Loftfirrt ammoníak oxunarferlið (ANAMMOX) var þróað árið 1990 af Kluyver líftæknirannsóknarstofu við Tækniháskólann í Delft í Hollandi. Þetta ferli brýtur í gegnum grunnfræðilegar hugmyndir hefðbundinna líffræðilegra köfnunarefnisfjarlægingarferla. Við loftfirrðar aðstæður er ammoníak oxað í köfnunarefnisgas með því að nota ammoníak sem rafeindagjafa og nítrat eða nítrít sem rafeindaviðtaka. Þetta sparar meira en 60% af súrefnisframboði samanborið við fulla nítrun (ammoníak oxun í nítrat). Með því að nota ammoníak sem rafeindagjafa sparar einnig kolefnisgjafinn sem þarf í hefðbundnum líffræðilegum köfnunarefnisfjarlægingarferlum.
ANAMMOX ferlið hefur kosti eins og mikla nitureyðingu skilvirkni, lágan rekstrarkostnað og lítið fótspor og hefur mikla möguleika á þróun í skólphreinsun. Eins og er er þetta ferli að verða sífellt þroskaðra í meðhöndlun seyru sveitarfélaga. Fyrsta framleiðslu- ANAMMOX eining heimsins, staðsett í Dokhaven skólphreinsistöðinni í Rotterdam, Hollandi, hefur rúmmálshreinsun köfnunarefnis (NRR) allt að 9,5 kg N/(m3·d). Ennfremur er ANAMMOX ferlið notað í auknum mæli við meðhöndlun á háu-ammoníaksköfnunarefnis frárennsli, svo sem gerjun iðnaðarafrennslisvatns, sorphreinsunarvatns og eldisafrennslisvatns, með verkfræðinotkun þess dreifist hratt um allan heim.
Meginregla loftfirrðrar ammoníaksoxunar
Anammox er líffræðileg viðbrögð við loftfirrðar aðstæður þar sem ammoníak er notað sem rafeindagjafa og nítrít sem rafeindaviðtaka til að framleiða köfnunarefni og nítrat. Anammox felur í sér tvo ferla: í fyrsta lagi niðurbrot (orkuframleiðsla) umbrot, þar sem ammoníak virkar sem rafeindagjafi og nítrít sem rafeindaviðtaka, hvarfast í 1:1 hlutfalli til að framleiða köfnunarefnisgas, geymir orkuna sem ATP; í öðru lagi vefaukandi, þar sem nítrít virkar sem rafeindaviðtakandi, veitir afoxandi kraft og nýtir koltvísýring og ATP sem myndast við niðurbrotsefnaskipti til að búa til frumuefni og framleiða nítrat í því ferli. Loftfirrtar ammoníakoxunarbakteríur (AnAOB) eru framkvæmdaraðilar loftfirrrar ammoníakoxunar.
NH4++ NO2-= N2+ 2H2O, ΔG=-358kg/mól
Loftfirrt ammóníumoxunarferlið (ANAO) samanstendur aðallega af tveimur þrepum: Fyrsta skrefið er nítrunar að hluta, þar sem aðeins þarf að breyta um 55% af ammoníak köfnunarefninu í nítrít köfnunarefni; annað skrefið er loftfirrt ammoníumoxun (ANAO), þar sem ammoníak köfnunarefni, við loftfirrðar aðstæður, er oxað í köfnunarefnisgas með nítrít köfnunarefni sem rafeindaviðtaka. Þess vegna er það einnig kallað PN/A ferlið.
Í þessu ferli er um það bil 89% af ólífræna köfnunarefninu breytt í köfnunarefnisgas og 11% sem eftir eru í nítratköfnunarefni. Í samanburði við hefðbundna nítrunar-nítrunarferla hefur ANAO umtalsverða tæknilega kosti. Loftorkunotkun þess er aðeins 55-60% af hefðbundnum ferlum; þetta ferli krefst nánast engra kolefnisgjafa. Ef bæta þarf við kolefnisgjafa meðan á ANAO stendur til að fjarlægja nítratafurðir er magnið sem bætt er við einnig mun minna en í hefðbundnum ferlum. Skammturinn er minnkaður um 90%; anammox ferlið getur dregið úr neyslu basa um 45%. Á sama tíma er seyruframleiðsla anammoxferlisins mun lægri en hefðbundinna denitrification ferla, sem mun draga verulega úr meðhöndlun og förgunarkostnaði umfram seyru.
