Datblygwyd y broses Anaerobig Amonia Oxidation (ANAMMOX) ym 1990 gan Labordy Biotechnoleg Kluyver ym Mhrifysgol Technoleg Delft yn yr Iseldiroedd. Mae'r broses hon yn torri trwy'r cysyniadau damcaniaethol sylfaenol o brosesau tynnu nitrogen biolegol traddodiadol. O dan amodau anaerobig, mae amonia yn cael ei ocsidio i nwy nitrogen gan ddefnyddio amonia fel y rhoddwr electron a nitrad neu nitraid fel y derbynnydd electronau. Mae hyn yn arbed mwy na 60% o'r cyflenwad ocsigen o'i gymharu â nitreiddiad llawn (ocsidiad amonia i nitrad). Mae defnyddio amonia fel y rhoddwr electron hefyd yn arbed y ffynhonnell garbon sy'n ofynnol mewn prosesau tynnu nitrogen biolegol traddodiadol.
Mae gan y broses ANAMMOX fanteision megis effeithlonrwydd tynnu nitrogen uchel, costau gweithredu isel, ac ôl troed bach, ac mae ganddi botensial mawr ar gyfer datblygu trin dŵr gwastraff. Ar hyn o bryd, mae'r broses hon yn dod yn fwyfwy aeddfed wrth drin llaid trefol. Mae gan uned ANAMMOX ar raddfa gynhyrchu gyntaf y byd, a leolir yng ngwaith trin dŵr gwastraff Dokhaven yn Rotterdam, yr Iseldiroedd, gyfradd tynnu nitrogen cyfeintiol (NRR) mor uchel â 9.5 kg N/(m3·d). At hynny, mae proses ANAMMOX yn cael ei mabwysiadu'n gynyddol wrth drin dŵr gwastraff amonia nitrogen uchel, megis dŵr gwastraff diwydiannol eplesu, trwytholch tirlenwi, a dŵr gwastraff dyframaethu, gyda'i gymwysiadau peirianneg yn lledaenu'n gyflym ledled y byd.
Egwyddor Ocsidiad Amonia Anaerobig
Mae Anammox yn adwaith biolegol o dan amodau anaerobig, gan ddefnyddio amonia fel rhoddwr electron a nitraid fel derbynnydd electronau i gynhyrchu nitrogen a nitrad. Mae Anammox yn cynnwys dwy broses: yn gyntaf, metaboledd dadelfennu (cynhyrchu ynni), lle mae amonia yn gweithredu fel y rhoddwr electron a nitraid fel y derbynnydd electronau, gan adweithio mewn cymhareb 1:1 i gynhyrchu nwy nitrogen, gan storio'r egni fel ATP; yn ail, anaboliaeth, lle mae nitraid yn gweithredu fel y derbynnydd electron, gan ddarparu pŵer lleihau, a defnyddio carbon deuocsid ac ATP a gynhyrchir o metaboledd dadelfennu i syntheseiddio deunyddiau cellog, gan gynhyrchu nitrad yn y broses. Bacteria ocsidiad amonia anaerobig (AnAOB) yw gweithredwyr ocsidiad amonia anaerobig.
NH{0}} NA2-= N2+ 2H2O, ΔG=-358kg/mol
Mae'r broses ocsidiad amoniwm anaerobig (ANAO) yn bennaf yn cynnwys dau gam: Y cam cyntaf yw nitreiddiad rhannol, lle mae angen trosi tua 55% o'r nitrogen amonia yn nitrogen nitraid yn unig; yr ail gam yw ocsidiad amoniwm anaerobig (ANAO), lle mae nitrogen amonia, o dan amodau anaerobig, yn cael ei ocsidio i nwy nitrogen gan nitrogen nitraid fel derbynnydd electron. Felly, fe'i gelwir hefyd yn broses PN/A.
