Anaerob ammiak oksidlanishi (ANAMMOX) jarayoni 1990 yilda Niderlandiyaning Delft texnologiya universiteti qoshidagi Klyuyver biotexnologiya laboratoriyasi tomonidan ishlab chiqilgan. Bu jarayon an'anaviy biologik azotni olib tashlash jarayonlarining asosiy nazariy tushunchalarini buzadi. Anaerob sharoitda ammiak elektron donor sifatida ammiak va elektron qabul qiluvchi sifatida nitrat yoki nitrit yordamida azot gaziga oksidlanadi. Bu to'liq nitrifikatsiya (ammiakning nitratga oksidlanishi) bilan solishtirganda kislorod ta'minotining 60% dan ko'prog'ini tejaydi. Ammiakdan elektron donor sifatida foydalanish an'anaviy biologik azotni olib tashlash jarayonlarida zarur bo'lgan uglerod manbasini ham tejaydi.
ANAMMOX jarayoni yuqori azotni olib tashlash samaradorligi, past operatsion xarajatlar va kichik iz kabi afzalliklarga ega va oqava suvlarni tozalashda rivojlanish uchun katta imkoniyatlarga ega. Hozirgi vaqtda bu jarayon shahar loyini tozalashda tobora etuklashmoqda. Niderlandiyaning Rotterdam shahridagi Doxaven oqava suvlarini tozalash inshootida joylashgan-dunyodagi birinchi ishlab chiqarish miqyosidagi ANAMMOX qurilmasi 9,5 kg N/(m3·d) miqdoriy azot chiqarish tezligiga (NRR) ega. Bundan tashqari, ANAMMOX jarayoni fermentatsiyalangan sanoat chiqindi suvlari, poligondagi oqava suvlar va akvakultura oqava suvlari kabi yuqori{6}}ammiak azotli chiqindi suvlarini tozalashda tobora ko'proq qo'llanilmoqda, uning muhandislik dasturlari butun dunyo bo'ylab tez tarqalmoqda.
Anaerob ammiak oksidlanish printsipi
Anammox - azot va nitrat ishlab chiqarish uchun elektron donor sifatida ammiak va elektron qabul qiluvchi sifatida nitritdan foydalanadigan anaerob sharoitda biologik reaktsiya. Anammox ikkita jarayonni o'z ichiga oladi: birinchidan, parchalanish (energiya ishlab chiqarish) metabolizmi, bu erda ammiak elektron donor va nitrit elektron qabul qiluvchi sifatida ishlaydi, azot gazini ishlab chiqarish uchun 1: 1 nisbatda reaksiyaga kirishadi, energiyani ATP sifatida saqlaydi; ikkinchidan, anabolizm, bu erda nitrit elektron qabul qiluvchi rolini o'ynaydi, kamaytiruvchi quvvatni ta'minlaydi va hujayra materiallarini sintez qilish uchun parchalanish metabolizmidan hosil bo'lgan karbonat angidrid va ATP dan foydalanadi va bu jarayonda nitrat hosil qiladi. Anaerob ammiak oksidlanish bakteriyalari (AnAOB) anaerob ammiak oksidlanishini amalga oshiruvchilardir.
NH4++ NO2-= N2+ 2H2O, DG=-358kg/mol
Anaerob ammoniy oksidlanish (ANAO) jarayoni asosan ikki bosqichdan iborat: Birinchi bosqich qisman nitrifikatsiya bo'lib, unda ammiak azotining atigi 55% ni nitrit azotga aylantirish kerak; ikkinchi bosqich - anaerob ammoniy oksidlanishi (ANAO), bu erda ammiak azot anaerob sharoitda elektron qabul qiluvchi sifatida nitrit azot bilan azot gaziga oksidlanadi. Shuning uchun u PN/A jarayoni deb ham ataladi.