Þættir sem hafa áhrif á Anammox
Að búa til viðeigandi lifunarskilyrði fyrir anammox bakteríur í almennum skólphreinsunarkerfum er núverandi áskorun, þar á meðal auðgun á anammox og AOB bakteríum (ammoníak köfnunarefnisgerlar, sem breyta ammoníak köfnunarefni í nítrít), og hömlun á NOB bakteríum (nítrít oxandi bakteríur, sem breyta nítrít í nítrít).
1. Hitastig
Efnaskiptavirkni örvera er að miklu leyti undir áhrifum hitastigs. Fyrri rannsóknarniðurstöður benda til þess að 35 gráður sé ákjósanlegur hiti fyrir anammox. Ákjósanlegur hitastig fyrir Anammox er þegar líffræðileg umbrot þess eru hröðust og æxlunarferillinn er stystur. Hins vegar er hitastig flestra raunverulegra afrennslisvatns frá þéttbýli lágt (10–25 gráður), sérstaklega á sumum svæðum á -hæðargráðu eins og í norðanverðu landi mínu, þar sem frárennslishiti er oft undir 10 gráðum. Skilvirkni og stöðugleiki Anammox á þessum sviðum er veruleg áskorun.
Almennt hitastig borgarrennslis er yfirleitt um 10–20 gráður, lægra en ákjósanlegur vaxtarhiti AnAOB (25–40 gráður), sem mun hafa áhrif á vöxt Anammox. 2. Ammoníak- og nítrítstyrks
Hvarfefni loftfirrrar ammoníumoxunar (ANAMO) eru ammoníak og nítrít. Hins vegar getur of hár styrkur þessara tveggja efna hindrað ferlið. Rannsóknir hafa sýnt að hamlandi styrkur fyrir ammoníak er 38,0–98,5 nmól/L og fyrir nítrít 5,4–12,0 nmól/L. Jetten o.fl. komist að því að við nítrítstyrk yfir 20 nmól/L er ANAMMOX ferlið verulega hamlað. Langvarandi útsetning (2 klst) fyrir háum styrk nítríts getur algjörlega eyðilagt ANAMMOX virkni, en við lægri styrk nítríts (um 10 nmól/L) helst virkni þess tiltölulega mikil.
3. pH gildi
Þar sem ammoníak og nítrít sundrast í vatnslausnum hefur pH gildi áhrif á ANAMMOX. Rannsóknir hafa sýnt að ANAMMOX ferlið virkar vel innan pH bilsins 6,7–8,3, með ákjósanlegu pH um 8.
4. Áhrif lífræns efnis
COD innihald í frárennsli... Það stuðlar að vexti heterotrophic denitrifying bakteríur og hindrar Anammox ferlið. Anammox ferlið getur aðeins ráðið ríkjum þegar COD er neytt í lágmarki af þeim fyrrnefnda. Þetta mál er sérstaklega áberandi við meðhöndlun á-miklu afrennsli frá þéttbýli. Rannsóknir Winkler o.fl. benda til þess að við 25 gráður, ef C/N hlutfall hrávatnsins er < 0,5, geti Anammox og heterotrophic denitrification lifað saman án þess að það leiði til minnkunar á skilvirkni nitureyðingar.
5. Stöðugleiki skammvinns-nítrunar Þegar Anammox ferlinu er beitt verður að lágmarka NOB virkni eins mikið og mögulegt er við almennar aðstæður til að leyfa nítrítsöfnun og viðhalda nítrunarkerfinu í stuttu-nítrunarástandi. Þetta er mikilvægt til að tryggja stöðugleika Anammox. Venjulegur gangur ferlisins er grundvallaratriði og tengist beint meðferðaráhrifum þess. Fyrrnefndum markmiðum er hægt að ná með eftirliti með lausu ammoníaki. Þess vegna er þetta ástæðan fyrir því að anammox er aðallega notað á há-ammoníak köfnunarefnis frárennsli, vegna þess að laust ammoníak í háu-ammoníaks köfnunarefnisafrennsli getur hindrað NOB og viðhaldið kerfinu í stuttu-nítrunarástandi við viðeigandi stjórnaðstæður. Hins vegar, í frárennsli sveitarfélaga, er stöðugleiki skammvinns-nítrunar fyrir áhrifum af hitastigi og ammoníaksköfnunarefni, sem gerir stöðugan gang ómögulegan! Í PN/A ferlinu er stutta-nítrunarstigið einnig fyrir áhrifum af hitastigi vegna þess að virkni AOB er hindruð við lágt hitastig, sem dregur úr umbreytingarhraða ammoníaksköfnunarefnis. Ennfremur er virkjunarorka AOB hærri en NOB, sem leiðir til ófullnægjandi NO2- uppsöfnunar, sem getur ekki veitt nægilegt hvarfefni fyrir Anammox hvarfið.