Yn y broses hon, mae tua 89% o'r nitrogen anorganig yn cael ei drawsnewid yn nwy nitrogen, ac mae'r 11% sy'n weddill yn cael ei drawsnewid yn nitrogen nitrad. O gymharu â phrosesau dadnitreiddiad nitreiddio traddodiadol, mae gan ANAO fanteision technolegol sylweddol. Dim ond 55-60% o'r hyn a ddefnyddir mewn prosesau traddodiadol yw ei ddefnydd o ynni awyru; nid oes angen bron dim ffynhonnell garbon ar gyfer y broses hon. Os oes angen ychwanegu ffynhonnell garbon yn ystod ANAO i gael gwared ar gynhyrchion nitrad, mae'r swm a ychwanegir hefyd yn llawer llai nag mewn prosesau traddodiadol. Mae'r dos yn cael ei leihau 90%; gall y broses anammox leihau'r defnydd o alcalinedd 45%. Ar yr un pryd, mae cynhyrchu llaid y broses anammox yn llawer is na phrosesau dadnitreiddio traddodiadol, a fydd yn lleihau costau trin a gwaredu llaid gormodol yn sylweddol.
Ffactorau sy'n Effeithio ar Anammox
Mae creu amodau goroesi addas ar gyfer bacteria anammox mewn systemau trin dŵr gwastraff prif ffrwd yn her gyfredol, gan gynnwys cyfoethogi bacteria anammox ac AOB (bacteria nitrogeneiddio amonia, sy'n trosi nitrogen amonia yn nitraid), ac atal bacteria NOB (bacteria ocsideiddio nitraid, sy'n trosi nitraid yn nitrad).
1. Tymheredd
Mae tymheredd yn effeithio'n bennaf ar weithgaredd metabolaidd micro-organebau. Mae canlyniadau ymchwil blaenorol yn dangos mai 35 gradd yw'r tymheredd gorau posibl ar gyfer anammox. Y tymheredd gorau posibl ar gyfer Anammox yw pan fydd ei metaboledd biolegol gyflymaf a'i gylchred atgenhedlu ar ei fyrraf. Fodd bynnag, mae tymheredd y rhan fwyaf o ddŵr gwastraff trefol gwirioneddol yn isel (10–25 gradd ), yn enwedig mewn rhai rhanbarthau lledred uchel fel gogledd fy ngwlad, lle mae tymheredd dŵr gwastraff yn aml yn is na 10 gradd. Mae effeithiolrwydd a sefydlogrwydd Anammox yn y meysydd hyn yn her sylweddol.
Mae tymheredd prif ffrwd dŵr gwastraff trefol yn gyffredinol tua 10-20 gradd, yn is na thymheredd twf optimaidd ANAOB (25-40 gradd ), a fydd yn effeithio ar dwf Anammox. 2. Crynodiadau Amonia a Nitraid
Y swbstradau ar gyfer ocsidiad amoniwm anaerobig (ANAMO) yw amonia a nitraid. Fodd bynnag, gall crynodiadau rhy uchel o'r ddau sylwedd hyn atal y broses. Mae astudiaethau wedi dangos mai'r crynodiadau ataliol ar gyfer amonia yw 38.0-98.5 nmol/L, ac ar gyfer nitraid, 5.4-12.0 nmol/L. Roedd Jetten et al. Canfuwyd bod y broses ANAMMOX wedi'i rhwystro'n sylweddol mewn crynodiadau nitraid uwchlaw 20 nmol/L. Gall amlygiad hirfaith (2 awr) i grynodiadau nitraid uchel ddinistrio gweithgaredd ANAMMOX yn llwyr, ond ar grynodiadau nitraid is (tua 10 nmol/L), mae ei weithgarwch yn parhau i fod yn gymharol uchel.
3. Gwerth pH
Gan fod amonia a nitraid yn daduno mewn hydoddiannau dyfrllyd, mae gwerth pH yn effeithio ar ANAMMOX. Mae astudiaethau wedi dangos bod y broses ANAMMOX yn gweithredu'n dda o fewn ystod pH o 6.7-8.3, gyda pH optimaidd o tua 8.
