Predgovor: Ovaj članak govori o "procesu biološkog uklanjanja dušika Anammoxa." Ovaj biološki postupak uklanjanja dušika praktički se koristi u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda od 2002. godine, ali njegova je stopa usvajanja iznimno niska; teško je pronaći mnogo postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Kini koja koriste ovu tehnologiju. Iz njegovih principa možemo vidjeti da u usporedbi s tradicionalnim procesima nitrifikacije i denitrifikacije ima dvije značajne prednosti: nisku potrošnju energije (nema potrebe za-prozračivanjem velikih razmjera) 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 hvaljena je kao revolucionarni napredak u biološkoj obradi otpadnih voda na početku 21. stoljeća. Koristi posebnu vrstu autotrofnih bakterija-anaerobnih bakterija koje oksidiraju amonijak-za izravnu pretvorbu dušika iz amonijaka (NH₄⁺) i nitrita (NO₂⁻) u plinoviti dušik (N₂) pod anaerobnim ili{4}}ograničenim uvjetima kisika, postižući visoko učinkovito uklanjanje dušika. Ovaj proces poništava tradicionalni proces nitrifikacije-denitrifikacije, koji zahtijeva velike količine kisika i izvora organskog ugljika.
Osnovno načelo:
Osnovna kemijska reakcija: NH4⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2H₂O. Anaerobne bakterije koje oksidiraju amonijak izravno "povezuju" amonijak i nitrit kako bi proizvele bezopasan plin dušik, bez potrebe za potpunom oksidacijom dušika iz amonijaka u nitrat i potom redukcijom.
Stanična fiksacija ugljika: ova bakterijska zajednica koristi anorganski ugljik (kao što je CO₂/HCO3⁻) kao izvor ugljika, rastući kemoautotrofnim rastom, značajno smanjujući potrošnju organskih izvora ugljika.
Značajne uštede energije: U usporedbi s tradicionalnim procesima, teoretski, može uštedjeti približno 60% potrošnje energije za prozračivanje (nema potrebe za potpunom nitrifikacijom), 100% izvora organskog ugljika (nema potrebe za denitrifikacijom) i smanjiti višak proizvodnje mulja do 90%.
II. Uvjeti provedbe i ključni izazovi
Uvjeti kontrole reakcije:
Precizna opskrba nitritom: Dio dušika u amonijaku mora se precizno oksidirati u nitrit (kratka-nitrifikacija) kako 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 otopljenog kisika (DO): Potrebno je stvoriti lokalizirano anoksično/anaerobno mikrookruženje (DO < 0,5 mg/L) unutar reaktora kako bi se osigurao životni prostor za Anammox bakterije, dok se istovremeno osigurava preživljavanje bakterija koje oksidiraju amonijak-davanjem NO₂⁻.
Zahtjevi za temperaturu: Optimalna temperatura 30-40 stupnjeva. Niske temperature (<15°C) will significantly reduce bacterial activity and increase operational difficulty.
Zahtjevi za kvalitetu vode: osjetljiva na otrovne tvari (kao što su teški metali, organske tvari i sulfidi), s niskim sadržajem suspendiranih čvrstih tvari (SS).
Izazovi implementacije procesa:
Izuzetno sporo pokretanje-: Anammox bakterije imaju dugo vrijeme stvaranja (10-14 dana) i sporo vrijeme udvostručavanja (otprilike 11 dana), obično zahtijeva 3-12 mjeseci ili čak i više za pokretanje reaktora.
Teško zadržavanje mulja: Posebni dizajni reaktora (kao što su sustavi zrnatog mulja ili sustavi biofilma) potrebni su za učinkovito zadržavanje sporo-rastućih bakterija Anammox.
Složeno spajanje procesa: stabilno postizanje kratke-nitrifikacije (osiguravanje NO₂⁻) i učinkovito spajanje s Anammox reakcijom (kao što su jedno-fazni ili dvo-fazni procesi) ključni je izazov u tehničkoj kontroli.
Slaba otpornost na udarna opterećenja: Loša tolerancija na fluktuacije u kvaliteti, količini i temperaturi ulazne vode, što otežava održavanje radne stabilnosti.
III. Reprezentativni slučajevi trenutne primjene ove tehnologije
**Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda Dokhaven, Rotterdam, Nizozemska (prva svjetska primjena u punom-razmjeru - 2002):** Koristi SHARON® (kratka-nitrifikacija) + Anammox® postupak za obradu digestata mulja. Dugi niz godina uspješnog poslovanja predstavlja prekretnicu u tehnološkom inženjerstvu.
**Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u Strassu, Austrija:** Jedno od svjetski-samo{1}}samodostatnih postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda. Njegov bočni{3}}protok DEMON® proces (temeljen na Anammoxu) tretira digestat, značajno smanjujući potrošnju energije i pomažući postrojenju da postigne više od 100% energetske samodostatnosti-.
**Changi Water Reclamation Plant, Singapur:** Velika-primjena Anammox tehnologije (DEMON proces) u pročišćavanju bočnog{1}}toka za obradu digestata mulja, poboljšavajući učinkovitost i održivost obrade.
**Gaobeidian Reclaimed Water Plant, Peking, Kina:** Jedno od prvih velikih-postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Kini koje je uvelo i uspješno koristilo bočno{1}}tehnologiju Anammox (DEMON proces) za obradu digestata mulja.
Tvornica obnovljene vode Huai Fang u Pekingu, Kina, koristi Anammox proces temeljen na MBBR-u za obradu tekućine za digestiju mulja nakon toplinske hidrolize.
IV. Analiza razloga ograničene popularizacije i promocije?
Unatoč značajnim prednostima, stvarna primjena anaerobne oksidacije amonijaka (ANAO) i dalje je niska, posebno u glavnom pročišćavanju komunalnih otpadnih voda. Glavni razlozi su sljedeći:
1. Visoki tehnički prag i složena kontrola: Osjetljiv je na fluktuacije kvalitete vode i zahtijeva izuzetno visoku preciznost u kontroli parametara kao što su otopljeni kisik, koncentracija nitrita i temperatura, što daleko nadmašuje tradicionalne procese. Rad i održavanje zahtijevaju visoko kvalificirano tehničko osoblje.
2. Sporo pokretanje-i velika ulaganja: Dugo početno-razdoblje (nekoliko mjeseci ili čak više od godinu dana) povećava početne troškove i rizike projekta; posebni reaktori potrebni za mikrobno obogaćivanje i zadržavanje mulja (kao što su zrnati slojevi mulja i MBBR) imaju visoke početne investicijske troškove.
3. Nedostatak dizajna i povezanog operativnog iskustva: U usporedbi sa stoljećima-starim postupkom aktivnog mulja, ANAO tehnologija se koristi samo u stvarnim inženjerskim primjenama oko 20 godina. Specifikacije dizajna, priručnici za rad i baze podataka o iskustvima u rješavanju problema daleko su od zrelosti.
4. Poteškoće u kontroli okolišnih uvjeta za mikroorganizme: Komunalne otpadne vode karakteriziraju niske temperature (osobito zimi), niske koncentracije dušika u amonijaku, složen sastav vode (COD, SS, inhibitori) i velike fluktuacije u brzini protoka. Ove karakteristike značajno odstupaju od optimalnih uvjeta za rast Anammox bakterija, 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 opsežno projektno i operativno iskustvo i potkrijepljeni su brojnim uspješnim studijama slučaja, stvarajući snažnu potpornu inerciju. Uostalom, malo tko bi razmislio o napuštanju zrelog procesa radi novog, posebno s obzirom na značajne rizike ulaganja koji su uključeni.