אתגר ה-Ntrogenous Compounds in Wastewater

טיפול בשפכים הוא אבן הפינה של הגנה סביבתית ובריאות הציבור.בין המזהמים הרבים שיש להסיר, תרכובות חנקן - אמוניה (NH3), nitrite (NO2-), nitrate (NO3), וחנקן אורגני - נניח אתגרים מתמשך ומורכבים. אלה תרכובות דלקות דלקתיות בקבלת מים, מה שמוביל לפריחה מזיקה, חמצן מסורתי, הורג, והשפלה של מקורות אלכוהוליים, לעתים קרובות, או חומרים כימיים.

הבנה של ניברסנס במים

סוגים ומקורות

[ה] ב[[1848]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[[[1924]], [[1924]], [[[[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]

השפעות סביבתיות ובריאות

כאשר משוחרר ללא טיפול, אמוניה היא רעילה ישירות לחיים מימיים בריכוזים נמוכים כמו 0.2 מ"ג / L. Nitrates במי שתייה יכול לגרום ליתמוגלובמיה ("תסמונת התינוק הכחול") בתינוקות, חנקן פועל כהגבלת מזון מזין בגופי מים; עומסים נוספים גורמים לאלגל לפרוח שמש, טיהור חמצן, רעלנים.

שיטות לאמנה עבור Nitrogen Removal וגבולותיהם

כדי להעריך את התפקיד של אוזון, זה עוזר להבין את הגישות הסטנדרטיות:

  • (ב) (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Breakpoint chlorinationFLT:1: שיטה כימית שבה כלוריין נוסף לחמצן אמוניה גז חנקן.זה יעיל אבל צור כמויות גדולות של chlorine (לעתים קרובות 10:1 Cl2:NH3-N על ידי משקל), מייצרת חומרים מזיקים לחיטוי (DBPs) כגון כלורואמין ו-Omam, ודורש שליטה זהירה.
  • (FLT:0) החלפתו של אמברולו 1:1: רסטין סלקטיבית או זאלולטים (למשל, קלינופיליט) להסיר את ions ammonium.התהליך יעיל לריכוזים נמוכים אך מייצר גרגר עשיר אמוניה שיש לפרק או מעובד נוסף, וההשרף זקוק להתחדשות תקופתית.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (RO, NF)FLT:1: מחיקת כל צורות החנקן גבוהה, אבל membranes יקרים, אנרגיה-intensive, ומייצרים רזון מרוכז הדורש את סילוקם.

כל השיטות הללו יש חסרונות: קינטיקה איטית, דרישות כימיות, ייצור סלפט, טיפול עדין או היווצרות של חומרים משניים.אוזון מציע מנגנון שונה לחלוטין.

הכימיה של אוזון לניטרוגן אוקסידציה

אוזון כאוקסידנט

Ozone (O3) הוא חמצון חזק עם פוטנציאל חמצון של 2.07 V (רק שנייה לפלואורין ואת רדיקלי הידרוקסיל) זה מגיב ישירות עם תרכובות או מנחות כדי ליצור רדיקלים hydroxyl (OH), אשר הם אפילו יותר תגובתי.הנתיב העיקרי תלוי pH: אוזון ישיר חומצי ישירות לשלוט; בשרשרת אלקלינט הם איטיים למניעה חנקן.

תגובות ישירות עם Nitrogen Species

  • (NH3)FLT:1; Ozone אינו מגיב באופן משמעותי עם ammonium (NH4+) ב pH נמוך, אבל ב- pH > 9 האמוניה החופשית הוא במהירות מחומצן ל nitrite ובסופו של דבר ל nitrate.H3 + 3 + O3 + 2 + 2 + + + + + + + + 2 + + + 2 + + + + 2 + 2 + 2 + 2 + Ox t + 2, 000 ל-NL.
  • (FLT:0)Nitrite (NO2-)FearLT:1; Ozone oxidizes nitrite to nitrate כמעט מיידי: NO2- + O3 / + O2, זוהי תגובה יעילה מאוד - 1 מ"ג O3 ל- NO2-N הוא מספיק.
  • (ב) [ה]: [ה] [ה] [ה]]: [ה] [ה] [ה]]] [ה]]]], [ה]] [ה]]]][ה]]]], [התקוף את קבוצות האוזון [הטבעת] ואת טבעות המכילות חנקן (ה] ישירות לגז חנקן בנוכחות זרזים.

אוקסידציה עקיף באמצעות הידרוקסיל רדיקלים

כאשר ozone Decomposes, זה יוצר - OH רדיקלים שאינם סלקטיביים ותגובה מאוד. רדיקלים אלה יכולים להמיר אמוניה גז חנקן (N2) בתנאים מסוימים, עקיפים את המסלול הניטראט והשגת הסרה חנקנית מלאה.נתיב זה אטרקטיבי במיוחד כי הוא אינו מייצר פסולת ניטראט.עם זאת, הוא דורש מינון גבוה של האוזון, pH, או תוספת של מימן של 22 (Op) ל-H2 (Opate) מעל ל-H2A) כדי לשפר את החנקן מתקדם (Op) מעל 2.2Acc2.

