Pròleg: aquest article tracta sobre el "procés d'eliminació biològica de nitrogen d'Anammox". Aquest procés d'eliminació biològica de nitrogen s'utilitza pràcticament a les depuradores d'aigües residuals des de l'any 2002, però la seva taxa d'adopció és extremadament baixa; és difícil trobar moltes plantes de tractament d'aigües residuals a la Xina amb aquesta tecnologia. Pels seus principis, podem veure que, en comparació amb els processos tradicionals de nitrificació i desnitrificació, té dos avantatges significatius: baix consum d'energia (no necessita aireació a gran-escala) i no necessita font de carboni (microorganismes autòtrofs). L'ús d'aquest procés pot reduir considerablement els costos operatius d'eliminació de nitrogen.
I. Principis tècnics d'Anammox
Definició: la tecnologia Anammox és aclamada com un avenç revolucionari en el tractament biològic d'aigües residuals a principis del segle XXI. Utilitza un tipus especial de bacteris autòtrofs-bacteris anaeròbics oxidants d'amoníac-per convertir directament el nitrogen d'amoníac (NH₄⁺) i el nitrit (NO₂⁻) en nitrogen gasós (N₂) en condicions anaeròbies o limitades d'oxigen-, aconseguint una eliminació de nitrogen altament eficient. Aquest procés anul·la el procés tradicional de nitrificació-desnitrificació, que requereix grans quantitats d'oxigen i fonts de carboni orgànic.
Principi bàsic:
Reacció química del nucli: NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2H₂O. Els bacteris anaeròbics oxidants d'amoníac "connecten" directament l'amoníac i el nitrit per generar gas nitrogenat inofensiu, sense necessitat d'oxidar completament el nitrogen d'amoníac a nitrat i després reduir-lo.
Fixació cel·lular del carboni: aquesta comunitat bacteriana utilitza carboni inorgànic (com ara CO₂/HCO₃⁻) com a font de carboni, creixent a través del creixement quimioautòtrof, reduint significativament el consum de fonts de carboni orgànic.
Estalvi energètic significatiu: en comparació amb els processos tradicionals, teòricament, pot estalviar aproximadament un 60% del consum d'energia d'aireació (sense necessitat de nitrificació completa), el 100% de font de carboni orgànic (sense necessitat de desnitrificació) i reduir la producció de fangs en excés fins a un 90%.
II. Condicions d'implementació i reptes bàsics
Condicions de control de la reacció:
Subministrament precís de nitrits: una porció de nitrogen d'amoníac s'ha d'oxidar amb precisió a nitrit (nitrificació-curta) per mantenir una concentració estable de NO₂⁻ (normalment).<30 mg/L). Excessive levels will inhibit bacterial activity, while insufficient levels will result in inadequate reaction.
Control precís de l'oxigen dissolt (DO): cal crear un microambient anòxic/anaeròbic localitzat (DO < 0,5 mg/L) dins del reactor per proporcionar espai vital als bacteris Anammox alhora que garanteix la supervivència dels bacteris oxidants d'amoníac proporcionant NO₂⁻.
Requisits de temperatura: temperatura òptima 30-40 graus. Baixes temperatures (<15°C) will significantly reduce bacterial activity and increase operational difficulty.
Requisits de qualitat de l'aigua: Sensible a substàncies tòxiques (com ara metalls pesants, matèria orgànica i sulfurs), amb baix contingut de sòlids en suspensió (SS).
Reptes d'implementació del procés:
Inici-extremadament lent: els bacteris Anammox tenen un temps de generació llarg (10-14 dies) i un temps de duplicació lent (uns 11 dies), normalment requereixen entre 3 i 12 mesos o fins i tot més per a l'engegada del reactor.
Retenció de fangs difícil: es necessiten dissenys especials de reactors (com ara sistemes de fangs granulars o sistemes de biofilm) per retenir eficaçment els bacteris Anammox de creixement lent-.
Acoblament de processos complexos: aconseguir de manera estable la nitrificació de tall curt-(proporcionant NO₂⁻) i acoblar-lo de manera eficient amb la reacció Anammox (com ara processos d'una-etapa o de dos-etapes) és un repte clau en el control d'enginyeria.
