نیتروژن یکی از پارامتر های مهم در تصفیه فاضلاب است و به شکل نیترات، نیتریت، آمونیاک و آمونیوم در آن وجود دارد. برای حذف نیتروژن از فاضلاب، روش های مختلفی وجود دارد، اما موثر ترین و کم هزینه ترین آن ها استفاده از فرآیند های بیولوژیکی است. در این فرآیند، باکتری های غیر هوازی نیتروژن را به گاز ازت تبدیل کرده و در نتیجه حذف نیتروژن از فاضلاب انجام می شود.
حذف بیولوژیکی نیتروژن یکی از فرآیند های مهم در تصفیه آب و فاضلاب است که به کاهش غلظت نیتروژن در آب های تخلیه شده می پردازد. نیتروژن، به عنوان یکی از مواد مغذی کلیدی در اکوسیستم های آبی، در غلظت های بالا می تواند منجر به مشکلاتی نظیر افزایشی و نابسامانی در رشد جلبک ها و در نتیجه کاهش اکسیژن محلول در آب شود. فرآیند های بیولوژیکی حذف نیتروژن معمولاً شامل نیترات سازی، نیترات زدایی و آمونیاک زدایی هستند که به وسیله میکروارگانیسم ها انجام می شوند. این فرایند ها نه تنها به بهبود کیفیت آب کمک می کنند، بلکه در راستای حفظ محیط زیست نیز نقش بسزایی دارند. در این مقاله، به بررسی روش ها، چالش ها و مزایای حذف بیولوژیکی نیتروژن در سیستم های تصفیه آب و فاضلاب خواهیم پرداخت.
فرایند های حذف بیولوژیکی نیتروژن
حذف بیولوژیکی ترکیبات نیتروژنه از فاضلاب شهری یک فرایند پیچیده و چند مرحله ای است که شامل سه فرایند اصلی و مهم می باشد که به ترتیب زیر توضیح داده می شود:
- سنتز: در این مرحله، نیتروژن به صورت ناپیوسته وارد ساختار جرم میکروارگانیسم ها می شود. این فرایند به گونه ای است که در خلال رشد سلول های میکروبی، نیتروژن به عنوان یک عنصر حیاتی به درون آن ها جذب می شود و موجب تشکیل پروتئین ها و دیگر ترکیبات بیولوژیکی می گردد. در واقع، این مرحله نشان دهنده اهمیت نیتروژن در چرخه حیات میکروارگانیسم ها است و به تغذیه و استحکام آن ها کمک می کند.
- نیترات سازی: این مرحله ناظر بر تبدیل آمونیاک و نیتروژن آلی، که به طور معمول در فاضلاب های شهری وجود دارد، به نیترات است. این تبدیل از طریق یک فرایند اکسیداسیون انجام می شود که توسط میکروارگانیسم های خاصی به نام نیترات ساز صورت می گیرد. این میکروارگانیسم ها با استفاده از انرژی حاصل از این واکنش ها، شرایطی را فراهم می آورند که به تسهیل فرایند های دیگر کمک می‌کند.
- نیترات زدایی: در این مرحله، نیترات به گاز نیتروژن تبدیل می شود که این عمل توسط میکروارگانیسم های نیترات زا انجام می‌گیرد. پس از انجام این تبدیل، گاز نیتروژن از فاضلاب خارج شده و به جو آزاد می شود. این فرایند یکی از مهم ترین مراحل در حذف نیتروژن از فاضلاب است و کمک می کند تا اثرات منفی ناشی از وجود نیتروژن در محیط زیست کاهش یابد. در نهایت، این مراحل به صورت یک چرخه پایدار در طبیعت عمل می‌کنند و به بهبود کیفیت آب کمک می نمایند.
روش های تصفیه فاضلاب های حاوی نیتروژن
حدف نیتروژن با روش های فیزیکو شیمیایی
- جداسازی هوا
جدا سازی هوا یک روش مؤثر برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب است که تحت تأثیر عواملی مانند دما، pH، زمان جدا سازی و نسبت هوا به حجم مایع قرار دارد. pH به عنوان عامل کلیدی تأثیرگذار بر شکل آمونیوم موجود در فاضلاب محسوب می شود؛ با افزایش pH، مقدار آمونیاک نیز افزایش می یابد.
دما نیز بر راندمان جدا سازی تأثیرگذار است؛ کاهش دما ممکن است منجر به تولید بیشتر آمونیاک شود. افزایش نسبت هوا به حجم مایع نیز باعث بهبود راندمان جدا سازی از طریق افزایش سطح تماس مایع و گاز و همچنین افزایش ضریب انتقال جرم گاز می شود.
- تبادل یونی
تبادل یونی و جذب به طور گسترده ای برای تصفیه فاضلاب های حاوی نیتروژن آمونیاکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مبدل های یونی و جاذب های مختلفی مانند زئولیت، رزین، و کربن فعال برای حذف آمونیوم به کار رفته اند، که زئولیت به دلیل ظرفیت تبادل یونی بالا محبوبیت بیشتری دارد.