4. Dylanwad Mater Organig
Y cynnwys COD mewn dŵr gwastraff... Mae'n hyrwyddo twf bacteria dadnitreiddio heterotroffig ac yn atal y broses Anammox. Dim ond pan fydd COD yn cael ei fwyta i lefel isel gan y cyntaf y gall proses Anammox ddominyddu. Mae'r mater hwn yn arbennig o amlwg wrth drin dŵr gwastraff trefol dwysedd uchel. Mae ymchwil Winkler et al. yn dangos, ar 25 gradd, os yw cymhareb C/N y dŵr crai yn <0.5, gall Anammox a dadnitreiddiad heterotroffig gydfodoli'n gytûn heb arwain at ostyngiad mewn effeithlonrwydd tynnu nitrogen.
5. Sefydlogrwydd Torri Nitreiddiad Byr Wrth gymhwyso'r broses Anammox, mae'n rhaid lleihau gweithgaredd NOB gymaint â phosibl o dan amodau prif ffrwd i ganiatáu cronni nitraid a chynnal y system nitreiddiad mewn cyflwr nitreiddiad torri byr. Mae hyn yn hanfodol ar gyfer sicrhau sefydlogrwydd Anammox. Mae gweithrediad arferol y broses yn sylfaenol ac yn uniongyrchol gysylltiedig â'i effaith triniaeth. Gellir cyflawni'r nodau uchod trwy reoli amonia rhydd. Felly, dyma pam mae anammox yn cael ei gymhwyso'n bennaf i ddŵr gwastraff nitrogen amonia uchel, oherwydd gall amonia rhydd mewn dŵr gwastraff nitrogen uchel amonia atal NOB, gan gynnal y system mewn cyflwr nitrification wedi'i dorri'n fyr o dan amodau rheoli addas. Fodd bynnag, mewn dŵr gwastraff trefol, mae tymheredd a nitrogen amonia yn effeithio ar sefydlogrwydd nitreiddiad toriad byr, gan wneud gweithrediad sefydlog yn amhosibl! Yn y broses PN/A, mae tymheredd hefyd yn effeithio ar y cam nitreiddiad toriad byr oherwydd bod actifedd AOB yn cael ei atal ar dymheredd isel, gan leihau cyfradd trosi nitrogen amonia. Ar ben hynny, mae egni actifadu AOB yn uwch nag egni NOB, gan arwain at gronni NO2 annigonol, na all ddarparu digon o swbstrad ar gyfer adwaith Anammox.
Proses ANAMMOX a'i Phrosesau Deilliadol
Gellir rhannu technolegau Anammox a ddefnyddir mewn cymwysiadau peirianneg ymarferol yn brosesau llaid crog, llaid gronynnog, a biofilm.
1. Proses Llaid Gohiriedig
AOB ac AAOB Yn-tyfu'n araf a chyda chylchredau cynhyrchu hir, mae micro-organebau'n cael eu colli'n hawdd mewn systemau llaid crog confensiynol. Felly, mae prosesau llaid crog yn aml yn cyflogi adweithyddion swp dilyniannu (SBRs) i gadw micro-organebau.
O'r holl dechnolegau SBR anammox, 80% yw'r broses DEMON. Cymhwyswyd y broses hon gyntaf yng ngwaith trin dŵr gwastraff Strass yn Awstria. Ei egwyddor graidd yw addasu amser awyru trwy fonitro newidiadau pH, a thrwy hynny addasu'r cydbwysedd rhwng nitreiddiad toriad byr ac anammox. At hynny, mae'r broses hon yn defnyddio hydroseiclonau i reoleiddio oedran slwtsh AAOB ac UFA. O dan rym allgyrchol, mae'r micro-organebau wedi'u gwahanu'n ddwy ran: mae'r AOB ysgafnach yn gorlifo o'r brig, tra bod yr AAOB trymach yn cronni ar y gwaelod ac yn llifo yn ôl i'r adweithydd. Cyflawnodd gwaith trin dŵr gwastraff Strass effeithlonrwydd tynnu nitrogen awtroffig o dros 85%.
