حذف امونیاک از اب

فرآيندهاي زيستي اغلب مواقع مهمترين و مؤثرترين فناوري حذف امونیاک از اب و پساب شناخته ميشوند. از دلايل برتري روشهاي زيستي نسبت به ساير روشها ميتوان به هزينه ي عملياتي بالاتر، عملكرد ناهمگون و ناپايدار و مشكلات بهره برداري و نگه داري در روشهاي فيزيكي و شيميايي اشاره كرد. روش زيستي مرسوم نيتريفيكاسيون– دنيتريفيكاسيون نام دارد. اما روشهاي نوين ديگري نيز توسعه داده شد كه عمدتاً داراي بازدهي و عملكرد بالاتري مي باشند.

سيستم تك راكتوري حذف امونیاک از اب

فرآيند شارون در سال 1990ميلادي در دانشگاه دلفت هلند توسعه يافت. مكانيسم اين فرآيند براساس نيتريفيكاسيون جزئي و دنيتريفيكاسيون ميباشد؛ به اين معني كه نيتريفيكاسيون و دنيتريفيكاسيون به جاي نیترات (NO3) ، توسط  نیتریت (NO2) به هم مرتبط هستند. نیتریت (NO2) به عنوان محصول مياني در نيتريفيكاسيون نيتروژن آمونياكي توليد شده و سپس براساس دنيتريفيكاسيون، نیتریت (NO2) به N2كاهش مييابد. با توجه به محدود شدن فرآيند نيتريفيكاسيون به يك مرحله، در انرژي هوادهي صرفه جويي شده و لجن به ميزان %30كاهش مييابد. استوكيومتري فرآيند به صورت زير است :

چندين پارامتر عملياتي مانند غلظت اكسيژن محلول (DO) ، دما و pH براي فرآيند شارون مهم هستند. تعديل باكتريهاي اكسيدكننده ي نيتريت NOB براي نيتريفيكاسيون جزئي و دنيتريفيكاسيون حياتي است؛ زيرا NOB   نیتریت (NO2) را بهنیترات (NO3) اكسيد كرده و نيتريفيكاسيون جزئي را به نيتريفيكاسيون كامل تبديل ميكند. باكتريهاي اكسيدكننده ي نيتريت در مقايسه با باكتري هاي اكسيدكننده ي امونياك AOBبه غلظت اكسيژن محلول بالايي نياز دارند.بنابراين AOBدر غلظت DOپايين حاكم است كه اين تجمع نیتریت (NO2) و وقوع نيتريفيكاسيون جزئي و دنيتريفيكاسيون را توسط نیتریت (NO2) نتيجه ميدهد. اگرچه غلظت كم اكسيژن محلول >1.5 mg/l براي نيتريفيكاسيون جزئي مطلوب است، اما مقدار نيتريفيكاسيون را كاهش داده و حذف كمتر CODو توده لجن را در پي دارد. غلظت 1-1.5 mg/l براي فرآيند شارون در تصفيه ي پساب مقدار مناسب ارزيابي شده است.

مولدر و همكاران با بررسي چندين واحد تصفيه به روش شارون، استفاده از اين فرآيند را براي تصفيه ي پسابهاي حاوي آمونياك زياد مناسب ارزيابي كردند. زمان ماند هوازي و غلظت نيتريت دو پارامتر مهم براي كنترل غلظت خروجي آمونياك بودند. راندمانهاي حذف آمونياك بيش از %95و با توجه به الزامات واحد تصفيه و مينيمم كردن هزينه ي حذف نيتروژن كل متغير بوده است. استفاده از هوادهي به شكل حبابهاي ريز و به كارگيري محصولات
جانبي صنعت سوخت زيستي به عنوان منبع كربني براي دنيتريفيكاسيون، هزينه هاي عملياتي را به طور مؤثري كاهش داد.

