در فرآیند تصفیه فاضلاب، میزان نیتروژن آمونیاکی بیش از حد است؛ راهحل خوبی وجود دارد؟ متشکرم
Thread Content
چگونه میتوان با نرخ بالای نیتروژن آمونیاکی در فرآیند تصفیه فاضلاب برخورد کرد؟
مواد خاص مورد نظر کدامها هستند؟
شرکت ما یک مخزن تنظیم بزرگ دارد که فاضلابها را به مدت ۱۰ روز تا نیم ماه در آن نگه میدارند و همزمان هوادهی میکنند. میزان نیتروژن آمونیاکی در شاخصهای خروجی به طور قابل توجهی کاهش یافته است. :خخخ
در شرایط قلیایی از بین رفته است؛ اصولاً این کار مجاز نیست و توصیه نمیشود
روشهای متعددی برای حذف نیتروژن آمونیاکی وجود دارد؛ معمولاً از روشهای زیستی استفاده میشود که هزینه آنها نسبتاً پایین است. روشهایی مانند A/O، A2/O، SBR، CASS و کانالهای اکسیداسیونی، قابلیت خوبی در حذف نیتروژن آمونیاکی دارند و بهترین نرخ حذف میتواند بالاتر از ۹۸٪ باشد.
استخراج با هوا: در شرایط قلیایی (pH>10.5)، نیتروژن آمونیایی موجود در فاضلاب عمدتاً به صورت NH3 وجود دارد (شکل ۲۰-۲). با تماس کامل آب فاضلاب با هوا، NH3 متصاعدپذیر موجود در آب از فاز مایع به فاز گازی منتقل شده و بدین ترتیب نیتروژن آمونیومی موجود در آب حذف میگردد. در برج تخلیه، پرکنندههایی از جنس تختههای چوبی یا پلاستیکی قرار داده شده است؛ جریان هوا از قسمت پایین برج وارد میشود، در حالی که آب فاضلاب از بالای برج به سمت مخزن ذخیرهسازی در پایین برج سرازیر میگردد. عوامل اصلی که بر کارایی فرآیند استخراج آمونیا تأثیر میگذارند عبارتند از: (۱) مقدار pH؛ معمولاً مقدار pH را تا ۱۰.۸ تا ۱۱.۵ افزایش میدهند ； (۲) دما: با کاهش دمای آب، حلالیت آمونیا افزایش یافته و بازدارندگی تخلیه کاهش مییابد. به عنوان مثال، در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد، میزان حذف آمونیاک بین ۹۰ تا ۹۵ درصد است؛ اما در دمای ۱۰ درجه سانتیگراد، این میزان به حدود ۷۵ درصد کاهش مییابد. این موضوع، عملکرد صحیح توربینهای تخلیه را در فصل زمستان دشوار میکند ； (۳) بار هیدرولیکی: اگر بار هیدرولیکی (m3/m2·h) بیش از حد باشد، وضعیت جریان آب مورد نیاز برای فرآیند تخلیه کارآمد، اختلال پیدا کرده و یک پرده آبی تشکیل میشود ； بار هیدرولیکی بسیار کم است؛ احتمالاً مواد پرکننده به اندازه کافی مرطوب نشدهاند، که منجر به عملکرد نامناسب و تشکیل برج خشک میشود. بار هیدرولیکی معمولی بین ۲.۵ تا ۵ متر مکعب بر متر مربع در ساعت است ； (۴) نسبت گاز به آب: برای ارتفاع مشخصی از برج، افزایش جریان هوا میتواند باعث افزایش درصد حذف آمونیاک شود ； اما با افزایش جریان هوا، کاهش فشار نیز افزایش مییابد، بنابراین جریان هوا دارای یک حد مشخص است. به طور کلی، نسبت گاز به آب میتواند بین ۲۵۰۰ تا ۵۰۰۰ (متر مکعب بر متر مربع) باشد ； (۵) شکل و ارتفاع پرکننده: از آنجایی که پاشیدن مکرر آب و تشکیل قطرات آب، عوامل کلیدی در فرآیند استخراج آمونیاک هستند، شکل، اندازه، فاصله بین پرکنندهها و نحوه چیدمان آنها، همگی بر کارایی این فرآیند تأثیر میگذارند. به طور کلی، فاصله بین پرکنندهها ۴۰ تا ۵۰ میلیمتر و ارتفاع پرکنندهها ۶ تا ۷.۵ متر است. اگر فاصله پرکنندهها افزایش یابد، نیاز به ارتفاع بیشتری برای پرکنندهها وجود خواهد داشت ； (۶) کنترل رسوبگذاری: رسوبگذاری در پرکنندهها (CaCO3) به طور قابل توجهی باعث کاهش کارایی توربین استخراج میشود. روشهای کنترل رسوبات عبارتند از: شستشوی لایه رسوبات با آب فشار بالا ； اضافه کردن مواد مهارکننده رسوب در آب ورودی: استفاده از هوای فاقد یا حاوی مقدار کم CO2 برای تصفیه (مانند استفاده مجدد از گازهای خروجی پس از جذب آمونیاک) ； از پرکنندههای پلاستیکی که به سختی رسوب میگیرند، به جای چوب و مواد مشابه، استفاده میشود. روش تخلیه با هوا برای حذف آمونیاک، میزان حذف را تا ۶۰ تا ۹۵ درصد میرساند؛ فرآیند آن ساده است، عملکرد پایداری دارد، هزینههای ساخت و بهرهبرداری کم است، و قادر به پردازش فاضلابهای حاوی آمونیاک با غلظت بالا نیز میباشد. اما در دماهای پایین، کارایی جداسازی پایین است؛ رسوبات تشکیل شده اغلب عملکرد دستگاه را به شدت مختل میکنند و آمونیاکی که جدا میشود، آلودگی ثانویهای برای محیط زیست ایجاد میکند.