היתרונות של טיפול באוזון עבור Nitrogenous Compounds

  • (ב) ⁇ 0) מהירות התגובה הגבוהה של ההרחבה: Ozone oxidizes nitrite תוך שניות ודלקת אמוניה תוך דקות, הרבה יותר מהר מאשר תהליכים ביולוגיים.
  • (ב) לא היה שום עבריין ביולוגי: שלא כמו פענוח מופעל, אוזון אינו מייצר יותר ביומסה, ביטול עלויות טיפול וסילוק.
  • (ב) ,0) ,0 (הספקות של ⁇ ) , (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ניכוי של חומרים מחטאים 1 (FLT: Ozone אינו יוצר DBPs כלור; במקום זאת, הוא מחמצן מבשרים אורגניים, מה שהופך את הכלור מחדש בטוח יותר אם צריך.
  • (FLT:0) שיפור ביודות degradabilityFIRLT:1; אוזון חלקי פורץ חומר אורגני השביר ומגדיל טיפול ביולוגי לאחר מכן - נקרא לעתים קרובות לפני או לאחר ozonation.
  • (ב) אין שאריות כימיות: האוזון משתחרר בחזרה לחמצן, ואינו מותיר שאריות מזיקות כאשר מנוהל כראוי.
  • (ב) ⁇ :0) הסרת צבע, ריח ומיקרו-פולקלורנטים 1: אוזון תוקף במקביל ספקטרום רחב של contaminants, שיפור איכות כוללת.

מערכות טיפול של Ozone

דור האוזון

Ozone הוא בלתי יציב ויש ליצור באתר.השיטה הנפוצה ביותר היא (FLT:0corona quacioFLT:1: זרם גבוה ומורכב על פני פער הפרשות בנוכחות חומר דיאלקטרי (משקפיים או קרמיקה) וחמצן טהור או אוויר יבשה, גנרטורים של חמצן מכווצים גבוהים יותר (10-14% על ידי משקל) והם יעילים יותר ל-UV (אונקסטרו) ו- 8 קילו-אונקוואט נמוך יותר) הם יכולים לייצר ריכוזים נמוכים יותר של דלק חמצן.

מערכות מגע

העברת המונים יעילה של אוזון לתוך שפכים היא קריטית.אנשי קשר משותפים כוללים:

  • (FLT:0)Bubble עמודה / בועה דקת דיפראוזרמבראט (Dyffusers) 1:1: פשוט ויעיל, עם קרמיקה או מנברון דיפראוזים בתחתית.
  • (ב) ⁇ :0) ורוטרי מזרקתים 1FLT: אווורי יוצר לחץ שלילי, שואב גז אוזון לתוך זרם צדדי של מים אשר לאחר מכן מוחזר עם הזרם הראשי.קומפקטי, יעיל, אבל דורש לחץ גבוה וכלי שיט דה-גזינג במורד הזרם.
  • (FLT:0) כור טנקי סטורד 1: משמש למחקר או יישומים תעשייתיים בקנה מידה קטן שבו יש צורך בתערובת נמרצת.
  • (בשורה התחתונה:0) , מיקסרים סטטיים בקונטימיים (FLT:1): לספק זמן מהיר אך מוגבל ליצירת קשר; לעתים קרובות ואחריו צינור אחזקת תקע.

שליטה ובקרה

המינון הנדרש של האוזון משתנה עם המין החנקן הנוכחי.עבור ממריץ משני טיפוסי עם 20 מ"ג / L NH3-N והמטרה של < 5 מ"ג / L, מנה של 50-80 מ"ג O3 / L עשוי להיות נחוץ אם pH הוא גבוה.זמן ניטור אמיתי של אמוניה, pH, ו פוטנציאל חמצן (OR) מאפשר לשלוט משוב תרמי או גזי או דלקת ריאות חייב להיות מופקד לפני שחרור דלקת ריאות תרמית.

שיקולים בטיחות

אוזון הוא גז רעיל (OSHA PEL 0.1 ppm) חדרי גנרטור סגורים דורשים גלאי גז, אוורור, והתערבות. Leak זיהוי ותהליכי הפסקת חירום הם חובה. מפעילי חייב להיות מאומן בטיפול בציוד גבוה וגז האוזון.