Bu jarayonda noorganik azotning taxminan 89% azot gaziga, qolgan 11% nitrat azotga aylanadi. An'anaviy nitrifikatsiya{3}}denitrifikatsiya jarayonlari bilan solishtirganda, ANAO muhim texnologik afzalliklarga ega. Uning aeratsiya energiyasi iste'moli an'anaviy jarayonlarning atigi 55-60% ni tashkil qiladi; bu jarayon deyarli uglerod manbasini talab qilmaydi. Agar nitrat mahsulotlarini olib tashlash uchun ANAO vaqtida uglerod manbai qo'shilishi kerak bo'lsa, qo'shilgan miqdor ham an'anaviy jarayonlarga qaraganda ancha kichikdir. Doza 90% ga kamayadi; anammox jarayoni gidroksidi iste'molini 45% ga kamaytirishi mumkin. Shu bilan birga, anammox jarayonining loy ishlab chiqarishi an'anaviy denitrifikatsiya jarayonlariga qaraganda ancha past bo'lib, bu ortiqcha loyni tozalash va yo'q qilish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi.
Anammoxga ta'sir qiluvchi omillar
Asosiy oqava suvlarni tozalash tizimlarida anammox bakteriyalari uchun mos yashash sharoitlarini yaratish dolzarb muammo bo'lib, anammox va AOB bakteriyalarini boyitish (ammiak azotini nitritga aylantiradigan ammiak azotlashtiruvchi bakteriyalar) va NOB bakteriyalarini (nitritni nitratga aylantiradigan nitrit oksidlovchi bakteriyalar) inhibe qilishdir.
1. Harorat
Mikroorganizmlarning metabolik faolligiga asosan harorat ta'sir qiladi. Ilgari tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, 35 daraja anammox uchun optimal haroratdir. Anammox uchun optimal harorat uning biologik metabolizmi eng tez va reproduktiv tsikl eng qisqa bo'lganida hisoblanadi. Biroq, aksariyat shahar oqava suvlarining harorati past (10–25 daraja), ayniqsa, yuqori{6}}kenglikdagi ba'zi mintaqalarda, masalan, mening mamlakatim shimolida, oqava suv harorati ko'pincha 10 darajadan past bo'ladi. Anammoxning ushbu sohalarda samaradorligi va barqarorligi katta muammo tug'diradi.
Shahar oqava suvlarining asosiy harorati odatda 10–20 daraja atrofida boʻlib, bu AnAOB ning optimal oʻsish haroratidan (25–40 daraja) past boʻlib, bu Anammox. 2. ammiak va nitrit konsentrasiyalarining oʻsishiga taʼsir qiladi.
Anaerob ammoniy oksidlanishi (ANAMO) uchun substratlar ammiak va nitritdir. Biroq, bu ikki moddaning haddan tashqari yuqori konsentratsiyasi jarayonni inhibe qilishi mumkin. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ammiak uchun inhibitiv kontsentratsiyalar 38,0-98,5 nmol / L, nitrit uchun esa 5,4-12,0 nmol / L ni tashkil qiladi. Jetten va boshqalar. 20 nmol / L dan yuqori nitrit konsentratsiyasida ANAMMOX jarayoni sezilarli darajada inhibe qilinganligini aniqladi. Yuqori nitrit kontsentratsiyasiga uzoq vaqt ta'sir qilish (2 soat) ANAMMOX faolligini butunlay yo'q qilishi mumkin, ammo nitritlarning past konsentratsiyasida (taxminan 10 nmol / L) uning faolligi nisbatan yuqori bo'lib qoladi.
3. pH qiymati
Ammiak va nitrit suvli eritmalarda dissotsilanganligi sababli, pH qiymati ANAMMOXga ta'sir qiladi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ANAMMOX jarayoni pH 6,7-8,3 oralig'ida yaxshi ishlaydi, optimal pH 8 atrofida.
