NH4Cl ve NaCl simüle edilmiş atık su ile ters ozmoz deneyi yapılmıştır. Aynı koşullar altında, ters ozmozun NaCl'yi daha yüksek oranda uzaklaştırdığı, NHCl'nin ise daha yüksek su üretim oranına sahip olduğu bulunmuştur. Ters ozmoz işleminden sonra NH4Cl'nin uzaklaştırma oranı %77,3 olup, amonyak azotlu atık suyun ön arıtımı olarak kullanılabilir. Ters ozmoz teknolojisi enerji tasarrufu sağlar, iyi termal kararlılığa sahiptir, ancak klor direnci ve kirliliğe karşı direnci zayıftır.

Odayeri'deki çöp sahası sızıntı suyunu arıtmak için biyokimyasal nanofiltrasyon membran ayırma işlemi kullanıldı; böylece geçirgen sıvının %85-90'ı standartlara uygun olarak deşarj edildi ve konsantre atık su ve çamurun sadece %0-15'i çöp tankına geri döndü. Ozturki ve ark. Türkiye'deki Odayeri çöp sahası sızıntı suyunu nanofiltrasyon membranı ile arıttılar ve amonyak azotunun giderilme oranı yaklaşık %72 oldu. Nanofiltrasyon membranı, ters ozmoz membranına göre daha düşük basınç gerektirir ve kullanımı kolaydır.

Amonyak giderici membran sistemi genellikle yüksek amonyak azotu içeren atık suların arıtılmasında kullanılır. Sudaki amonyak azotu şu dengeye sahiptir: NH4- + OH- = NH3 + H2O. Çalışma sırasında, amonyak içeren atık su membran modülünün kabuğundan akar ve asit emici sıvı membran modülünün borusundan akar. Atık suyun pH'ı arttığında veya sıcaklık yükseldiğinde, denge sağa doğru kayar ve amonyum iyonu NH4-, serbest gaz halindeki NH3'e dönüşür. Bu sırada, gaz halindeki NH3, içi boş liflerin yüzeyindeki mikro gözenekler aracılığıyla kabuktaki atık su fazından borudaki asit emici sıvı fazına girer, asit çözeltisi tarafından emilir ve hemen iyonik NH4- haline gelir. Atık suyun pH değerini 10'un üzerinde ve sıcaklığını 35°C'nin üzerinde (50°C'nin altında) tutarak, atık su fazındaki NH4'ün sürekli olarak NH3'e dönüşerek emici sıvı fazına geçmesi sağlanır. Sonuç olarak, atık su tarafındaki amonyak azotunun konsantrasyonu sürekli olarak azalır. Asit emici sıvı fazı, yalnızca asit ve NH4- içerdiğinden, çok saf bir amonyum tuzu oluşturur ve sürekli dolaşım sonrasında belirli bir konsantrasyona ulaşarak geri dönüştürülebilir. Bir yandan bu teknolojinin kullanımı, atık sudaki amonyak azotunun giderim oranını büyük ölçüde artırırken, diğer yandan atık su arıtma sisteminin toplam işletme maliyetini de düşürebilir.

②elektrodiyaliz yöntemi

Elektrodiyaliz, membran çiftleri arasına voltaj uygulayarak sulu çözeltilerden çözünmüş katı maddeleri uzaklaştırma yöntemidir. Voltajın etkisi altında, amonyak-azotlu atık sudaki amonyak iyonları ve diğer iyonlar, amonyak içeren konsantre suda membran yoluyla zenginleştirilir ve böylece uzaklaştırma amacı gerçekleştirilir.

Yüksek konsantrasyonda amonyak azotu içeren inorganik atık suların arıtılmasında elektrodiyaliz yöntemi kullanılmış ve iyi sonuçlar elde edilmiştir. 2000-3000 mg/L amonyak azotu içeren atık sular için amonyak azotunun giderilme oranı %85'in üzerinde olup, %8,9 oranında konsantre amonyaklı su elde edilebilmektedir. Elektrodiyaliz işlemi sırasında tüketilen elektrik miktarı, atık sudaki amonyak azotu miktarıyla orantılıdır. Atık suların elektrodiyaliz ile arıtılması pH değeri, sıcaklık ve basınçtan bağımsızdır ve kullanımı kolaydır.

