فرآیند Sharon Anammox
Sharon- راکتور مجزا برای حذف فعال آمونیاک فراتر از نیتریت
Sharon یا راکتور منفرد برای حذف فعال آمونیاک بر نیتریت) پروسه ای است که در راکتور کاملا مختلط بدون باقی ماندن بایومس رخ میدهد. این فرایند برای تصفیه جریان جانبی بسیار قوی حاصل از هضم لجن توسعه یافته است. روش مرسوم تبدیل آمونیاک به گاز نیتروِن استفاده از فرایندهای نیتریفیکاسییون/ دنیتریفیکاسیون است. در فرایند Sharon، آمونیاک مستقیما به نیتریت ( برخلاف روشهای متداول که به نیترات تبدیل میشد) تبدیل میشود و سپس مستقیما به گاز نیتروژن تبدیل میشود. تبدیل آمونیوم به نیتریت با فرمول زیر قابل بیان است
NH4+ + 1.5 O2 ⇒ NO2– + H2O + 2 H+
اکسیداسیون آمونیوم در مرحله نیتریت با عملکرد فرایند Sharon با بالا رفتن دما متوقف میشود . در دمای بالا، اکسید کننده های آمونیاک سریعتر از باکتریهای اکسیدکننده نیتریت رشد میکنند. در این فرایند زمان ماند هیدرولیکی (HRT) برابر است با زمان ماند جامدات (SRT). بنابراین اکسیدکننده های آهسته نیتریت از سیستم شسته میشوند و اکسیداسیون آمونیاک در مرحله نیتریت متوقف میشود. این یک فرایند حرارت زا است که دردمای بین 30 تا 40 درجه سانتی گراد (86 تا 104 درجه فارنهایت ) به وقوع می پیوندد.
بسته به غلظت آمونیا در جریان جانبی که باید تصفیه شود و محدودیتهایی در رابطه با پساب خروجی، زمان ماند هیدرولیکی میتواند بین 1 تا 2 روز باشد. دمای جریان جانبی هاضم میتواند بین 25 تا 30 درجه سانتی گراد باشد. فعالیت میکروبی گرمازا در راکتور Sharon افزایش دمایی در حدود 5 تا 8 درجه سانتی گراد تولید میکند. بسته به آب و هوای محلی، در فصل زمستان حرارت اضافه ممکن است نیاز شود. توازن نیتروژن تصفیه خانه های آب و فاضلاب نشان میدهد بار داخلی نیتروژن قابل ملاحظه ای در آب برگشتی از هاضم لجن به جریان اصلی فاضلاب وجود دارد. با تصفیه جداگانه این آب برگشتی ، بار نیتروژن فرایند لجن فعال میتواند به طور قابل ملاحظه ای کاهش یابد. فرایند Sharon Anamox یک سیستم حذف نیتروِن برای آب برگشتی از تاسیسات آب زدای لجن و سایر جریانهای فاضلاب غنی از آمونیاک هستند. فرایند ترکیبی از دو تکنولوژی است که به طور مستقل توسعه یافته اند. Anammox در حقیقت به معنی اکسیداسیون بی هوازی آمونیوم است. Sharon کلمه ای است که از اول کلمات راکتور منفرد برای حذف فعال آمونیاک بر نیتریت -‘Single reactor for High activity Ammonia Removal Over Nitrite- تشکیل شده است.
توصیف و ویژگیهای کار
فرایند Sharon/Anammox فرایندی است که در آن حذف نیتروژن با ترکیب دو مرحله جداگانه رخ می دهد: فرایند جزئی نیتریفیکاسیون (Sharon) که با اکسیداسیون بی هوازی آمونیوم (anammox) دنبال می شود. در شکل پایین، ترتیب تصفیه پروسه Sharon/Anammox به صورت تصویری مشهود است.
.png)
Sharon/Anammox – process scheme
فرایند Sharon:
فرایند Sharon برای تولید ترکیبی از آمونیوم-نیتریت استفاده می شود که در آن تنها 50 درصد آمونیوم به نیتریت تبدیل می شود.
NH4+ + HCO3- + 0,75 O2 0,5 NO2-+ 0,5 NH4+ + CO2 + 1,5 H2O
تبدیل در یک راکتور منفرد کاملا مختلط بدون حضور بایومس در دمای بین 30 تا 40 درجه سانتی گراد و زمان ماند بین 1 تا 2 روز انجام می شود که باعث تبدیل تنها 50 درصد از آمونیوم به نیتریت می شود. دسترسی به اکسیژن در این فرایند محدود می باشد.
راکتورsharon می تواند تحت شرایط هوازی وبدون اکسیژن (اناکسیک) به طور متناوب مورد بهره برداری قرار گیرد یا به طور دائم تحت اکسیژن محدود شده به فعالیت ادامه دهد. در حالت دوم، مصرف اکسیژن توسط ارگانیزم های نیتریفای کننده باعث تولید شرایط بی اکسیژن مورد نیاز برای دومین مرحله تصفیه – Anammox می شود.
فرایند Anammox:
در این مرحله از تصفیه مخلوط آمونیوم- نیتریب تولید شده در راکتور Sharon تحت شرایط بی اکسیژن که در آن آمونیوم نقش الکترون دهنده دارد به گاز نیتروژن تبدیل می شود. تبدیل آمونیوم و نیتریت به گاز نیتروژن با فرمول زیر نشان داده شده است:
N2 + 2 H2 ==> NO2- + NH4
باکتریهایی که باعث سرعت بخشیدن به واکنش می شوند (کاتالیزینگ) اتوتروف هستند که کار تبدیل را بدون استفاده از COD یا منبع کربن اضافه تسهیل می کنند. باکتریهایی که قادر به سرعت بخشیدن به واکنش Anammox هستند از منابع معمول لجن قابل استحصال هستند. با این حال، این باکتری ها سرعت رشد نسبتا پایینی دارند و زمان دوبرابر شدن آن ها در دمای 30 درجه سانتی گراد 10 روز است. به این ترتیب راکتور Anammox باید با حضور مقدار کافی بایومس جهت جلوگیری از شستشوی باکتریهای آناموکس (اکسیدکننده بیهوازی آمونیوم) که سرعت رشد پایینی دارند طراحی شود. در طرح های پایلوت، راکتورهای منقطع متوالی(SBR) استفاده شده اند . با توجه به ظرفیت خوب تولید گرانول باکتریها، استفاده از راکتورهای حلقه لیفت گاز- gas-lift-loop reactors -برای اطمینان از انتقال کارای توده، اختلاط، و زمان ماند بایومس به صورت فشرده پیشنهاد شده است.