حذف نیتروژن آمونیاکی از فاضلابها: نیتروژن موجود در فاضلابها معمولاً به صورت مواد آلی حاوی نیتروژن، آمونیاک، نیتراتها و نیتریتها وجود دارد. فرآیند بیولوژیکی، بخش عمدهای از نیتروژن آلی را به آمونیاک تبدیل میکند و سپس آن را میتوان به نیترات تبدیل کرد. روشهای فعلی برای حذف نیتروژن، شامل نیتراتاسیون و دینیتراتاسیون زیستی، جذب انتخابی توسط زیولیت، استخراج با هوا و کلریناسیون در نقاط مشخص، میباشد. ۱. نیتراتسازی و دنیتراتسازی بیولوژیکی (روش حذف نیتروژن به روش بیولوژیکی)
الف) نیتراتسازی بیولوژیکی: فرآیندی که در شرایط هوازی، با کمک باکتریهای نیتریتزا و نیتراتزا، نیتروژن آمونیاکی به نیتریت و نیترات تبدیل میشود؛ این فرآیند، نیتراتسازی بیولوژیکی نامیده میشود. فرآیند نیتراتسازی بیولوژیکی به صورت زیر است: NH4+ + 2O2 = NO3- + 2H+ + H2O. از این رابطه مشخص میشود که: (۱) در فرآیند نیتراتسازی، برای تبدیل ۱ گرم نیتروژن آمونیومی به نیتروژن نیتراتی، به ۴.۵۷ گرم اکسیژن نیاز است ； (۲) در فرآیند نیتراسیون، یون H+ آزاد میشود که باعث کاهش قلیاییت آب زباله میگردد؛ برای اکسیداسیون هر ۱ گرم نیتروژن آمونیاکی، ۷.۱ گرم قلیاییت (محاسبه شده بر اساس CaCO3) مصرف خواهد شد. عوامل اصلی که بر فرآیند نیتراسیون تأثیر میگذارند عبارتند از: (۱) مقدار pH؛ هنگامی که مقدار pH بین ۸.۰ تا ۸.۴ باشد (در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد)، سرعت نیتراسیون بیشترین میزان را دارد. از آنجایی که در فرآیند نیتراسیون pH کاهش مییابد، هنگامی که قلیاییت آب فاضلاب کافی نباشد، لازم است آهک اضافه شود تا مقدار pH بالاتر از ۷.۵ حفظ گردد ； (۲) دما: هنگامی که دما بالاست، سرعت نیتراسیون بیشتر میشود. دمای مناسب برای باکتریهای نیتریتزا ۳۵ درجه سانتیگراد است؛ در دماهای پایینتر از ۱۵ درجه، فعالیت آنها به شدت کاهش مییابد، بنابراین بهتر است دمای آب حداقل ۱۵ درجه سانتیگراد باشد ； (۳) زمان ماندگاری لجن: سرعت رشد باکتریهای نیتریفیکاسیون بسیار کم است و حداکثر نرخ رشد نسبی آنها برابر با ۰٫۳ تا ۰٫۵ دلیبروز است (در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد و pH بین ۸٫۰ تا ۸٫۴). برای حفظ مقدار مشخصی از جمعیت باکتریهای نیتریفیکاسیون در استخر، زمان ماندگاری لجن باید بیشتر از کمترین زمان چرخهزندگی باکتریهای نیتریفیکاسیون باشد. در عملکرد واقعی، معمولاً باید از ۲ بزرگتر باشد، یا از ۲ بزرگتر ； (۴) اکسیژن محلول: اکسیژن، گیرنده الکترون در فرآیند نیتریفیکاسیون موجودات زنده است؛ غلظت پایین آن مانع از انجام صحیح واکنش نیتریفیکاسیون میشود. به طور کلی، در مخازن تهویه روش لجن فعال، برای نیتراسیون باید میزان اکسیژن محلول بالاتر از ۲ تا ۳ میلیگرم بر لیتر حفظ شود ； (۵) بار BOD: باکتریهای نیتریفیکاسیون از نوع باکتریهای خودتغذیه هستند، در حالی که باکتریهای اکسیدکننده BOD از نوع باکتریهای غیرخودتغذیه میباشند. اگر بار BOD5 بیش از حد باشد، باعث میشود باکتریهای هتروتروفی که سرعت رشد بالاتری دارند، به سرعت تکثیر شوند؛ در نتیجه باکتریهای نیتریفیکاسیون اوتوتروفی فرصتی برای پیشرفت نخواهند داشت و این امر سرعت نیتریفیکاسیون را کاهش میدهد. بنابراین، برای انجام کامل فرآیند نیتراسیون، بار BOD5 باید در حد کمتر از ۰٫۳ کیلوگرم (BOD5)/کیلوگرم (SS).