Membran ayırma yönteminin avantajları arasında yüksek amonyak azotu geri kazanımı, basit kullanım, istikrarlı arıtma etkisi ve ikincil kirliliğin olmaması yer almaktadır. Bununla birlikte, yüksek konsantrasyonlu amonyak azotlu atık suların arıtılmasında, deamonyüre membran dışında diğer membranlar kolayca kireçlenir ve tıkanır; ayrıca rejenerasyon ve ters yıkama işlemleri sık sık yapılır ve bu da arıtma maliyetini artırır. Bu nedenle, bu yöntem ön arıtma veya düşük konsantrasyonlu amonyak azotlu atık sular için daha uygundur.

③ İyon değişim yöntemi

İyon değişim yöntemi, amonyak iyonlarının güçlü seçici adsorpsiyonuna sahip malzemeler kullanılarak atık sudan amonyak azotunun uzaklaştırılması yöntemidir. Yaygın olarak kullanılan adsorpsiyon malzemeleri aktif karbon, zeolit, montmorillonit ve iyon değişim reçinesidir. Zeolit, üç boyutlu uzamsal yapıya, düzenli gözenek yapısına ve deliklere sahip bir siliko-alüminat türüdür; klinoptilolit, amonyak iyonları için güçlü seçici adsorpsiyon kapasitesine ve düşük fiyata sahip olduğundan, mühendislikte amonyak azotlu atık sular için yaygın olarak adsorpsiyon malzemesi olarak kullanılır. Klinoptilolitin arıtma etkisini etkileyen faktörler arasında partikül boyutu, giriş amonyak azot konsantrasyonu, temas süresi, pH değeri vb. yer alır.

Zeolitin amonyak azotuna adsorpsiyon etkisi belirgindir, bunu ranit takip eder ve toprak ile seramitin etkisi zayıftır. Zeolitten amonyak azotunu uzaklaştırmanın ana yolu iyon değişimidir ve fiziksel adsorpsiyon etkisi çok küçüktür. Seramit, toprak ve ranitin iyon değişim etkisi, fiziksel adsorpsiyon etkisine benzerdir. Dört dolgu maddesinin adsorpsiyon kapasitesi, 15-35℃ aralığında sıcaklığın artmasıyla azalırken, 3-9 aralığında pH değerinin artmasıyla artmıştır. Adsorpsiyon dengesine 6 saatlik salınım sonrasında ulaşılmıştır.

Çöp sahası sızıntı suyundan amonyak azotunun zeolit ​​adsorpsiyonu ile uzaklaştırılmasının fizibilitesi incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, her bir gram zeolitin 15,5 mg amonyak azotu ile sınırlı bir adsorpsiyon potansiyeline sahip olduğunu, zeolit ​​parçacık boyutu 30-16 mesh olduğunda amonyak azotunun uzaklaştırma oranının %78,5'e ulaştığını ve aynı adsorpsiyon süresi, dozaj ve zeolit ​​parçacık boyutu altında, giriş amonyak azotu konsantrasyonu ne kadar yüksekse, adsorpsiyon oranının da o kadar yüksek olduğunu göstermektedir; bu da zeolitin sızıntı suyundan amonyak azotunu uzaklaştırmak için bir adsorban olarak kullanılmasının mümkün olduğunu ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, zeolit ​​tarafından amonyak azotunun adsorpsiyon hızının düşük olduğu ve pratik uygulamada zeolitin doygunluk adsorpsiyon kapasitesine ulaşmasının zor olduğu da belirtilmiştir.

Simüle edilmiş köy atık suyundaki azot, KOİ ve diğer kirleticilerin giderilmesinde biyolojik zeolit ​​yatağının etkisi incelenmiştir. Sonuçlar, biyolojik zeolit ​​yatağı ile amonyak azotunun giderilme oranının %95'in üzerinde olduğunu ve nitrat azotunun giderilmesinin hidrolik bekleme süresinden büyük ölçüde etkilendiğini göstermektedir.

İyon değişim yöntemi, düşük yatırım maliyeti, basit işlem, kolay kullanım, zehire ve sıcaklığa duyarsızlık ve rejenerasyon yoluyla zeolitin yeniden kullanımı gibi avantajlara sahiptir. Bununla birlikte, yüksek konsantrasyonlu amonyak azotlu atık suların arıtılmasında rejenerasyon sık yapılması gerektiğinden, bu durum işletmeyi zorlaştırır; bu nedenle diğer amonyak azot arıtma yöntemleriyle birlikte kullanılmalı veya düşük konsantrasyonlu amonyak azotlu atık suların arıtılmasında kullanılmalıdır.

Toptan 4A Zeolit ​​Üreticisi ve Tedarikçisi | EVERBRIGHT (cnchemist.com)