Защо технологията за биологично отстраняване на азот Anammox е трудна за широко популяризиране в пречиствателните станции за отпадъчни води?

Предговор: Тази статия обсъжда „процеса за отстраняване на биологичен азот с Anammox“. Този процес на биологично отстраняване на азот се използва практически в пречиствателните станции за отпадъчни води от 2002 г., но степента на неговото приемане е изключително ниска; трудно е да се намерят много пречиствателни станции в Китай, използващи тази технология. От неговите принципи можем да видим, че в сравнение с традиционните процеси на нитрификация и денитрификация, той има две значителни предимства: ниска консумация на енергия (няма нужда от -мащабна аерация) и няма нужда от източник на въглерод (автотрофни микроорганизми). Използването на този процес може значително да намали оперативните разходи за отстраняване на азот.

Определение: Технологията Anammox е приветствана като революционен пробив в биологичното пречистване на отпадъчни води в началото на 21 век. Той използва специален тип автотрофни бактерии-анаеробни амонячно окисляващи бактерии-за директно преобразуване на амонячен азот (NH₄⁺) и нитрит (NO₂⁻) в азотен газ (N₂) при анаеробни или{4}}ограничени условия на кислород, постигайки високоефективно отстраняване на азот. Този процес преобръща традиционния процес на нитрификация-денитрификация, който изисква големи количества кислород и източници на органичен въглерод.

Основен принцип:

Основна химическа реакция: NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2H₂O. Анаеробните бактерии, окисляващи амоняка, директно „свързват“ амоняка и нитрита, за да генерират безвреден азотен газ, без да е необходимо напълно да окисляват амонячния азот до нитрат и след това да го редуцират.

Клетъчно фиксиране на въглерод: Тази бактериална общност използва неорганичен въглерод (като CO₂/HCO3⁻) като източник на въглерод, растящ чрез хемоавтотрофен растеж, значително намалявайки консумацията на източници на органичен въглерод.

Значителни икономии на енергия: В сравнение с традиционните процеси, теоретично може да спести приблизително 60% от консумацията на енергия за аериране (няма нужда от пълна нитрификация), 100% източник на органичен въглерод (няма нужда от денитрификация) и да намали излишното производство на утайки с до 90%.

Условия за контрол на реакцията:

Прецизно снабдяване с нитрит: Част от амонячния азот трябва да бъде прецизно окислена до нитрит (кратко{0}}нитрификация), за да се поддържа стабилна концентрация на NO₂⁻ (обикновено<30 mg/L). Excessive levels will inhibit bacterial activity, while insufficient levels will result in inadequate reaction.

Прецизен контрол на разтворения кислород (DO): Трябва да се създаде локализирана аноксична/анаеробна микросреда (DO < 0,5 mg/L) в реактора, за да се осигури жизнено пространство за бактериите Anammox, като същевременно се гарантира оцеляването на амонячните-окислителни бактерии чрез осигуряване на NO₂⁻.

Температурни изисквания: Оптимална температура 30-40 градуса. Ниски температури (<15°C) will significantly reduce bacterial activity and increase operational difficulty.

Изисквания за качество на водата: Чувствителна към токсични вещества (като тежки метали, органични вещества и сулфиди), с ниско съдържание на суспендирани твърди вещества (SS).

Предизвикателства при внедряването на процеса:

Изключително бавен старт-: Бактериите Anammox имат дълго време за генериране (10-14 дни) и бавно време за удвояване (приблизително 11 дни), като обикновено са необходими 3-12 месеца или дори повече за стартиране на реактора.

Трудно задържане на утайки: Необходими са специални конструкции на реактори (като системи с гранулирана утайка или системи с биофилм) за ефективно задържане на бавно-растящите бактерии Anammox.

Свързване на комплексен процес: Стабилното постигане на кратко{0}}нитрификация (осигуряване на NO₂⁻) и ефективното й свързване с реакцията Anammox (като едно-етапни или дву-етапни процеси) е ключово предизвикателство в инженерния контрол.

Слаба устойчивост на ударни натоварвания: Лоша толерантност към колебания в качеството, количеството и температурата на вливащата се вода, което затруднява поддържането на оперативна стабилност.

**Пречиствателна станция за отпадъчни води Dokhaven, Ротердам, Холандия (първото в света пълно-мащабно приложение - 2002):** Използва SHARON® (късо-нитрификация) + Anammox® процес за третиране на остатък от утайки. Успешно работещ в продължение на много години, той представлява крайъгълен камък в технологичното инженерство.

**Пречиствателна станция за отпадъчни води в Щрас, Австрия:** Една от най-енергийно{0}}само{1}}пречиствателните станции в света. Неговият процес DEMON® със страничен{3}}поток (базиран на Anammox) третира остатъка, като значително намалява потреблението на енергия и помага на растението да постигне над 100% енергийна самодостатъчност-.

**Changi Water Reclamation Plant, Сингапур:** Мащабно-прилагане на технологията Anammox (процес DEMON) в нейното третиране на страничния-поток за третиране на остатък от утайки, подобрявайки ефективността и устойчивостта на третиране.

**Завод за рециклирана вода Gaobeidian, Пекин, Китай:** Една от най-ранните-мащабни пречиствателни станции за отпадъчни води в Китай, които въвеждат и работят успешно със странична{1}}технология Anammox (процес DEMON) за третиране на утайка от остатъчен остатък.

Заводът за рециклирана вода Huai Fang в Пекин, Китай, използва процеса Anammox, базиран на MBBR, за третиране на течност за смилане на утайки след термична хидролиза.

Въпреки значителните предимства, действителното приложение на анаеробно амонячно окисление (ANAO) остава слабо, особено при основното пречистване на битови отпадъчни води. Основните причини са следните:

1. Висок технически праг и сложен контрол: Той е чувствителен към колебанията в качеството на водата и изисква изключително висока прецизност при контролиране на параметри като разтворен кислород, концентрация на нитрити и температура, далеч надхвърлящи традиционните процеси. Експлоатацията и поддръжката изискват висококвалифициран технически персонал.

2. Бавно стартиране-и големи инвестиции: Продължителният начален-период (няколко месеца или дори над година) увеличава първоначалните разходи и рискове на проекта; специалните реактори, необходими за микробно обогатяване и задържане на утайки (като легла с гранулирана утайка и MBBRs), имат високи първоначални инвестиционни разходи.

3. Липса на дизайн и свързан с него оперативен опит: В сравнение с век-стария процес на активна утайка, технологията ANAO се използва в реални инженерни приложения само от около 20 години. Спецификациите на дизайна, ръководствата за експлоатация и базите данни с опит за отстраняване на неизправности далеч не са зрели.

4. Трудност при контролиране на условията на околната среда за микроорганизми: Общинските отпадъчни води се характеризират с ниски температури (особено през зимата), ниски концентрации на амонячен азот, сложен състав на водата (ХПК, SS, инхибитори) и големи колебания в скоростта на потока. Тези характеристики значително се отклоняват от оптималните условия за растеж на бактериите Anammox, което затруднява стабилната работа.

5. Зависимост от и доверие в традиционните процеси на денитрификация: Традиционните процеси на нитрификация-денитрификация са зрели, надеждни, лесни за работа, силно устойчиви на шокови натоварвания, имат богат проектантски и експлоатационен опит и са подкрепени от многобройни успешни казуси, създавайки силна инерция за поддръжка. В края на краищата, малцина биха обмислили изоставяне на зрял процес за нов, особено като се имат предвид значителните инвестиционни рискове.