2. Proses slwtsh gronynnog
Enghraifft nodweddiadol o system slwtsh gronynnog yw adweithydd Anammox a adeiladwyd gan Parker yn Rotterdam. Roedd prosesau llif cynnar gan-yn dueddol o ddefnyddio systemau dau gam, felly mewn gweithrediad gwirioneddol, cafodd yr adweithydd Anammox ei integreiddio â'r nitreiddiad a adeiladwyd yn flaenorol... Cyplwyd adweithydd SHARON i ffurfio system adweithydd Anammox Sharon, a gymerodd 3.5 mlynedd i gychwyn. Yn dilyn hynny, datblygodd Parker Biomedical adweithydd Anammox integredig. Mae'r adweithydd anammox a'r adweithydd integredig yn y system dau gam yn gweithredu mewn modd parhaus i fyny'r llif, gyda thanc gwaddodi plât ar oleddf mewnol i gyflawni cadw gronynnau llaid.
3. Prosesau Bioffilm
Mae prosesau Anammox sy'n defnyddio technoleg bioffilm yn bennaf yn cynnwys DeAmmon ac ANITATMMox. Mae'r broses DeAmmon yn cynnwys tri adweithydd MBBR ac un tanc degassing. Gellir cysylltu'r tri adweithydd mewn cyfres neu gyfochrog yn ôl yr angen, gyda chyfradd llenwi MBBR o 40%–50%. Mae ANITATMMox yn bennaf yn defnyddio adweithydd MBBR integredig yn ei system llif ochr. Gall ANITATMMox ddefnyddio biofilm MBBR pur neu ffilm hybrid slwtsh IFAS (Integrated Fat Film Assay). Yn y broses biofilm pur, mae bacteria AAOB yn haen fewnol y deunydd pacio, ac mae AOB yn yr haen allanol; yn y broses IFAS, mae AAOB yn bennaf ar y deunydd pacio, ac UFA... Mewn llaid crog.
Prosiect ocsidiad amonia anaerobig (ANAO) gweithredol cyntaf y byd!
Yn 2002, adeiladodd Parker Systems yr adweithydd ANAO cynhyrchiol cyntaf yn y byd yng ngwaith trin dŵr gwastraff Dokhaven yn Rotterdam, gan ddefnyddio system SharonAnammox i drin hylif dad-ddyfrio llaid. O ganlyniad, adeiladwyd dros 100 o adweithyddion o'r fath yn yr Iseldiroedd, yr Almaen, Japan, Awstralia, y Swistir, a'r DU. Mae gweithfeydd trin dŵr gwastraff ocsidiad amonia anaerobig lluosog yn trin dŵr gwastraff gan gynnwys trwytholch tirlenwi, dŵr gwastraff fferm da byw, a dŵr gwastraff bwyd, yn ogystal â hylif treulio llaid.
1. Trin ocsidiad amonia anaerobig o slwtsh yn y gwaith trin dŵr gwastraff DOKHAVEN yn Rotterdam, yr Iseldiroedd
Yn gyntaf, ystyrir bod llaid organig, fel cludwr ynni, yn trosi'r mater organig ynddo yn nwy{0}}methan egniol. Yn seiliedig ar hyn, mae'r broses trin llaid a ddangosir yn y ffigwr yn cael ei ffurfio. Mae'r llaid gormodol o'r broses trin dŵr gwastraff yn mynd trwy ddau ddull tewychu gwahanol cyn mynd i mewn i'r tanc treulio llaid (5). Mae'r llaid gormodol a'r llaid o'r tanc awyru adran A- yn cael eu hidlo trwy sgrin fân (1) cyn tewychu, ac yna mynd i mewn i ddau danc tewhau disgyrchiant (2) ochr yn ochr. Mae gan y llaid sefydlog gynnwys dŵr o 94%; yna mae'r supernatant gwahanedig yn cael ei ddychwelyd i'r broses trin dŵr gwastraff i'w drin ymhellach.