ANAMMOX ferli og afleidd ferli þess
Anammox tækni sem notuð er í hagnýtum verkfræðiforritum má skipta í svifleðju, kornótta seyru og líffilmu.
1. Svifleðjuferli
AOB og AAOB Hægt-vaxandi og með langri kynslóðarlotu glatast örverur auðveldlega í hefðbundnum svifleðjukerfum. Þess vegna nota svifleðjuferli oft raðgreiningarlotu reactors (SBR) til að halda örverum.
Af allri SBR anammox tækni eru 80% DEMON ferlið. Þessu ferli var fyrst beitt í Strass skólphreinsistöðinni í Austurríki. Meginregla þess er að stilla loftræstingartímann með því að fylgjast með pH-breytingum og stilla þannig jafnvægið á milli stutts-nítrunar og anammox. Ennfremur notar þetta ferli vatnssýklóna til að stjórna seyrualdur AAOB og AOB. Undir miðflóttaafli eru örverurnar aðskildar í tvo hluta: léttari AOB flæðir yfir að ofan, en þyngri AAOB safnast fyrir neðst og flæðir aftur í kjarnaofninn. Strass skólphreinsistöðin náði yfir 85% sjálfvirkri nitureyðingu.
2. Korna seyruferli
Dæmigerð dæmi um kornótt seyrukerfi er Anammox reactor sem smíðaður var af Parker í Rotterdam. Snemma flæði-fyrir-flæðisferlar höfðu tilhneigingu til að nota tveggja-þrepa kerfi, þannig að í raunverulegri notkun var Anammox kjarnaofninn samþættur áður byggðu nítrunarkerfi... SHARON kjarnaofninn var tengdur til að mynda Sharon-Anammox kjarnaofnkerfið, sem tók 3,5 ár að gangsetja. Í kjölfarið þróaði Parker Biomedical samþættan Anammox reactor. Bæði anammox reactor og samþætti reactor í tveggja-þrepa kerfinu starfa á samfelldan hátt uppstreymi, með innri hallandi plötusetlagsgeymi til að ná til varðveislu seyruagna.
3. Líffilmuferli
Anammox ferlar sem nota líffilmutækni eru aðallega DeAmmon og ANITATMMox. DeAmmon ferlið samanstendur af þremur MBBR kjarnaofnum og einum afgasunartanki. Kjarnaofnarnir þrír geta verið tengdir í röð eða samhliða eftir þörfum, með MBBR fyllingarhraða upp á 40%–50%. ANITATMMox notar fyrst og fremst samþættan MBBR reactor í hliðar-flæðiskerfi sínu. ANITATMMox getur notað hreina MBBR líffilmu eða seyru-filmublending IFAS (Integrated Fat Film Assay). Í hreinu líffilmuferli eru AAOB bakteríur í innsta lagi pökkunarefnisins og AOB eru í ysta lagi; í IFAS ferlinu eru AAOB aðallega á pökkunarefninu og AOB... Í svifleðju.
Fyrsta starfhæfa loftfirrta ammoníak oxun (ANAO) verkefni í heiminum!
Árið 2002 byggði Parker Systems fyrsta afkastamikla ANAO reactor heims í Dokhaven skólphreinsistöðinni í Rotterdam, með því að nota SharonAnammox kerfið til að meðhöndla seyruafvötnunarvökva. Í kjölfarið voru yfir 100 slíkir kjarnaofnar smíðaðir í Hollandi, Þýskalandi, Japan, Ástralíu, Sviss og Bretlandi. Margar loftfirrtar ammoníak oxunar skólphreinsistöðvar meðhöndla skólp, þar með talið sorphreinsunarvatn, frárennsli búfjárbúa og matarafrennsli, auk seyru meltingarvökva.