אתגרים ומגבלות

  • (FLT:0) הון גבוה ועלויות תפעול 1:1: גנרטורים של האוזון, אספקת חשמל, אנשי קשר וציוד בטיחות מייצגים השקעה משמעותית.עלויות אנרגיה יכול להיות גבוה פי 20-30% מאשר טיפול ביולוגי ל פאונד של חנקן.
  • (FLT:0) יצירת אחים (BrO3) : במי פסולת המכילה bromide (טבעי או ממקורות תעשייתיים), אוזון יכול ליצור bromate (BrO3), חומר אנושי פוטנציאלי המסדיר 10 μg / L במי שתייה.שליטה קפדנית של pH, אוזון, והשימוש בתוספת אמוניה או AOP יכול למזער את הבוגר.
  • (FLT:0) אלקטרוניקה עבור ammoniaFLT:1: ב pH נייטרלי, אוזון ישיר של אמוניה הוא איטי; העלאת pH ל 9-10 משפרת את הריבית אבל עשוי להחליש סידן פחמן אם קשה הוא גבוה. לחלופין, O3 / H2 AOP פועל ב pH נייטרלי אבל לצרוך יותר כימיקלים.
  • (ב) [ה]החומרה המוחלטת ל-N2 קשה; לעיתים קרובות יש צורך להסיר את שרידי הניטראט, אשר יש להסירם מבחינה ביולוגית או לשחררם אם מותר.
  • (ב) ⁇ :0) טיפול דורש את FLT:1: גבוה השעה מוצקות (TSS) אוזון אוזון הפחתת יעילות.פלסטרציה או סידול לפני שאנשי הקשר של האוזון מומלץ.
  • (ב) ,0) מיומנות של המיומנות של האוזון: מערכות האוזון דורשות מעקב קפדני של ריכוז גז, זרימה ולחץ מערכת.

מחקרים ויישומים מעשיים

טיפול זמני העירוני: העיר אדנטון, קנדה

צמח טיפול במים זהב ב Edmonton משתמש באוזון לצורך חיטוי ו-micropollutant Transfer. Studies שם הראה כי מנה של 5-10 מ"ג / L מופחתת חנקן הכולל ב-15-20% באמצעות חמצון חמצן וחמצן אמוניה חלקית, בעוד גם degrading Endocrine-rupting כימיקלים.

כלכלנים תעשייתיים: Landfill Leachate and טקסטיל Wastewater

לנמנטה Landfill מכיל רמות גבוהות של אמוניה (עד 2000 מ"ג / L) ו-Refractory אורגניs. ריצוף בקנה מידה טייס במתקן Veolia בצרפת השיג 70% פליטה אמוניה עם מנה של 1-1.5 גרם לגרם NH3-N ב- pH.התהליך גם מופחת באופן משמעותי צבע וחמצן כימי.

שילוב עם טיפול ביולוגי

מגמה הולכת וגוברת היא להשתמש באוזון כטיפול מקדים לפרק תרכובות חנקן חנקן לפני תהליכים ביולוגיים, או כליטוט לאחר טיפול ביולוגי.לדוגמה, תהליך O

מגמות וחדשנות עתידיים

קטליטית Ozonation

הוספת זרזים כגון ברזל, מנגן, או תחמוצת טיטניום משפרת את היווצרות רדיקלית ומשפרת חמצון אמוניה לגז חנקן ב pH נייטרלי.

אוזון ושודד ביולוגי (O3+BAF)

שילוב של אוזון עם פחמן מופעל ביולוגי או סינון חול יכול להשיג הסרה חנקן עמוק תוך שליטה על bromate. ozone באופן חלקי חמצון אורגנים ו anmmonia, אז הביופיל להשלים nitrification או denitrification. כמה מתקנים בקנה מידה מלא באירופה עכשיו להשתמש בגישה זו לשימוש במים.

אופטימיזציה בזמן אמת באמצעות AI

מודלים של למידת מכונות מפותחים כדי לחזות מינון האוזון אופטימלי המבוסס על אמוניה בזמן אמת, pH, וזרימה, צמצום האנרגיה והפסולת הכימית.לדוגמה, פרויקט "האוזון" באוניברסיטה הטכנית של מינכן משתמש ברשתות עצביות כדי להתאים את הפלט האוזון על בסיס דקה-ידי דקות.

הדור החדש של אוזון

ככל שעלויות חשמל מתחדשות נופלות, גנרטורים אוזון המופעלים על ידי השמש הופכים להיות קיימא לטיפול מבוזר באזורים כפריים או מחוץ לריד.טייס בהודו הכפרי משתמש במערך פוטו-וולטאי של 5 קילוואט כדי לכפות מגע אוזון קומפקטי להסרת אמוניה ממי קרקע.

מסקנה

אוזון מציג פתרון חזק ורב צדדי להסרת תרכובות חנקניות ממי פסולת.היכולת שלו לחמצן במהירות אמוניה, nitrite וחנקן אורגני ללא הפקת חנק או ע"י תוצרי לוואי חיטוי קונבנציונליים הופכת אותו אלטרנטיבה אטרקטיבית או להשלים את שיטות ביולוגיות וכימיקליות מסורתיות, בעוד עלויות הון, צריכת אנרגיה, ואת הפוטנציאל של אתגרים רבים נשאר, חידושים מתמשכת של דלקת שתן קטליטי, מערכות היברידיות, שיפור ערך סביבתית אונקיה באמת, כדי להשיג רק עבור מתקנים סביבתיים, כדי להשיג יעילות שלה.

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1966]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] ב[[1924]], [[