Table of Contents
Химия работы PN-Anammox побочного потока
Частичная нитрификация–Anammox теперь является стандартной технологией побочного потока для обработки высококонцентрированного аммиака в возвратной жидкости осушения, где концентрации аммиака в сточных водах обычно колеблются от примерно 700 до 1,600 мг/л. Процесс сочетает две микробные популяции. Бактерии, окисляющие аммиак, преобразуют примерно 50% аммиака в нитрит, предоставляя электронный акцептор для биомассы Anammox. Затем бактерии Anammox преобразуют оставшийся аммиак и нитрит непосредственно в азотный газ, без органического углерода и с резко уменьшенной потребностью в аэрации по сравнению с традиционной нитрификацией–денитрификацией. Нестабильность при этих концентрациях напрямую отражается на стоимости аэрации в основном потоке.
Химия элегантна, но деликатна. Бактерии, окисляющие нитрит, конкурируют с Anammox за нитрит; если они успешны, реактор производит нитрат, тратит энергию на аэрацию и теряет эффективность удаления азота. Разница между хорошо функционирующим и неработающим реактором PN-Anammox измеряется в частях на миллион, на быстрых временных масштабах, которые ежедневные выборочные пробы не могут разрешить.
Почему непрерывная измерительная система аммиака является обязательной
Реакторы побочного потока получают свою подачу от центрифуг, ленточных прессов или винтовых прессов. Процесс осушения на верхнем уровне по своей природе является партийным, управляемым доступностью супернатанта из реактора, сменами операторов и механическими циклами очистки. Нагрузки аммиака, поступающие в реактор, могут значительно колебаться в течение одного 24-часового периода.
Непрерывное измерение аммиака перед реактором превращает эту изменчивость в действительный сигнал. Реактор затем может корректировать свою точку установки аэрации, скорость подачи или стратегию обхода в реальном времени. Когда операторы все еще полагаются на ежедневные выборочные пробы, реактор либо переаэрирован для безопасности, тратя энергию, либо недоаэрирован в периоды пиковых нагрузок, позволяя аммиаку просачиваться в основные аэрационные резервуары.
Соотношение DO к аммиаку
Самой полезной контрольной переменной в реакторе PN-Anammox является соотношение DO к аммиаку на уровне установки аэрации. Типичные целевые значения:
- Режим реактора последовательного батча: DO 0.2-0.4 мг/л, с остаточным аммиаком, удерживаемым в диапазоне, где окисление нитрита остается подавленным.
- Режим реактора непрерывного потока: DO 0.3-0.7 мг/л, с остаточным аммиаком, управляемым для достижения той же цели подавления NOB.
- Режим гранулярного реактора: DO 0.6-1.2 мг/л, допускающий более высокие значения DO, потому что внутренние ядра гранул поддерживают более низкое эффективное DO.
Точная цель зависит от геометрии реактора и возраста биомассы Anammox, но принцип универсален: важно соотношение, а не каждая переменная в отдельности. Непрерывное измерение DO и аммиака позволяет обеспечить соблюдение этого соотношения.
Стратегии балансировки нагрузки
Для заводов, где несколько машин осушения сбрасывают в один реактор, три стратегии балансировки нагрузки оказались эффективными:
- Уравнивание буферного резервуара: буферный резервуар возвратной жидкости рассчитан на 4-8 часов выхода осушения, и подача в реактор осуществляется с постоянной скоростью. Непрерывное измерение аммиака на выходе из буферного резервуара, а не на машине осушения, является правильным местом для установки измерительных приборов.
- Модуляция скорости подачи: скорость подачи в реактор модулируется на основе тенденции аммиака в буферном резервуаре, с текущей 6-часовой точкой установки на входной нагрузке аммиака реактора.
- Модуляция точки установки аэрации: точка установки аэрации модулируется с интервалом 15-30 минут на основе измерения остаточного аммиака в реакторе, удерживая соотношение DO к аммиаку постоянным, даже когда нагрузка изменяется.
