روش های عملی و اجرایی نیترات زدایی از فاضلاب

روش های عملی و اجرایی نیترات زدایی از فاضلاب

اسمز معکوس ، تبادل یونی،تقطیر،الکترودیالیز،نیتروژن زدایی بیولوژیکی ، رهاسازی آمونیاک،نیتریفیکاسیون و دنیترفیکاسیون ، رقیق سازی    

اسمز معکوس

در فرآیند اسمز معکوس آب با فشار زیاد

روش های عملی و اجرایی نیترات زدایی از فاضلاب

اسمز معکوس ، تبادل یونی،تقطیر،الکترودیالیز،نیتروژن زدایی بیولوژیکی ، رهاسازی آمونیاک،نیتریفیکاسیون و دنیترفیکاسیون ، رقیق سازی    

اسمز معکوس

در فرآیند اسمز معکوس آب با فشار زیاد از یک سری غشاء نیمه تراواعبور داده می‌شود. این فشار خارجی از فشار اسمزی طبیعی بیشتر است در نتیجه مولکول‌های کوچکتر از منافذ غشاء، عبور می‌کنند در حالی که مولکول‌های بزرگتر، قادر به عبور از غشاء نیستند و سپس در جریانی جانبی از کنار غشاء عبور داده شده و دفع می‌گردند . در این فرایند میکروارگانیسم ها نیز از آب حذف میشوند. اسمز معکوس یک روش تصفیه فیزیکی و نوعی فیلتراسیون است که نیاز به مواد شیمیایی ندارد.

مبادله یونی

فرایند تبادل یونی برای حذف نیترات بر اساس همان روش سبک کننده های آب خانگی عمل می کند. طبق استاندارد سبک کننده های آب ،یون کلسیم ومنیزیوم با یون سدیم تعویض می گردد .به هر حال در فرآیند حذف نیترات ،آنیون ها با رزین های مورد استفاده تعویض و در حین عبور از رزین ها ،یون های کلراید جایگزین یون های سولفات و نیترات می شود.

تقطیر

فرآیند تقطیر شامل گرم کردن آب تا نقطه جوش ، جمع آوری و متراکم کردن بخارات باسیم پیچ فلزی ، در این فرآیند ۱۰۰٪ نیتروژن – نیترات حذف می شود.تنها با جوشاندن آب، غلظت نیترات کاهش نمی یابد بلکه مرحله جمع آوری و متراکم نمودن بخارات آب جوشیده است که نیترات را حذف می نماید وآب بدون نیترات بدست می آید.

الکترودیالیز

فرایند الکترودیالیز تقریباً مانند اسمز معکوس است اما تفاوت هایی نیز دارند که در سه پخش تقسیم می شوند...

۱. پیش تصفیه آب                                ۲. دوره تعویض غشاء ها                        ۳. مصرف انرژی

پیش تصفیه آب

۱. دستگاه های الکترودیالیز به آب خوراک با کیفیت بالا نیاز ندارند.

۲. سیستم الکترودیالیز در مقایسه با سیستم اسمز معکوس کمتر نسبت به مسایل پیش تصفیه حساسند.

۳. تمیز کاری غشاءهای الکترودیالیز می توانند بصورت دستی و بدون آسیب دیدن خصوصیات غشاء صورت پذیرد. این امر بدلیل ساختار "صفحه و قاب" بودن الکترودیالیز است. غشاءهای اسمز معکوس معمولاً بصورت حلزونی (مارپیچی) بوده و نمی توانند بصورت دستی تمیز گردند و بنابر این باید جایگزین گردد.

۴. تکنولوژی غشاءهای ضخیم و زمخت دستگاه الکترودیالیز , طول عمر ۷ تا ۱۰ سال را تضمین میکند. طراحی غشاءهای اسمز معکوس متاثر از حساسیت آنها نسبت به عوامل عملیاتی متفاوت , آنها را برای ۵تا ۷سال در نظر گرفته است.

۵. غشاء های الکترودیالیز با استفاده از اسید,آب نمک و کاستیک تمیز می شوند در حالیکه غشاء های اسمز معکوس به مواد شیمیایی مخصوص و گران قیمتی نیاز دارند.

۶. غشاءهای الکترودیالیز بوسیله باکتری ها مورد حمله قرار نگرفته و تحت تاثیر دمای بالا قرار نمیگیرند. بنابراین به محلول خاصی جهت جلوگیری از رشد باکتری ها, برای ذخیره سازی دراز مدت در مخزن ذخیره نیاز ندارند. ولی سیستم های اسمز معکوس به محلول های خاصی در دمای بالا نیاز دارند.