روز نگه داشته شود. (۲) ردنیتریفیکاسیون زیستی: فرآیند تبدیل NO2--N و NO3--N به N2 در شرایط کماکسیژن، به دلیل عملکرد باکتریهای نیتروژنزدای مختلط (باکتریهای ردنیتریفیکانس)، ردنیتریفیکاسیون نامیده میشود. در فرآیند دینیتریفیکاسیون، منبع الکترونها (منبع هیدروژن)، انواع مختلفی از سوبستراهای آلی (منابع کربن) هستند. به عنوان مثال، با استفاده از متانول به عنوان منبع کربن، معادله واکنش به این صورت است: ۶NO₃⁻ + ۵CH₃OH → ۵CO₂ + ۴H₂O + ۳N₂ + ۶OH⁻. همانطور که میبینیم، در فرآیند بیولوژیکی دنیتریفیکاسیون، نه تنها NO₃⁻–N و NO₂⁻–N میتوانند کاهش یابند، بلکه مواد آلی نیز میتوانند اکسید شده و تجزیه شوند. عوامل اصلی تأثیرگذار بر رانیداسیون: (۱) دما. تأثیر دما بر رانیداسیون، نسبت به سایر فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی پسابها، بیشتر است. به طور کلی، حفظ دمای ۲۰ تا ۴۰ درجه سانتیگراد مناسب است. در زمستانهایی که دما بسیار پایین است، میتوان با افزایش مدت زمان ماندن لجن و کاهش بار کاری، از حفظ عملکرد خوب روند دینیتریفیکاسیون جلوگیری کرد ； (۲) مقدار pH: مقدار pH در فرآیند دینیتریفیکاسیون باید بین ۷.۰ تا ۸.۰ کنترل شود ； (۳) اکسیژن محلول: اکسیژن، فرآیند دنیتریفیکاسیون را مهار میکند. به طور کلی، میزان اکسیژن محلول در راکتورهای دینیتریفیکاسیون باید کمتر از ۰.۵ میلیگرم بر لیتر (در روش خاکربای فعال) یا کمتر از ۱ میلیگرم بر لیتر (در روش فیلم زیستی) باشد ； (۴) منبع کربن آلی: هنگامی که فاضلاب حاوی مقدار کافی منبع کربن آلی باشد و نسبت BOD5/TN بالاتر از (۳ تا ۵) باشد، نیازی به استفاده از منبع کربن خارجی وجود ندارد. هنگامی که نسبت کربن به نیتروژن موجود در فاضلاب کمتر از این مقدار باشد، لازم است کربن ارگانیک اضافی تزریق شود. برای افزودن کربن آلی، معمولاً از متانول استفاده میشود. با توجه به مصرف اضافی اکسیژن محلول توسط متانول، مقدار متانول معمولاً سه برابر NO3--N است. علاوه بر این، میتوان از مرگ میکروارگانیسمها نیز استفاده کرد ； بخش کربن آلی که پس از خودتجزیه آزاد میشود، «منبع کربن داخلی» نامیده میشود؛ اما این امر نیازمند مدت زمان طولانیتر برای ماندن لجن یا میزان بار کمتری است تا میکروارگانیسمها در مرحله سکون یا افول منحنی رشد قرار گیرند، و در نتیجه ظرفیت مخزن نیز افزایش مییابد. دوم، جذب تبادلی با زیولیت: زیولیت نوعی سیلیکات آلومینیوم است که ترکیب شیمیایی آن را میتوان به صورت (M2+، 2M+)O·Al2O3·mSiO2•nH2O نوشت (که در آن m=۲ تا ۱۰ و n=۰ تا ۹ است). در این فرمول، M2+ به کاتیونهای دووالانسی مانند Ca2+ و Sr2+ اشاره دارد، در حالی که M+ به کاتیونهای یکوالانسی مانند Na+ و K+ اشاره دارد؛ بنابراین زیولیت نوعی عامل تبادل کاتیونی با خاصیت اسیدی ضعیف محسوب میشود. در ساختار سهبعدی زیولیت، وجود ساختار منظمی از مجاری و حفرهها باعث میشود که این ماده دارای خواص برجستهای مانند اثر الک، انتخابپذیری در جذب، پایداری حرارتی و پایداری شکلی باشد. انواع مختلفی از زیولیتهای طبیعی وجود دارد و زیولیت شیبدار عمدتاً برای حذف نیتروژن آمونیاکی استفاده میشود. ترتیب انتخابی زیولیت شیبدار برای تبادل برخی کاتیونها به این صورت است: K+، NH4+ > Na+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+. با استفاده از انتخابپذیری بالای زیولیت شیبدار نسبت به NH4+، میتوان از روش جذب تبادلی برای حذف نیتروژن آمونیاکی از آب استفاده کرد. سنگهای جذبشده و سرشار از ماده، پس از بازسازی، قابل استفاده مجدد هستند. مقدار pH محلول، تأثیر زیادی بر حذف آمونیاک توسط زیولیت دارد. هنگامی که pH بیش از حد باشد، NH4+ به NH3 تبدیل میشود و عمل جذب تبادلی کاهش مییابد ； هنگامی که pH خیلی پایین باشد، جذب رقابتی یونهای H+ افزایش مییابد و این امر برای حذف NH4+ مطلوب نیست. معمولاً، مقدار pH آب ورودی بین ۶ تا ۸ مناسب است. هنگام پردازش آبهای شهری با غلظت نیتروژن آمونیاکی ۱۰ تا ۲۰ میلیگرم بر لیتر، غلظت محصول خروجی میتواند به کمتر از ۱ میلیگرم بر لیتر برسد. حجم آب در هنگام نفوذ، حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ برابر حجم تختخوابها است. ظرفیت تبادل کاری زئولیت حدود ۰٫۴×۱۰⁻³ نانمول بر گرم است. زیولیتهایی که در جذب آمونیوم به حالت اشباع رسیدهاند، میتوانند با استفاده از خمیر آهکی با غلظت ۵ گرم بر لیتر یا آب آهکی اشباع، دوباره فعال شوند. میزان مایع بازیافتی حدود ۳ تا ۵ درصد از حجم آب تصفیهشده است. مطالعات نشان دادهاند که افزودن ۰.۱ مول NaCl به محلول بازسازی آهک، میتواند باعث افزایش کارایی بازسازی شود. برای رفع مشکل چربیزدگی در فرآیند بازسازی آهک، از محلول ۲٪ سدیم کلرید نیز به عنوان محلول بازسازی استفاده میشود؛ در این حالت، مقدار محلول بازسازی مورد نیاز بیشتر خواهد بود. محلول فاضلاب حاوی آمونیاک با غلظت بالا که در فرآیند تولید مجدد تولید میشود، باید پردازش شود. روشهای پردازش آن عبارتند از: (۱) استخراج با هوا؛ NH3 استخراجشده یا دفع میشود یا توسط H2SO4 جذب شده و به عنوان کود استفاده میگردد ； (۲) استخراج با بخار: محلول انعقادی، محلولی ۱٪ آمونیاک است که میتوان از آن به عنوان کود استفاده کرد ； (۳) اکسیداسیون الکترولیتیکی (کلریداسیون الکتریکی): اکسید و تجزیه آمونیا به N2. سوم، تخلیه با هوا: در شرایط قلیایی (pH>10.5)، نیتروژن آمونیایی موجود در فاضلاب عمدتاً به صورت NH3 وجود دارد (شکل ۲۰-۲). با تماس کامل آب فاضلاب با هوا، NH3 متصاعدپذیر موجود در آب از فاز مایع به فاز گازی منتقل شده و بدین ترتیب نیتروژن آمونیومی موجود در آب حذف میگردد. در برج تخلیه، پرکنندههایی از جنس تختههای چوبی یا پلاستیکی قرار داده شده است؛ جریان هوا از قسمت پایین برج وارد میشود، در حالی که آب فاضلاب از بالای برج به سمت مخزن ذخیرهسازی در پایین برج سرازیر میگردد. عوامل اصلی که بر کارایی فرآیند استخراج آمونیا تأثیر میگذارند عبارتند از: (۱) مقدار pH؛ معمولاً مقدار pH را تا ۱۰.۸ تا ۱۱.۵ افزایش میدهند ； (۲) دما: با کاهش دمای آب، حلالیت آمونیا افزایش یافته و بازدارندگی تخلیه کاهش مییابد. به عنوان مثال، در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد، میزان حذف آمونیاک بین ۹۰ تا ۹۵ درصد است؛ اما در دمای ۱۰ درجه سانتیگراد، این میزان به حدود ۷۵ درصد کاهش مییابد. این موضوع، عملکرد صحیح توربینهای تخلیه را در فصل زمستان دشوار میکند ； (۳) بار هیدرولیکی: اگر بار هیدرولیکی (m3/m2·h) بیش از حد باشد، وضعیت جریان آب مورد نیاز برای فرآیند تخلیه کارآمد، اختلال پیدا کرده و یک پرده آبی تشکیل میشود ； بار هیدرولیکی بسیار کم است؛ احتمالاً مواد پرکننده به اندازه کافی مرطوب نشدهاند، که منجر به عملکرد نامناسب و تشکیل برج خشک میشود. بار هیدرولیکی معمولی بین ۲.