4. Organik moddalarning ta'siri
Oqava suvdagi COD miqdori... Bu geterotrof denitrifikator bakteriyalarning ko'payishiga yordam beradi va Anammox jarayonini inhibe qiladi. Anammox jarayoni faqat COD birinchisi tomonidan past darajada iste'mol qilinganida ustunlik qilishi mumkin. Bu masala, ayniqsa, yuqori intensivlikdagi shahar oqava suvlarini tozalashda muhim-. Winkler va boshqalarning tadqiqotlari shuni ko'rsatadiki, 25 darajada, agar xom suvning C/N nisbati < 0,5 bo'lsa, Anammox va heterotrofik denitrifikatsiya azotni yo'qotish samaradorligini pasaytirmasdan uyg'un holda yashashi mumkin.
5. Qisqa-nitrifikatsiyaning barqarorligi Anammox jarayonini qo'llashda nitrit to'planishiga imkon berish va nitrifikatsiya tizimini qisqa-nitrifikatsiya holatida ushlab turish uchun asosiy sharoitlarda NOB faolligini imkon qadar kamaytirish kerak. Bu Anammoxning barqarorligini ta'minlash uchun juda muhimdir. Jarayonning normal ishlashi asosiy va uning davolash ta'siri bilan bevosita bog'liq. Yuqorida aytib o'tilgan maqsadlarga erkin ammiakni nazorat qilish orqali erishish mumkin. Shuning uchun anammox asosan yuqori{7}}ammiak azotli oqava suvlarga qo'llaniladi, chunki yuqori-ammiak azotli oqava suvlardagi erkin ammiak NOBni inhibe qilishi mumkin, bu esa tegishli nazorat sharoitida tizimni qisqa{9}}kesilgan nitrifikatsiya holatida saqlab turishi mumkin. Biroq, shahar oqava suvlarida qisqa muddatli nitrifikatsiyaning barqarorligiga harorat va ammiak azot ta'sir qiladi, bu esa barqaror ishlashni imkonsiz qiladi! PN/A jarayonida qisqa{12}}kesilgan nitrifikatsiya bosqichiga harorat ham ta'sir qiladi, chunki past haroratlarda AOB faolligi inhibe qilinadi va ammiak azotining konversiya tezligini kamaytiradi. Bundan tashqari, AOB ning faollashuv energiyasi NOB dan yuqori bo'lib, NO2-ning etarli darajada to'planishiga olib keladi, bu Anammox reaktsiyasi uchun etarli substratni ta'minlay olmaydi.
ANAMMOX jarayoni va uning hosilaviy jarayonlari
Amaliy muhandislik dasturlarida qo'llaniladigan Anammox texnologiyalari to'xtatilgan loy, donador loy va biofilm jarayonlariga bo'linishi mumkin.
1. To'xtatilgan loy jarayoni
AOB va AAOB sekin-o'sadi va uzoq avlod tsikllari bilan an'anaviy to'xtatilgan loy tizimlarida mikroorganizmlar osongina yo'qoladi. Shu sababli, to'xtatilgan loy jarayonlari ko'pincha mikroorganizmlarni ushlab turish uchun ketma-ketlikli partiyali reaktorlardan (SBR) foydalanadi.
Barcha SBR anammox texnologiyalarining 80% DEMON jarayonidir. Bu jarayon birinchi marta Avstriyadagi Strass oqava suvlarini tozalash zavodida qo'llanilgan. Uning asosiy printsipi pH o'zgarishlarini kuzatish orqali aeratsiya vaqtini sozlash va shu bilan qisqa -nitrifikatsiya va anammox o'rtasidagi muvozanatni sozlashdir. Bundan tashqari, bu jarayon AAOB va AOB loy yoshini tartibga solish uchun gidrosiklonlardan foydalanadi. Markazdan qochma kuch ta'sirida mikroorganizmlar ikki qismga bo'linadi: engilroq AOB yuqoridan oqib chiqadi, og'irroq AAOB esa pastda to'planib, reaktorga qaytadi. Strass oqava suvlarini tozalash inshooti 85% dan ortiq avtotrof azotni olib tashlash samaradorligiga erishdi.