اكسيداسيون بي هوازي آمونيوم

فرآيند آناموكس يا اكسيداسيون بي هوازي آمونيوم در سال 1995توسط مولدر و همكارانش در يك راكتور بستر سيالي در مقياس آزمايشگاهي به كار گرفته شد. در مقايسه با فرآيندهاي متعارف اين فرآيند اتوتروف شامل تبديل كامل آمونيوم به گاز نيتروزن است بدون اين كه ماده ي آلي خارجي اضافه گردد؛ از اين رو مصرف منبع كربن آلي تجزيه پذير زيستي به ميزان %100كم ميشود. در ارتباط با دفع لجن، با توجه به سرعت رشد پايين ميكروارگانيسم  هاي مسئول براي فرآيند آناموكس، علاوه بر كاهش انتشار ،CO2در هزينه هاي عملياتي تا حدود % 90صرفه جويي صورت خواهد گرفت.

آناموكس تحت شرايط آنوكسيك در حضور الكترونده ندگان (آمونياك) و الكترونپذيرندگان مختلفي مانند نيتريت، نيترات، آهن IIIسولفات و بيكربنات رخ ميدهد. آزمايشها نشان داد كه نيتريت به هيدروكسيلامين كاهش يافته و در نهايت گاز نيتروژن توليد ميشود. در آزمايش هاي ناپيوسته با آمونيوم و هيدروكسيلامين اضافي، تجمع ناپايدار هيدرازين مشاهده شد كه نشان ميدهد هيدرازين ميتواند يك ماده ي واسطه در اين فرآيند باشد. باكتريهاي اين
فرآيند به عنوان اعضاي جديدي از خانوادهي اتوتروفها -يعني از دسته پلانكتومايستها- كشف و شناخته شدند. اين باكتريها داراي رفتار غيرمعمولي هستند، به طوري كه از آمونيوم مصرف كرده و در شرايط بيهوازي زندگي ميكنند.
در بيوراكتورهايي كه از فرآيند آناموكس به همراه محيط كشت غني كننده از اين دسته ميكروبها استفاده شده است، راندمان بسيار بالايي براي حذف نيتروژن گزارش شده است. وجود اين دسته از باكتريها در اقيانوس و توزيع گسترده– ي آنها در طبيعت و تنوع فراوان آنها توسط دانشمندان بررسي شده است. فعاليت باكتريهاي آناموكس نسبت به اكسيداسيون آمونيوم تحت شرايط آنوكسيك توسط باكتريهاي ازت خوار هوازي و به هنگام استفاده از نيتريت به عنوان پذيرنده ي الكترون، 25برابر بيشتر است. باكتريهاي آناموكس مختلفي كه تا به حال كشف شدهاند، بروكاديا آناموكسيدانس و كونفيااستوتگارتينسيس از گونههاي غالب فرآيند آناموكس ميباشند.

محدوده ي مناسب pHبراي باكتري آناموكس بين 7.7تا 8.3مي باشد و ماكزيمم سرعت واكنش در pHبرابر با 8 رخ ميدهد. دما يك فاكتور مهم براي رشد سلول و فعاليت متابوليك ميباشد. به طور معمول سلولها در دماي بالاتر سريعتر رشد ميكنند. به دليل اين كه سرعت رشد باكتري آناموكس بسيار كند است، ارتباط صحيح و دقيقي بين سرعت رشد آن و دما وجود ندارد . دماي بهينه براي باكتريهاي آناموكس 28-26˚Cميباشد و سرعت واكنش در
دماهاي كمتر از 15˚Cيا بيشتر از 40˚Cبه سرعت افت ميكند. ژانگ و همكاران دماي 30تا 32˚Cو زمان ماند هيدروليكي يك روز را براي فرآيند آناموكس بهينه معرفي كردند. به عنوان نتيجه اي از نوع رشد كند باكتري آناموكس، راكتورهاي مورد نظر به منظور حفظ غلظتهاي بالايي از بيومس خصوصاً در محوطه ي راه اندازي بايد زمان ماند لجن محوطه طولانی داشته باشد.