۵ تا ۵ متر مکعب بر متر مربع در ساعت است ； (۴) نسبت گاز به آب: برای ارتفاع مشخصی از برج، افزایش جریان هوا میتواند باعث افزایش درصد حذف آمونیاک شود ； اما با افزایش جریان هوا، کاهش فشار نیز افزایش مییابد، بنابراین جریان هوا دارای یک حد مشخص است. به طور کلی، نسبت گاز به آب میتواند بین ۲۵۰۰ تا ۵۰۰۰ (متر مکعب بر متر مربع) باشد ； (۵) شکل و ارتفاع پرکننده: از آنجایی که پاشیدن مکرر آب و تشکیل قطرات آب، عوامل کلیدی در فرآیند استخراج آمونیاک هستند، شکل، اندازه، فاصله بین پرکنندهها و نحوه چیدمان آنها، همگی بر کارایی این فرآیند تأثیر میگذارند. به طور کلی، فاصله بین پرکنندهها ۴۰ تا ۵۰ میلیمتر و ارتفاع پرکنندهها ۶ تا ۷.۵ متر است. اگر فاصله پرکنندهها افزایش یابد، نیاز به ارتفاع بیشتری برای پرکنندهها وجود خواهد داشت ； (۶) کنترل رسوبگذاری: رسوبگذاری در پرکنندهها (CaCO3) به طور قابل توجهی باعث کاهش کارایی توربین استخراج میشود. روشهای کنترل رسوبات عبارتند از: شستشوی لایه رسوبات با آب فشار بالا ； اضافه کردن مواد مهارکننده رسوب در آب ورودی: استفاده از هوای فاقد یا حاوی مقدار کم CO2 برای تصفیه (مانند استفاده مجدد از گازهای خروجی پس از جذب آمونیاک) ； از پرکنندههای پلاستیکی که به سختی رسوب میگیرند، به جای چوب و مواد مشابه، استفاده میشود. روش تخلیه با هوا برای حذف آمونیاک، میزان حذف را تا ۶۰ تا ۹۵ درصد میرساند؛ فرآیند آن ساده است، عملکرد پایداری دارد، هزینههای ساخت و بهرهبرداری کم است، و قادر به پردازش فاضلابهای حاوی آمونیاک با غلظت بالا نیز میباشد. اما در دماهای پایین، کارایی جداسازی پایین است؛ رسوبات تشکیل شده اغلب عملکرد دستگاه را به شدت مختل میکنند و آمونیاکی که جدا میشود، آلودگی ثانویهای برای محیط زیست ایجاد میکند. چهارم، کلریناسیون در نقطه بحرانی: روشی که در آن مقدار زیادی کلر یا سدیم هیپوکلریت اضافه میشود (فراتر از «نقطه بحرانی»؛ به فصل چهاردهم مراجعه کنید) تا آمونیاک موجود در فاضلاب به طور کامل به N2 تبدیل شود. این روش، کلریناسیون در نقطه بحرانی نامیده میشود. واکنش مربوطه به صورت زیر است:
NH4+ + 1.5HOCl → 0.5N2 + 1.5H2O + 2.5H+ + 1.5Cl-
بر اساس این واکنش، مقدار کلر مورد نیاز برای رسیدن به نقطه بحرانی، ۷.۶ کیلوگرم بر کیلوگرم (NH3-N) است؛ اما مقدار واقعی کلر مورد نیاز، بین ۸ تا ۱۰ کیلوگرم بر کیلوگرم (NH3-N) است. در pH=۶ تا ۷ واکنش انجام میشود، در این صورت مقدار داروی مصرفی به حداقل میرسد. زمان تماس معمولاً بین ۰٫۵ تا ۲ ساعت است. کنترل دقیق مقدار pH و میزان کلر اضافهشده، میتواند تولید آمینهای کلردار مضر (مانند NCl3) و مواد آلی کلردار در واکنش را کاهش دهد. روش خلوریناسیون در نقاط تغییر، میزان حذف نیتروژن آمونیایی را بین ۹۰ تا ۱۰۰ درصد دارد؛ کارایی این روش پایدار است، تحت تأثیر دمای آب قرار نمیگیرد و هزینههای ساختاری آن نیز زیاد نیست. اما هزینه عملیاتی آن بالاست ； کلر باقیمانده و مواد آلی کلردار باید تصفیه شوند.