2. Donador loy jarayoni
Donador loy tizimining odatiy namunasi - Rotterdamda Parker tomonidan qurilgan Anammox reaktori. Dastlabki oqim-oqim jarayonlari-ikki bosqichli tizimlardan foydalanishga moyil edi, shuning uchun amalda ishlayotganda Anammox reaktori avval qurilgan nitrifikatsiya bilan birlashtirildi... SHARON reaktori Sharon-Anammox reaktor tizimini hosil qilish uchun birlashtirildi, uning ishga tushishi 3,5 yil davom etdi. Keyinchalik Parker Biomedical integratsiyalashgan Anammox reaktorini ishlab chiqdi. Anammox reaktori ham, ikki bosqichli tizimdagi integral reaktor ham loy zarrachalarini ushlab turish uchun ichki eğimli plastinka cho'kindi tanki bilan yuqoriga oqim bilan uzluksiz ishlaydi.
3. Biofilm jarayonlari
Biofilm texnologiyasidan foydalangan holda Anammox jarayonlari asosan DeAmmon va ANITATMMoxni o'z ichiga oladi. DeAmmon jarayoni uchta MBBR reaktori va bitta gazsizlantirish tankidan iborat. Uchta reaktor kerak bo'lganda ketma-ket yoki parallel ulanishi mumkin, MBBR to'ldirish darajasi 40% -50%. ANITATMMox birinchi navbatda yon oqim tizimida o'rnatilgan MBBR reaktoridan foydalanadi. ANITATMMox sof MBBR biofilmi yoki loy plyonkasi-gibrid IFAS (Integrated Fat Film Assay) dan foydalanishi mumkin. Sof biofilm jarayonida AAOB bakteriyalari qadoqlash materialining eng ichki qatlamida, AOB esa eng tashqi qatlamda joylashgan; IFAS jarayonida AAOB asosan qadoqlash materialida va AOB ... to'xtatilgan loyda.
Dunyodagi birinchi operatsion anaerob ammiak oksidlanishi (ANAO) loyihasi!
2002 yilda Parker Systems Rotterdamdagi Doxaven oqava suvlarini tozalash zavodida loyni suvsizlantirish suyuqligini tozalash uchun SharonAnammox tizimidan foydalangan holda dunyodagi birinchi samarali ANAO reaktorini qurdi. Keyinchalik Gollandiya, Germaniya, Yaponiya, Avstraliya, Shveytsariya va Buyuk Britaniyada 100 dan ortiq bunday reaktorlar qurildi. Ko'p anaerob ammiak oksidlanish oqava suvlarini tozalash inshootlari oqava suvlarni, shu jumladan, chiqindixonadagi oqava suvlarni, chorvachilik fermalari oqava suvlarini va oziq-ovqat oqava suvlarini, shuningdek, loyni hazm qilish suyuqligidan tashqari tozalaydi.
1. Rotterdam, Niderlandiyadagi DOKHAVEN oqava suvlarni tozalash zavodida loyni anaerob ammiak bilan oksidlanish bilan tozalash
Organik loy energiya tashuvchisi sifatida birinchi navbatda undagi organik moddalarni energetik gaz-metanga aylantiradi. Bunga asoslanib, rasmda ko'rsatilgan loyni tozalash jarayoni shakllanadi. Oqava suvlarni tozalash jarayonida ortiqcha loy loyni parchalash tankiga (5) kirishdan oldin ikki xil quyuqlashtirish usulidan o'tadi. A-bo'lim aerotankdagi ortiqcha loy va loy quyuqlashdan oldin nozik parda (1) orqali filtrlanadi va keyin parallel ravishda ikkita gravitatsiyaviy quyuqlashtiruvchi tankga (2) kiritiladi. Cho'kma loyning suv miqdori 94% ni tashkil qiladi; keyin ajratilgan supernatant keyingi tozalash uchun oqava suvlarni tozalash jarayoniga qaytariladi.
