Predgovor: Ovaj članak govori o "Anammox biološkom procesu uklanjanja dušika." Ovaj proces biološkog uklanjanja azota se praktično koristi u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda od 2002. godine, ali je njegova stopa usvajanja izuzetno niska; teško je pronaći mnoga postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Kini koja koriste ovu tehnologiju. Iz njegovih principa možemo vidjeti da u poređenju sa tradicionalnim procesima nitrifikacije i denitrifikacije, ima dvije značajne prednosti: nisku potrošnju energije (nema potrebe za velikim-aeracijom) i nema potrebe za izvorom ugljika (autotrofni mikroorganizmi). Korištenje ovog procesa može uvelike smanjiti operativne troškove uklanjanja dušika.
I. Tehnički principi Anammoxa
Definicija: Anammox tehnologija je pozdravljena kao revolucionarni proboj u biološkom tretmanu otpadnih voda na početku 21. stoljeća. Koristi posebnu vrstu autotrofnih bakterija-anaerobnih bakterija koje oksidiraju amonijak-za direktnu pretvorbu amonijačnog dušika (NH₄⁺) i nitrita (NO₂⁻) u plin azota (N₂) pod anaerobnim ili kisikovim{4}ograničenim uvjetima uklanjanja dušika{4}čija. Ovaj proces poništava tradicionalni proces nitrifikacije-denitrifikacije, koji zahtijeva velike količine kisika i organskih izvora ugljika.
Osnovni princip:
Osnovna hemijska reakcija: NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2H₂O. Anaerobne bakterije koje oksidiraju amonijak direktno "povezuju" amonijak i nitrit kako bi stvorile bezopasni dušikov plin, bez potrebe za potpunom oksidacijom amonijačnog dušika u nitrat, a zatim smanjenjem.
Stanična fiksacija ugljika: Ova bakterijska zajednica koristi anorganski ugljik (kao što je CO₂/HCO₃⁻) kao izvor ugljika, koji raste kroz hemoautotrofni rast, značajno smanjujući potrošnju organskih izvora ugljika.
Značajne uštede energije: U poređenju s tradicionalnim procesima, teoretski, može uštedjeti približno 60% potrošnje energije za aeraciju (nema potrebe za potpunom nitrifikacijom), 100% izvora organskog ugljika (nema potrebe za denitrifikacijom) i smanjiti proizvodnju viška mulja do 90%.
II. Uslovi implementacije i ključni izazovi
Uvjeti kontrole reakcije:
Precizna opskrba nitritima: Dio amonijačnog dušika treba precizno oksidirati u nitrit (kratka-nitrifikacija) da bi se održala stabilna koncentracija NO₂⁻ (obično<30 mg/L). Excessive levels will inhibit bacterial activity, while insufficient levels will result in inadequate reaction.
Precizna kontrola rastvorenog kiseonika (DO): Lokalizovano anoksično/anaerobno mikrookruženje (DO < 0,5 mg/L) treba da se stvori unutar reaktora kako bi se obezbedio životni prostor za Anammox bakterije, dok bi se osigurao opstanak bakterija koje-oksidišu amonijak obezbeđivanjem NO₂⁻.
Temperaturni zahtevi: Optimalna temperatura 30-40 stepeni. niske temperature (<15°C) will significantly reduce bacterial activity and increase operational difficulty.
Zahtjevi za kvalitetu vode: Osetljiva na toksične supstance (kao što su teški metali, organske materije i sulfidi), sa niskim sadržajem suspendovanih čvrstih materija (SS).
Izazovi implementacije procesa:
Izuzetno sporo pokretanje-: Anammox bakterije imaju dugo vrijeme generiranja (10-14 dana) i sporo vrijeme udvostručavanja (otprilike 11 dana), što obično zahtijeva 3-12 mjeseci ili čak duže za pokretanje reaktora.
Teško zadržavanje mulja: Posebni dizajni reaktora (kao što su sistemi granuliranog mulja ili sistemi biofilma) su potrebni za efikasno zadržavanje-anammox bakterija koje sporo rastu.