الف) نیتراتسازی بیولوژیکی: فرآیندی که در شرایط هوازی، با کمک باکتریهای نیتریتزا و نیتراتزا، نیتروژن آمونیاکی به نیتریت و نیترات تبدیل میشود؛ این فرآیند، نیتراتسازی بیولوژیکی نامیده میشود. فرآیند نیتراتسازی بیولوژیکی به صورت زیر است: NH4+ + 2O2 = NO3- + 2H+ + H2O. از این رابطه مشخص میشود که: (۱) در فرآیند نیتراتسازی، برای تبدیل ۱ گرم نیتروژن آمونیومی به نیتروژن نیتراتی، به ۴.۵۷ گرم اکسیژن نیاز است ； (۲) در فرآیند نیتراسیون، یون H+ آزاد میشود که باعث کاهش قلیاییت آب زباله میگردد؛ برای اکسیداسیون هر ۱ گرم نیتروژن آمونیاکی، ۷.۱ گرم قلیاییت (محاسبه شده بر اساس CaCO3) مصرف خواهد شد. عوامل اصلی که بر فرآیند نیتراسیون تأثیر میگذارند عبارتند از: (۱) مقدار pH؛ هنگامی که مقدار pH بین ۸.۰ تا ۸.۴ باشد (در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد)، سرعت نیتراسیون بیشترین میزان را دارد. از آنجایی که در فرآیند نیتراسیون pH کاهش مییابد، هنگامی که قلیاییت آب فاضلاب کافی نباشد، لازم است آهک اضافه شود تا مقدار pH بالاتر از ۷.۵ حفظ گردد ； (۲) دما: هنگامی که دما بالاست، سرعت نیتراسیون بیشتر میشود. دمای مناسب برای باکتریهای نیتریتزا ۳۵ درجه سانتیگراد است؛ در دماهای پایینتر از ۱۵ درجه، فعالیت آنها به شدت کاهش مییابد، بنابراین بهتر است دمای آب حداقل ۱۵ درجه سانتیگراد باشد ； (۳) زمان ماندگاری لجن: سرعت رشد باکتریهای نیتریفیکاسیون بسیار کم است و حداکثر نرخ رشد نسبی آنها برابر با ۰٫۳ تا ۰٫۵ دلیبروز است (در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد و pH بین ۸٫۰ تا ۸٫۴). برای حفظ مقدار مشخصی از جمعیت باکتریهای نیتریفیکاسیون در استخر، زمان ماندگاری لجن باید بیشتر از کمترین زمان چرخهزندگی باکتریهای نیتریفیکاسیون باشد. در عملکرد واقعی، معمولاً باید از ۲ بزرگتر باشد، یا از ۲ بزرگتر ； (۴) اکسیژن محلول: اکسیژن، گیرنده الکترون در فرآیند نیتریفیکاسیون موجودات زنده است؛ غلظت پایین آن مانع از انجام صحیح واکنش نیتریفیکاسیون میشود. به طور کلی، در مخازن تهویه روش لجن فعال، برای نیتراسیون باید میزان اکسیژن محلول بالاتر از ۲ تا ۳ میلیگرم بر لیتر حفظ شود ； (۵) بار BOD: باکتریهای نیتریفیکاسیون از نوع باکتریهای خودتغذیه هستند، در حالی که باکتریهای اکسیدکننده BOD از نوع باکتریهای غیرخودتغذیه میباشند. اگر بار BOD5 بیش از حد باشد، باعث میشود باکتریهای هتروتروفی که سرعت رشد بالاتری دارند، به سرعت تکثیر شوند؛ در نتیجه باکتریهای نیتریفیکاسیون اوتوتروفی فرصتی برای پیشرفت نخواهند داشت و این امر سرعت نیتریفیکاسیون را کاهش میدهد. بنابراین، برای انجام کامل فرآیند نیتراسیون، بار BOD5 باید در حد کمتر از ۰٫۳ کیلوگرم (BOD5)/کیلوگرم (SS).روز نگه داشته شود. (۲) ردنیتریفیکاسیون زیستی: فرآیند تبدیل NO2--N و NO3--N به N2 در شرایط کماکسیژن، به دلیل عملکرد باکتریهای نیتروژنزدای مختلط (باکتریهای ردنیتریفیکانس)، ردنیتریفیکاسیون نامیده میشود. در فرآیند دینیتریفیکاسیون، منبع الکترونها (منبع هیدروژن)، انواع مختلفی از سوبستراهای آلی (منابع کربن) هستند. به عنوان مثال، با استفاده از متانول به عنوان منبع کربن، معادله واکنش به این صورت است: ۶NO₃⁻ + ۵CH₃OH → ۵CO₂ + ۴H₂O + ۳N₂ + ۶OH⁻. همانطور که میبینیم، در فرآیند بیولوژیکی دنیتریفیکاسیون، نه تنها NO₃⁻–N و NO₂⁻–N میتوانند کاهش یابند، بلکه مواد آلی نیز میتوانند اکسید شده و تجزیه شوند. عوامل اصلی تأثیرگذار بر رانیداسیون: (۱) دما. تأثیر دما بر رانیداسیون، نسبت به سایر فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی پسابها، بیشتر است. به طور کلی، حفظ دمای ۲۰ تا ۴۰ درجه سانتیگراد مناسب است. در زمستانهایی که دما بسیار پایین است، میتوان با افزایش مدت زمان ماندن لجن و کاهش بار کاری، از حفظ عملکرد خوب روند دینیتریفیکاسیون جلوگیری کرد ； (۲) مقدار pH: مقدار pH در فرآیند دینیتریفیکاسیون باید بین ۷.