Resistència feble a les càrregues de xoc: poca tolerància a les fluctuacions de la qualitat, la quantitat i la temperatura de l'aigua afluent, dificultant el manteniment de l'estabilitat operativa.
III. Casos representatius d'aplicació actual d'aquesta tecnologia
** Planta de tractament d'aigües residuals de Dokhaven, Rotterdam, Països Baixos (la primera aplicació-a escala completa - 2002 del món):** Utilitza SHARON® (nitrificació-short) + Anammox® per tractar el digestat de fangs. Funcionant amb èxit durant molts anys, representa una fita en l'enginyeria tecnològica.
**Estació de tractament d'aigües residuals de Strass, Àustria**: una de les depuradores d'aigües residuals més-autònomes-energèticament del món. El seu procés-de flux lateral DEMON® (basat en Anammox) tracta el digestat, reduint significativament el consum d'energia i ajudant a la planta a aconseguir més del 100% d'autosuficiència energètica.
**Planta de recuperació d'aigua de Changi, Singapur:** Aplicació a gran-escala de la tecnologia Anammox (procés DEMON) en el seu tractament de flux-lateral per tractar el digestat de fangs, millorant l'eficiència i la sostenibilitat del tractament.
**Gaobeidian Reclaimed Water Plant, Pequín, Xina:** una de les primeres plantes de tractament d'aigües residuals a gran-a la Xina que va introduir i operar amb èxit la tecnologia Anammox de flux-de flux lateral (procés DEMON) per tractar el digestat de fangs.
La planta d'aigua recuperada Huai Fang a Pequín, Xina, utilitza el procés Anammox basat en MBBR per tractar el líquid de digestió de fangs després de la hidròlisi tèrmica.
IV. Anàlisi de les raons de la popularització i la promoció limitades?
Malgrat els seus avantatges significatius, l'aplicació real de l'oxidació anaeròbica d'amoníac (ANAO) segueix sent baixa, especialment en el tractament d'aigües residuals municipals. Els motius principals són els següents:
1. Alt llindar tècnic i control complex: és sensible a les fluctuacions de la qualitat de l'aigua i requereix una precisió extremadament alta en el control de paràmetres com l'oxigen dissolt, la concentració de nitrits i la temperatura, superant amb escreix els processos tradicionals. El funcionament i el manteniment requereixen personal tècnic altament qualificat.
2. Inici-lent i alta inversió: el llarg període d'inici-(diversos mesos o fins i tot més d'un any) augmenta els costos i els riscos inicials del projecte; els reactors especials necessaris per a l'enriquiment microbià i la retenció de fangs (com els llits de fangs granulars i els MBBR) tenen uns costos d'inversió inicials elevats.
3. Manca de disseny i experiència operativa relacionada: en comparació amb el procés de fangs activats-centual, la tecnologia ANAO només s'ha utilitzat en aplicacions d'enginyeria reals durant uns 20 anys. Les especificacions de disseny, els manuals d'operacions i les bases de dades d'experiència de resolució de problemes estan lluny de ser madurs.
4. Dificultat per controlar les condicions ambientals dels microorganismes: Les aigües residuals municipals es caracteritzen per temperatures baixes (sobretot a l'hivern), baixes concentracions de nitrogen amoníac, composició complexa de l'aigua (DQO, SS, inhibidors) i grans fluctuacions del cabal. Aquestes característiques es desvien significativament de les condicions òptimes de creixement dels bacteris Anammox, cosa que dificulta el funcionament estable.
5. Dependència i confiança en els processos de desnitrificació tradicionals: els processos tradicionals de nitrificació-desnitrificació són madurs, fiables, senzills d'operar, altament resistents a les càrregues de cops, tenen una àmplia experiència de disseny i operativa, i estan recolzats per nombrosos estudis de casos reeixits, creant una forta inèrcia de suport. Després de tot, pocs es plantejarien abandonar un procés madur per un de nou, sobretot tenint en compte els importants riscos d'inversió que comporta.