1. Loftfirrt ammoníak oxunarmeðhöndlun seyru í DOKHAVEN skólphreinsistöðinni í Rotterdam, Hollandi
Lífræn eðja, sem orkuberi, er fyrst talin breyta lífrænu efninu í henni í orkumikið gas-metan. Út frá þessu myndast seyrumeðferðarferlið sem sýnt er á myndinni. Umframleðjan frá skólphreinsunarferlinu fer í tvær mismunandi þykkingaraðferðir áður en hún fer í seyruvinnslutankinn (5). Umfram eðja og eðja frá A-hluta loftræstingartankinum er síuð í gegnum fínan sig (1) áður en hún er þykkt og síðan farið í tvo þyngdarþykknunartanka (2) samhliða. Seðjan hefur 94% vatnsinnihald; aðskilið flotvatn er síðan sett aftur í skólphreinsunarferlið til frekari meðhöndlunar.
Seyrumeltunarvökvinn inniheldur tiltölulega háan styrk af ammoníak köfnunarefni (allt að 1500 mg N/L), og hitastig vatnsins er 28 gráður. gráðu. Svo mikið köfnunarefnisálag sem fer inn í skólphreinsunarferlið mun auka álagið á að fjarlægja nitur. Þess vegna er innleiðing nýjustu SHARON og ANAMMOX tækni fyrir aðskilda denitrification meðhöndlun seyru meltingarefnis nýjasta uppfærsluráðstöfun DOKHAVEN skólphreinsistöðvarinnar undanfarin ár. Fyrsti afkastamikill SHARON kjarnaofninn í heiminum (11) tók til starfa hér í október 1998 og fyrsti ANAMMOX kjarnaofninn í heiminum (12) var tekinn í notkun í júní 2002.
2. Ferli færibreytur
1) Eitt sett af fíngerðum skjám, rennsli 510 m³/klst., skjábil 3 mm.
2) Tvö sett af þyngdarþykkniefnum, Ф23,6 m, H=3 m, þurrefnismagn 36 kg/(m²·d), seyrurúmmál 530 m³/d (rakainnihald 94%).
3) Vinnslugeta beltaþykkingarefnis 90 m³/klst. eða 700 kg þurrefnis/klst.
4) Umframseyrujöfnunartankur 900 m³.
5) 6) Tveir seyruvinnslutankar, Ф22 m, H=23 m, varðveislutími 28 dagar við 33 gráður, sem leiðir til seyrurúmmáls upp á 600 m³/d (96% rakainnihald) eftir meltingu. Seyrujöfnunartankur rúmar 900 m³.
7) Tvær skilvindur, með vinnslugetu upp á 40 m³/klst.
8) Tveir afvötnaðir seyrugeymslutankar, hver að stærð 150 m³; varðveislutími 2,5 dagar; H=14 m.
9) Einn SHARON reactor; Ф19,5 m, H=5.75 m, rennsli 550 m³/d, vökvasöfnunartími 3 dagar, loftháður varðveislutími 24 klst., hiti 35 gráður, pH 7–7,2, styrkur uppleysts súrefnis 1,5 mg/L.
10) Einn ANAMMOX reactor; Ф2,2 m, H=18 m (V=70 m³), rennsli 550 m³/d. Kjarnaofninn vinnur með afkastagetu upp á m³/d, með vökvasöfnunartíma upp á 3 klst, hönnunarálag upp á 800 kgN/d, hitastig upp á 35 gráður og pH 7,5.
SHARON reactor oxar helming ammoníak köfnunarefnisins í nítrít köfnunarefni (án pH stjórna). Afgangurinn af ammoníak köfnunarefninu og umbreyttu nítrít köfnunarefni (helmingur af heildar ammoníak köfnunarefni í innstreymi) mynda mólhlutfallið sem þarf fyrir ANAMMOX (1:1), sem gerir það kleift að breyta ammoníak köfnunarefni og nítrít köfnunarefni beint í köfnunarefnisgas með sjálfvirkri umbreytingu. Í samanburði við hefðbundna nítrunar-/denitrification ferla, lækkar SHARON/ANAMMOX ferlið rekstrarkostnað um 90%, CO2 losun um 88%, framleiðir ekkert skaðlegt N₂O gas, krefst ekki lífrænna efna, framleiðir ekki umfram seyru og sparar 50% af flatarmáli lands, sem sýnir verulegan sjálfbærni og efnahagslegan ávinning.