Loyni hazm qilish suyuqligi ammiak azotining nisbatan yuqori konsentratsiyasini (1500 mg N / L gacha) o'z ichiga oladi va suv harorati 28 daraja. daraja. Chiqindilarni tozalash jarayoniga kiradigan bunday yuqori azot yuki azotni olib tashlash yukini oshiradi. Shu sababli, so'nggi SHARON va ANAMMOX texnologiyalarini qo'llash loy parchalanishini alohida denitrifikatsiyalash uchun DOKHAVEN oqava suvlarini tozalash inshootini so'nggi yillardagi eng so'nggi modernizatsiya chorasi hisoblanadi. Bu yerda dunyodagi birinchi mahsuldor SHARON reaktori (11) 1998-yil oktabrda ishlay boshlagan, 2002-yil iyun oyida esa dunyodagi birinchi ANAMMOX reaktori (12) ishga tushirilgan.
2. Jarayon parametrlari
1) Bitta nozik ekranlar to'plami, oqim tezligi 510 m³ / soat, ekran oralig'i 3 mm.
2) Ikki komplekt gravitatsiyaviy quyuqlashtiruvchi moddalar, F23,6 m, H{2}} m, quruq qattiq moddalar yuki 36 kg/(m²·d), loy hajmi 530 m³/d (namlik 94%).
3) Tasma qalinlashtiruvchi ishlov berish quvvati 90 m³ / soat yoki 700 kg quruq qattiq moddalar / soat.
4) Ortiqcha loyni tenglashtirish tanki 900 m³.
5) 6) Ikkita loyni eritish tanki, F22 m, H=23 m, saqlash muddati 28 kun 33 daraja , natijada loy hajmi 600 m³/kun (namlik miqdori 96%) bo'lgandan keyin. Loyni tenglashtirish tankining sig'imi 900 m³.
7) 40 m³/soat ishlov berish quvvatiga ega ikkita sentrifuga.
8) har birining hajmi 150 m³ bo'lgan ikkita suvsizlangan loy saqlash tanki; saqlash muddati 2,5 kun; H=14 m.
9) bitta SHARON reaktori; F19,5 m, H=5.75 m, oqim tezligi 550 m³/d, gidravlik ushlanish vaqti 3 kun, aerobda saqlanish vaqti 24 soat, harorat 35 daraja, pH 7–7,2, erigan kislorod konsentratsiyasi 1,5 mg/L.
10) bitta ANAMMOX reaktori; F2,2 m, H=18 m (V=70 m³), oqim tezligi 550 m³/kun. Reaktor m³/d quvvatda ishlaydi, gidravlik saqlash vaqti 3 soat, dizayn yuki 800 kgN/d, harorat 35 daraja va pH 7,5.
SHARON reaktori ammiak azotining yarmini nitrit azotga oksidlaydi (pH nazoratisiz). Ammiak azotining qolgan yarmi va aylantirilgan nitrit azoti (oqimdagi ammiak azotining yarmi) ANAMMOX uchun zarur bo'lgan molyar nisbatni (1:1) hosil qiladi, bu ammiak azot va nitrit azotini avtotrofik birikma orqali bevosita azot gaziga aylantirish imkonini beradi. An'anaviy nitrifikatsiya/denitrifikatsiya jarayonlari bilan solishtirganda, SHARON/ANAMMOX jarayoni operatsion xarajatlarni 90% ga, CO2 emissiyasini 88% ga kamaytiradi, zararli N₂O gazini ishlab chiqarmaydi, organik moddalarni talab qilmaydi, ortiqcha loy hosil qilmaydi va er maydonining 50% ni tejaydi, bu esa sezilarli barqarorlik va iqtisodiy foydani namoyish etadi.