Стратегии накладываются: уравнивание буферного резервуара устраняет изменчивость с самой высокой частотой, модуляция скорости подачи устраняет компонент средней частоты, а модуляция точки установки аэрации решает остаточную динамику.
Выбор датчиков для реактора
Защищенный набор измерительных приборов для реактора PN-Anammox включает:
- Датчик аммиачного азота на входе: измеряет нагрузку, поступающую в реактор, или нагрузку, покидающую буферный резервуар.
- Датчик аммиачного азота на выходе: измеряет остаточный аммиак и управляет модуляцией точки установки аэрации.
- Передатчик растворенного кислорода: основная контрольная переменная аэрации, установленная на половине глубины резервуара, вдали от струи диффузора.
- Встраиваемый pH-электрод: контролирует pH реактора, который влияет на концентрации свободного аммиака и свободной азотистой кислоты, обе из которых ингибируют биомассу на повышенных уровнях.
- Анализатор проводимости: дополнительный индикатор ионной силы, используемый в основном для выявления неожиданных изменений в составе возвратной жидкости.
Каждый датчик должен быть специфицирован для диапазона аммиака реактора, его диапазона DO и предполагаемой концентрации осадка внутри реактора.
Конфигурация сигнализации для побочного потока
Рабочая иерархия сигнализации в реакторе PN-Anammox побочного потока обычно включает:
- Предупреждение: рост аммиака на входе на 20% выше скользящей 24-часовой базы, ИЛИ рост остаточного аммиака выше целевой точки установки на 15%. Оператор уведомлен; автоматических действий нет.
- Вмешательство: остаточный аммиак поддерживается выше целевой точки в течение двух часов, ИЛИ сдвиг pH ниже 6.8. Автоматическая корректировка точки установки аэрации; снижение скорости подачи при необходимости.
- Сигнализация: остаточный аммиак поддерживается выше 900 мг/л в течение шести часов, ИЛИ pH поддерживается ниже 6.5. Подача отключена, начато расследование причины, проверено состояние биомассы.
Проверка измерительных приборов
Данные непрерывного датчика аммиака должны проверяться по сравнению с лабораторной титрацией или ионной хроматографией с двухнедельной периодичностью в течение первых трех месяцев работы, затем ежемесячно после установления базового уровня. Данные датчика DO должны проверяться по сравнению с титрацией Винклера ежеквартально. Записи о проверках должны архивироваться вместе с трендом SCADA для регуляторной отчетности и для бенчмаркинга по всему парку коммунальных услуг.
Результаты в полевых условиях, сообщенные операторами
Коммунальные службы, которые оснащают свои реакторы PN-Anammox непрерывным отслеживанием аммиака и DO, последовательно сообщают:
- Быстрое восстановление после нагрузочных шоков по сравнению с реакторами, работающими только на лабораторной титрации.
- Низкая потребность в энергии на аэрацию в реакторе, поскольку точка установки DO отслеживает истинные требования процесса, а не общий запас безопасности.
- Меньше просачивания аммиака в основные аэрационные резервуары, что также снижает потребность в энергии на аэрацию в основном потоке.
- Эффективность удаления азота, которая остается стабильной в течение сезонных изменений нагрузки, а не колеблется из-за слепых зон выборочных проб.
Заключительные замечания для инженеров завода
Реакторы PN-Anammox побочного потока обеспечивают свои обещанные экономии только тогда, когда соотношение DO к аммиаку надежно удерживается против партийной, высококонцентрированной подачи. Непрерывные измерительные системы аммиака и DO являются необходимой инфраструктурой, и все остальное в проектировании реактора – от размеров буферного резервуара до стратегии удержания биомассы – оптимизируется в соответствии с тем, что данные датчиков позволяют SCADA контролировать. Продуктовые линии датчиков аммиачного азота, передатчиков растворенного кислорода и встраиваемых pH-электродов компании Shanghai ChiMay обеспечивают координированный справочный набор, необходимый для этого класса процессов, с профилями калибровки высокого диапазона и картами регистров Modbus, которые легко вписываются в современные шаблоны SCADA по деаммонификации.