Mae'r hylif treulio llaid yn cynnwys crynodiad cymharol uchel o nitrogen amonia (hyd at 1500 mg N/L), ac mae tymheredd y dŵr yn 28 gradd. gradd. Bydd llwyth nitrogen mor uchel sy'n mynd i mewn i'r broses trin dŵr gwastraff yn cynyddu baich tynnu nitrogen. Felly, mabwysiadu'r technolegau SHARON ac ANAMMOX diweddaraf ar gyfer trin dadnitreiddiad treuliad llaid ar wahân yw'r mesur uwchraddio diweddaraf o waith trin dŵr gwastraff DOKHAVEN yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Dechreuodd adweithydd SHARON cynhyrchiol cyntaf y byd (11) weithredu yma ym mis Hydref 1998, a rhoddwyd adweithydd ANAMMOX (12) cyntaf y byd ar waith ym mis Mehefin 2002.
2. Paramedrau Proses
1) Un set o sgriniau mân, cyfradd llif 510 m³/h, gofod sgrin 3 mm.
2) Dwy set o drwchwyr disgyrchiant, Ф23.6 m, H=3 m, llwyth solidau sych 36 kg/(m²·d), cyfaint llaid 530 m³/d (cynnwys lleithder 94%).
3) Gallu prosesu trwchwr gwregys 90 m³/h neu 700 kg o solidau sych yr awr.
4) Tanc cyfartalu llaid gormodol 900 m³.
5) 6) Dau danc treulio llaid, Ф22 m, H=23 m, amser cadw 28 diwrnod ar 33 gradd, gan arwain at gyfaint llaid o 600 m³/d (cynnwys lleithder 96%) ar ôl treulio. Mae gan danc cydraddoli llaid gapasiti o 900 m³.
7) Dau allgyrchydd, gyda chynhwysedd prosesu o 40 m³/h.
8) Dau danc storio llaid wedi'i ddad-ddyfrio, pob un â chyfaint o 150 m³; amser cadw 2.5 diwrnod; H=14 m.
9) Un adweithydd SHARON; Ф19.5 m, H=5.75 m, cyfradd llif 550 m³/d, amser cadw hydrolig 3 diwrnod, amser cadw aerobig 24 h, tymheredd 35 gradd, pH 7-7.2, crynodiad ocsigen toddedig 1.5 mg/L.
10) Un adweithydd ANAMMOX; Ф2.2 m, H=18 m (V=70 m³), cyfradd llif 550 m³/d. Mae'r adweithydd yn gweithredu ar gynhwysedd o m³/d, gydag amser cadw hydrolig o 3 h, llwyth dylunio o 800 kgN/d, tymheredd o 35 gradd, a pH o 7.5.
Mae adweithydd SHARON yn ocsideiddio hanner yr amonia nitrogen i nitrogen nitraid (heb reolaeth pH). Mae hanner y nitrogen amonia sy'n weddill a'r nitrogen nitraid wedi'i drawsnewid (hanner cyfanswm y nitrogen amonia yn y mewnlif) yn ffurfio'r gymhareb molar sy'n ofynnol ar gyfer ANAMMOX (1: 1), gan ganiatáu i nitrogen amonia a nitrogen nitraid gael eu trosi'n uniongyrchol yn nwy nitrogen trwy drawsnewid awtotroffig. O'i gymharu â phrosesau nitreiddio / dadnitreiddio traddodiadol, mae proses SHARON / ANAMMOX yn lleihau costau gweithredu 90%, allyriadau CO2 88%, yn cynhyrchu dim nwy N₂O niweidiol, nid oes angen unrhyw ddeunydd organig, yn cynhyrchu dim llaid dros ben, ac yn arbed 50% o arwynebedd tir, gan ddangos cynaliadwyedd a buddion economaidd sylweddol.