عوامل مختلفی مانند pH، دما، اندازه ذرات، و زمان تماس بر راندمان جذب نیتروژن آمونیاکی تأثیرگذار هستند و pH به ویژه نقش مهمی در این فرآیند دارد. این روش علاوه بر حذف آمونیاک، می تواند مواد آلی و یون های فلزات سنگین را نیز کاهش دهد. با این حال، معایبی مانند راندمان کم، پیچیدگی فرآیند بازسازی، و محدودیت در طول عمر مبدل ها وجود دارد که نیاز به جایگزینی مداوم و تولید زباله های اضافی را به دنبال دارد.
- اسمز معکوس
اسمز معکوس یک فناوری موثر و کارآمد برای جدا سازی و تصفیه فاضلاب است که با اعمال فشار، مولکول های آب را به داخل یک غشای تراوا انتخابی هدایت می‌کند و آمونیوم را به دام می اندازد. این روش راندمان خوبی در حذف آمونیاک دارد و مصرف انرژی کمی نیاز دارد. عواملی مانند دما، pH و فشار عملیاتی می توانند بر فرآیند اسمز معکوس تأثیر بگذارند؛ به طور خاص، دماهای بالا موجب کاهش ویسکوزیته فاضلاب و در نتیجه بر بهبود فرآیند اثر می‌گذارند. همچنین، محدوده pH مناسب برای انواع مختلف غشا ها تفاوت دارد.
2- حذف نیتروژن با روش های شیمیایی
- ته نشینی شیمیایی
ته نشینی شیمیایی یک روش پیش تصفیه مؤثر برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب است که با افزودن مواد شیمیایی مانند کلرید منیزیم و اسید فسفریک یا فسفات، نمک های کم حل مانند منیزیم آمونیوم فسفات تشکیل می شود و سپس از فاضلاب جدا می‌گردد.
این روش به ویژه زمانی مؤثر است که بازیابی فسفر نیز مدنظر باشد، زیرا معمولاً شامل فرآیند های پیچیده و هزینه بر است. عوامل متعددی از جمله pH، دما و غلظت آمونیاک بر فرآیند ته نشینی تأثیر می‌گذارند، که pH به عنوان عامل کلیدی و دما به‌عنوان تأثیرگذار بر تعادل یونیزاسیون و حلالیت رسوب مهم هستند.
- کلرزنی تا نقطه شکست
فرآیند کلرزنی تا نقطه شکست، روشی برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب است که شامل افزودن کلر یا هیپوکلریت سدیم به فاضلاب می شود تا آمونیاک به گاز نیتروژن اکسید شود. در این فرآیند، با افزایش تدریجی کلر، غلظت کلر آزاد در ابتدا به حداقل می رسد و سپس با ادامه افزودن، به نقطه شکست می رسد که در آن راندمان حذف آمونیاک به اوج خود می رسد.
این روش به عنوان یک تصفیه پیشرفته شناخته می شود و در عین حال برای مقادیر زیاد فاضلاب مناسب نیست. از مزایای این روش می توان به اکسیداسیون کامل آمونیاک، راندمان بالای حذف و نیاز فضایی کم اشاره کرد.
- اکسیداسیون الکتروشیمیایی
اکسیداسیون الکتروشیمیایی در سال های اخیر به‌عنوان روشی مؤثر برای حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلاب مورد توجه قرار گرفته و موفق به دستیابی به راندمان بالای حذف شده است. این فرآیند با استفاده از کلر، رادیکال های هیدروکسیل، رادیکال‌های آزاد سوپراکسید و سایر ترکیبات ایجاد شده از الکترولیز، نیتروژن آمونیاکی را به گاز نیتروژن اکسید تبدیل می‌کند. راندمان حذف آمونیوم به طور عمده تحت تأثیر پارامترهایی همچون pH، غلظت کلر و چگالی جریان قرار دارد.
حذف نیتروژن با روش های بیولوژیکی
- نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی
حذف بیولوژیکی نیتروژن شامل دو فرآیند اصلی نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی است. در نیتریفیکاسیون، نیتروژن آمونیاکی توسط باکتری های اکسیدکننده آمونیوم (AOB) به نیتریت تبدیل می شود و سپس نیتریت توسط باکتری های اکسید کننده نیتریت (NOB) به نیترات تبدیل می‌گردد. هر دو نوع باکتری اتوتروف هستند. در نیترات زدایی، باکتری ها از منبع کربن به عنوان ماده مغذی برای کاهش نیترات و نیتریت به گاز نیتروژن در شرایط بدون اکسیژن استفاده می‌کنند.