دوره های تعویض غشاءها

اسمز معکوس 

غشاهای اسمز معکوس نازک و نسبت به خشک شدن بسیار حساس هستند.این غشاءها خصوصیات خود را بین نیم تا یک سال کاملاً حفظ می کنند و طول عمری در حدود ۵ تا ۷ سال دارند و تقریباً ۵۰ درصد از هزینه های واحد اسمز معکوس را در بر می.گیرند.

الکترودیالیز 

١.غشاءهای الکترودیالیز زمخت و بسیار مقاومند

۲.نسبت به خشک شدن بسیار مقاوند و این امر بسیار مهمی , خصوصاٌ در کشورهایی با آب و هوای خشک می شوند.

 ٣.این غشاءها به آسانی با محلولهای اسیدی احیاء میشوند.

 ۴.طول عمر عملیاتی غشاءها تا ۸ سال بوده و در برخی موارد تا ۲۰ سال نیز گزارش شده است.

از این نقطه نظر نیز برتری با الکترودیالیز می باشد

مصرف برق (انرژی)

اسمز معکوس

این امر بعنوان یک قانون کلی کاربردی  درمورد واحدهای تصفیه آب که با آب اقیانوسها  با درصد جرمی نمک ۳/۵ تا ۴ درصد کار میکنند , وجود دارد که فشار عملیاتی بایستی حداقل ۷ تا ۸ مگا پاسکال در مرحله اول باشد.برای شیرین سازی ۱ متر مکعب از آب اقیانوس در حدود ۲۵ کیلو وات ساعت بر متر مکعب انرژی نیاز است.

الکترودیالیز

بر اساس تجارب موجود برای تصفیه آبهای شور ,دو قاعده فرموله شده است

 ١.مصرف انرژی برای عملیات تصفیه آب در دامنه ۱/۲ تا ۲/۵ کیلو وات ساعت در هر متر مکعب متغیر است

٢.در حدود ۱ کیلو وات ساعت  انرژی برای حذف ۱ کیلو گرم نمک مورد نیاز می باشد.

بنابر این ملاحظات اقتصادی بیشتر نشانگر این خواهد بود که تصفیه آب با غلظت نمکی بالاتر از ۱۲ گرم بر لیتر در سیستم های اسمز معکوس مزیتی محسوب خواهد شد.

نیترورژن زدایی بیولوژیکی

روش نوین دیگری نیز وجود دارد که از باکتری های اتوتروفیک استفاده می شود.
این باکتری ها مانند نیترات زداینده های تیوباسیلیوس و نیترات زداینده های تیومیکروسپرا، توانایی احیای نیترات با گاز نیتروژن را دارند. در این شیوه، انرژی لازم برای میگروارگانیسم های زداینده تامین می گردد.

نیترات زداینده های اتوتروفیک به ترکیبات کربنی معدنی به عنوان منبع کربن نیاز دارند.بر خلاف آنها در نیترات زدایی هتروتروفیک به هیچ منبع کربنی نیاز نیست. نیترات زدایی اتوتروفیک نیز به دو دسته برپایه سولفور و هیدروژن تقسیم می شود.

عمده ترین مزیت این روش استفاده از لجن به جای باکتری بی هوازی است که یک روش آسان، سریع و ارزان برای حذف نیترات از آبهای زیرزمینی است.

رهاسازی آمونیاک

نیتروژن زدایی از فاضلاب از طریق رهاسازی آمونیاک بر مبنای واکنش پایین انجام میگیرد...

NH4+OH→NH3↑+H2O

اگر PH را در حدود ۱۰ داشته باشیم آمونیوم به صورت آمونیاک از فاز محلول جدا می شود.

  (نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون)Nitrification & Denitrification

۱. آمونیوم بوسیله باکتری های هوازی به نیترات تبدیل می شود.

۲. نیترات بوسیله باکتری های بی هوازی به نیتریت تبدیل می شود.

۳.نیتریت به صورت نیتروژن آزاد زها می شود.

به کل این فرایند نیترات سازی – نیترات زدایی می گویند.

NH4+2O2→NO3+2H+H2O

فرایند نیترات سازی در دو مرحله به وقوع میپیوندد.بدین صورت :

۱. آمونیوم ابتدا به نیتریت تبدیل می شود

۲. نیتریت به نیترات تبدیل می شود

فرایند نیترات زدایی :   

2NO3+مواد آلی→N2↑CO2+H2O

رقیق‌سازی

در این روش برای تعدیل آلاینده های نیترات از آب ، آب های سطحی را که دارای غلظت بسیار کمتری نسبت به آب های زیر زمینی هستند با آب های زیر زمینی مخلوط کرده تا حالت رقیق شده ای ایجاد شود.