۰ تا ۸.۰ کنترل شود ； (۳) اکسیژن محلول: اکسیژن، فرآیند دنیتریفیکاسیون را مهار میکند. به طور کلی، میزان اکسیژن محلول در راکتورهای دینیتریفیکاسیون باید کمتر از ۰.۵ میلیگرم بر لیتر (در روش خاکربای فعال) یا کمتر از ۱ میلیگرم بر لیتر (در روش فیلم زیستی) باشد ； (۴) منبع کربن آلی: هنگامی که فاضلاب حاوی مقدار کافی منبع کربن آلی باشد و نسبت BOD5/TN بالاتر از (۳ تا ۵) باشد، نیازی به استفاده از منبع کربن خارجی وجود ندارد. هنگامی که نسبت کربن به نیتروژن موجود در فاضلاب کمتر از این مقدار باشد، لازم است کربن ارگانیک اضافی تزریق شود. برای افزودن کربن آلی، معمولاً از متانول استفاده میشود. با توجه به مصرف اضافی اکسیژن محلول توسط متانول، مقدار متانول معمولاً سه برابر NO3--N است. علاوه بر این، میتوان از مرگ میکروارگانیسمها نیز استفاده کرد ； بخش کربن آلی که پس از خودتجزیه آزاد میشود، «منبع کربن داخلی» نامیده میشود؛ اما این امر نیازمند مدت زمان طولانیتر برای ماندن لجن یا میزان بار کمتری است تا میکروارگانیسمها در مرحله سکون یا افول منحنی رشد قرار گیرند، و در نتیجه ظرفیت مخزن نیز افزایش مییابد. دوم، جذب تبادلی با زیولیت: زیولیت نوعی سیلیکات آلومینیوم است که ترکیب شیمیایی آن را میتوان به صورت (M2+، 2M+)O·Al2O3·mSiO2•nH2O نوشت (که در آن m=۲ تا ۱۰ و n=۰ تا ۹ است). در این فرمول، M2+ به کاتیونهای دووالانسی مانند Ca2+ و Sr2+ اشاره دارد، در حالی که M+ به کاتیونهای یکوالانسی مانند Na+ و K+ اشاره دارد؛ بنابراین زیولیت نوعی عامل تبادل کاتیونی با خاصیت اسیدی ضعیف محسوب میشود. در ساختار سهبعدی زیولیت، وجود ساختار منظمی از مجاری و حفرهها باعث میشود که این ماده دارای خواص برجستهای مانند اثر الک، انتخابپذیری در جذب، پایداری حرارتی و پایداری شکلی باشد. انواع مختلفی از زیولیتهای طبیعی وجود دارد و زیولیت شیبدار عمدتاً برای حذف نیتروژن آمونیاکی استفاده میشود. ترتیب انتخابی زیولیت شیبدار برای تبادل برخی کاتیونها به این صورت است: K+، NH4+ > Na+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+. با استفاده از انتخابپذیری بالای زیولیت شیبدار نسبت به NH4+، میتوان از روش جذب تبادلی برای حذف نیتروژن آمونیاکی از آب استفاده کرد. سنگهای جذبشده و سرشار از ماده، پس از بازسازی، قابل استفاده مجدد هستند. مقدار pH محلول، تأثیر زیادی بر حذف آمونیاک توسط زیولیت دارد. هنگامی که pH بیش از حد باشد، NH4+ به NH3 تبدیل میشود و عمل جذب تبادلی کاهش مییابد ； هنگامی که pH خیلی پایین باشد، جذب رقابتی یونهای H+ افزایش مییابد و این امر برای حذف NH4+ مطلوب نیست. معمولاً، مقدار pH آب ورودی بین ۶ تا ۸ مناسب است. هنگام پردازش آبهای شهری با غلظت نیتروژن آمونیاکی ۱۰ تا ۲۰ میلیگرم بر لیتر، غلظت محصول خروجی میتواند به کمتر از ۱ میلیگرم بر لیتر برسد. حجم آب در هنگام نفوذ، حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ برابر حجم تختخوابها است. ظرفیت تبادل کاری زئولیت حدود ۰٫۴×۱۰⁻³ نانمول بر گرم است. زیولیتهایی که در جذب آمونیوم به حالت اشباع رسیدهاند، میتوانند با استفاده از خمیر آهکی با غلظت ۵ گرم بر لیتر یا آب آهکی اشباع، دوباره فعال شوند. میزان مایع بازیافتی حدود ۳ تا ۵ درصد از حجم آب تصفیهشده است. مطالعات نشان دادهاند که افزودن ۰.