مزایا و معایب روش های فعلی فرآیند های حذف نیتروژن
- رسوب شیمیایی
رسوب شیمیایی در تصفیه فاضلاب، مواد ناخواسته محلول را به ذرات جامد تبدیل کرده و در تصفیه فاضلاب های خانگی، صنعتی و شیرابه دفن زباله کاربرد دارد. این روش به طور ویژه برای حذف نیتروژن آمونیاکی با تشکیل رسوب آمونیوم فسفات منیزیم (MAP) از طریق افزودن نمک های منیزیم و فسفات ها مؤثر است.
اگرچه رسوب شیمیایی دارای مزایایی نظیر هزینه کم و سهولت در بهره برداری است، اما هزینه های عملیاتی بالا به دلیل استفاده از مواد شیمیایی، انرژی و دفع لجن، مانع از کارایی کامل آن می شود. همچنین، با رسیدن غلظت نیتروژن آمونیاکی به حد مشخص، نیاز به افزودن معرف ها باعث کاهش اثر حذف و افزایش هزینه ها می شود. بنابراین، توصیه می شود که این روش با سایر فناوری های تصفیه پیشرفته ترکیب شود و در سال های اخیر، ته نشینی MAP با جذب ترکیب شده است.
روش جذب
روش جذب سطحی به دلیل انعطاف پذیری در طراحی و عملکرد، کارایی بالا در کنترل آلودگی و هزینه کم جاذب ها به طور وسیعی در تصفیه فاضلاب استفاده می شود. نیترات زدایی جذبی به عنوان یک فرآیند انتقال جرم عمل می‌کند که در آن آمونیاک غیر یونی به طور مداوم از آب به سطح جامد منتقل شده و تثبیت می شود.
با این حال، بازسازی جاذب ها نیاز به محدوده pH خاص دارد و ظرفیت جذب جاذب های رایج، مانند کربن فعال، به دلیل طول عمر کوتاه و نیاز به جایگزینی دائم محدود است. این جاذب ها زباله هایی تولید می‌کنند که نیاز به پردازش بیشتری دارند. تکنیک های اصلاح سطح نظیر فعال سازی با بخار، فعال سازی اسید/باز، آغشته سازی فلز به نمک و عملیات اکسیدانی برای بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی جاذب ها به‌ویژه کربن های فعال استفاده می شود.
حذف بیولوژیکی نیتروژن
فرآیند لادزاگ-اتینگر (MLE)یکی از رایج ترین روش ها برای حذف بیولوژیکی نیتروژن است که به راحتی با تأسیسات موجود لجن فعال هماهنگ می شود. این روش شامل ساختار های مختلف فرآیند لجن فعال برای انجام حذف نیتروژن بیولوژیکی است. انتخاب یک فرآیند خاص به شرایط مکانی، تجهیزات و فرآیند های موجود و نیاز های تصفیه بستگی دارد. همچنین، مزایا و محدودیت های فرآیند های معمول استفاده شده، توانایی تصفیه آن ها بر حسب غلظت نیتروژن کل پساب خروجی را تعیین می‌کند.
حذف بیولوژیکی نیتروژن به روش لادزاگ-اتینگر (MLE) به مقدار برگشت داخلی جريان در ناحیه آنوکسیك وابسته است و معمولاً برای رساندن غلظت کل نیتروژن پساب خروجی به 5-10 mg/l استفاده می شود. در این فرآیند، کنترل غلظت اکسیژن محلول ضروری است تا مقدار اکسیژن ورودی به ناحیه آنوکسیك محدود شود.
همچنین، فرآیند تغذیه مرحله ای می تواند برای کاهش غلظت کل نیتروژن خروجی به کمتر از 10 mg/l به‌کار رود، و در شرایط خاص امکان کاهش آن به زیر 3-5 mg/l نیز وجود دارد. کنترل و اندازه گیری جریان ورودی در این فرآیند ها برای بهینه سازی حجم راکتور ضروری است.
روش راکتور منقطع متوالی به حذف نیتروژن در شرایط آنوکسیك اجازه می دهد و در حالی که طرح های راکتور تخلیه منقطع انعطاف پذیری کمتری دارند، حذف نیترات به شدت به برگشت داخلی جریان وابسته است.
قیمت و خرید پکیج تصفیه فاضلاب
برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه روش های تصفیه فاضلاب های حاوی نیتروژن آمونیاکی و همچنین به منظور استعلام قیمت پکیج تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی، شما می توانید با کارشناسان شرکت آب و فاضلاب رابین سبز آبان تماس بگیرید.
این گروه با تیمی از کارشناسان مجرب و متخصص در این حوزه، آماده هستند تا مشاوره های لازم را به شما ارائه دهند و به سؤالات شما پاسخ دهند. با استفاده از تجربیات و دانش این کارشناسان، می توانید بهترین راهکار ها و روش ها را برای تصفیه بهینه فاضلاب های خود انتخاب کنید.