Složeno spajanje procesa: Stabilno postizanje kratko-nitrifikacije (obezbeđivanje NO₂⁻) i njeno efikasno povezivanje sa Anammox reakcijom (kao što su jedno- ili dvostepeni- procesi) je ključni izazov u inženjerskoj kontroli.
Slaba otpornost na udarna opterećenja: Loša tolerancija na fluktuacije u kvaliteti vode, količini i temperaturi, što otežava održavanje operativne stabilnosti.
III. Reprezentativni slučajevi trenutne primjene ove tehnologije
**Postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda Dokhaven, Rotterdam, Holandija (prva svjetska potpuna-primjena - 2002):** Koristi SHARON® (kratka-nitrifikacija) + Anammox® proces za tretiranje digestata mulja. Uspješno poslujući dugi niz godina, predstavlja prekretnicu u tehnološkom inženjerstvu.
**Postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda Strass, Austrija:** Jedno od energetski{0}}samodostatnih{1}}postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda na svijetu. Njegov bočni-DEMON® proces (zasnovan na Anammoxu) tretira digestat, značajno smanjujući potrošnju energije i pomažući biljci da postigne više od 100% energetske samodovoljnosti.
**Changi Water Reclamation Plant, Singapur:** Široka-primjena Anammox tehnologije (DEMON proces) u svom bočnom-tretiranju za tretman digestata mulja, poboljšavajući efikasnost tretmana i održivost.
**Gaobeidian Reclaimed Water Plant, Peking, Kina:** Jedno od najranijih velikih-postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Kini koje je uvelo i uspješno radilo na bočno{1}}anammox tehnologiji (DEMON proces) za obradu digestata mulja.
Fabrika regenerisane vode Huai Fang u Pekingu, Kina, koristi Anammox proces zasnovan na MBBR za tretiranje tečnosti za varenje mulja nakon termalne hidrolize.
IV. Analiza razloga za ograničenu popularizaciju i promociju?
Uprkos značajnim prednostima, stvarna primjena anaerobne oksidacije amonijaka (ANAO) i dalje je niska, posebno u uobičajenom tretmanu komunalnih otpadnih voda. Glavni razlozi su sljedeći:
1. Visoki tehnički prag i složena kontrola: Osetljiva je na fluktuacije kvaliteta vode i zahteva izuzetno visoku preciznost u kontroli parametara kao što su rastvoreni kiseonik, koncentracija nitrita i temperatura, što daleko prevazilazi tradicionalne procese. Rad i održavanje zahtijevaju visoko kvalifikovano tehničko osoblje.
2. Sporo pokretanje-i velika ulaganja: Dug period pokretanja-(nekoliko mjeseci ili čak više od godinu dana) povećava početne troškove projekta i rizike; specijalni reaktori potrebni za mikrobiološko obogaćivanje i zadržavanje mulja (kao što su granulirani slojevi mulja i MBBR) imaju visoke početne troškove ulaganja.
3. Nedostatak dizajna i povezanog operativnog iskustva: U poređenju sa stoljetnim-postupkom aktivnog mulja, ANAO tehnologija se koristi u stvarnim inženjerskim aplikacijama tek oko 20 godina. Specifikacije dizajna, priručnici za upotrebu i baze podataka o iskustvima u rješavanju problema daleko su od zrelih.
4. Poteškoće u kontroli uslova životne sredine za mikroorganizme: komunalne otpadne vode karakterišu niske temperature (posebno zimi), niske koncentracije amonijačnog azota, složen sastav vode (COD, SS, inhibitori) i velike fluktuacije u protoku. Ove karakteristike značajno odstupaju od optimalnih uslova rasta za Anammox bakterije, što otežava stabilan rad.
5. Ovisnost o tradicionalnim procesima denitrifikacije i povjerenje u njih: Tradicionalni procesi nitrifikacije-denitrifikacije su zreli, pouzdani, jednostavni za rukovanje, visoko otporni na udarna opterećenja, imaju veliko iskustvo u dizajnu i radu, te su podržani brojnim uspješnim studijama slučaja, stvarajući snažnu inerciju podrške. Na kraju krajeva, malo ko bi razmišljao o napuštanju zrelog procesa radi novog, posebno s obzirom na značajne rizike ulaganja.