۱ مول NaCl به محلول بازسازی آهک، میتواند باعث افزایش کارایی بازسازی شود. برای رفع مشکل چربیزدگی در فرآیند بازسازی آهک، از محلول ۲٪ سدیم کلرید نیز به عنوان محلول بازسازی استفاده میشود؛ در این حالت، مقدار محلول بازسازی مورد نیاز بیشتر خواهد بود. محلول فاضلاب حاوی آمونیاک با غلظت بالا که در فرآیند تولید مجدد تولید میشود، باید پردازش شود. روشهای پردازش آن عبارتند از: (۱) استخراج با هوا؛ NH3 استخراجشده یا دفع میشود یا توسط H2SO4 جذب شده و به عنوان کود استفاده میگردد ； (۲) استخراج با بخار: محلول انعقادی، محلولی ۱٪ آمونیاک است که میتوان از آن به عنوان کود استفاده کرد ； (۳) اکسیداسیون الکترولیتیکی (کلریداسیون الکتریکی): اکسید و تجزیه آمونیا به N2. سوم، تخلیه با هوا: در شرایط قلیایی (pH>10.5)، نیتروژن آمونیایی موجود در فاضلاب عمدتاً به صورت NH3 وجود دارد (شکل ۲۰-۲). با تماس کامل آب فاضلاب با هوا، NH3 متصاعدپذیر موجود در آب از فاز مایع به فاز گازی منتقل شده و بدین ترتیب نیتروژن آمونیومی موجود در آب حذف میگردد. در برج تخلیه، پرکنندههایی از جنس تختههای چوبی یا پلاستیکی قرار داده شده است؛ جریان هوا از قسمت پایین برج وارد میشود، در حالی که آب فاضلاب از بالای برج به سمت مخزن ذخیرهسازی در پایین برج سرازیر میگردد. عوامل اصلی که بر کارایی فرآیند استخراج آمونیا تأثیر میگذارند عبارتند از: (۱) مقدار pH؛ معمولاً مقدار pH را تا ۱۰.۸ تا ۱۱.۵ افزایش میدهند ； (۲) دما: با کاهش دمای آب، حلالیت آمونیا افزایش یافته و بازدارندگی تخلیه کاهش مییابد. به عنوان مثال، در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد، میزان حذف آمونیاک بین ۹۰ تا ۹۵ درصد است؛ اما در دمای ۱۰ درجه سانتیگراد، این میزان به حدود ۷۵ درصد کاهش مییابد. این موضوع، عملکرد صحیح توربینهای تخلیه را در فصل زمستان دشوار میکند ； (۳) بار هیدرولیکی: اگر بار هیدرولیکی (m3/m2·h) بیش از حد باشد، وضعیت جریان آب مورد نیاز برای فرآیند تخلیه کارآمد، اختلال پیدا کرده و یک پرده آبی تشکیل میشود ； بار هیدرولیکی بسیار کم است؛ احتمالاً مواد پرکننده به اندازه کافی مرطوب نشدهاند، که منجر به عملکرد نامناسب و تشکیل برج خشک میشود. بار هیدرولیکی معمولی بین ۲.۵ تا ۵ متر مکعب بر متر مربع در ساعت است ； (۴) نسبت گاز به آب: برای ارتفاع مشخصی از برج، افزایش جریان هوا میتواند باعث افزایش درصد حذف آمونیاک شود ； اما با افزایش جریان هوا، کاهش فشار نیز افزایش مییابد، بنابراین جریان هوا دارای یک حد مشخص است. به طور کلی، نسبت گاز به آب میتواند بین ۲۵۰۰ تا ۵۰۰۰ (متر مکعب بر متر مربع) باشد ； (۵) شکل و ارتفاع پرکننده: از آنجایی که پاشیدن مکرر آب و تشکیل قطرات آب، عوامل کلیدی در فرآیند استخراج آمونیاک هستند، شکل، اندازه، فاصله بین پرکنندهها و نحوه چیدمان آنها، همگی بر کارایی این فرآیند تأثیر میگذارند. به طور کلی، فاصله بین پرکنندهها ۴۰ تا ۵۰ میلیمتر و ارتفاع پرکنندهها ۶ تا ۷.۵ متر است. اگر فاصله پرکنندهها افزایش یابد، نیاز به ارتفاع بیشتری برای پرکنندهها وجود خواهد داشت ； (۶) کنترل رسوبگذاری: رسوبگذاری در پرکنندهها (CaCO3) به طور قابل توجهی باعث کاهش کارایی توربین استخراج میشود. روشهای کنترل رسوبات عبارتند از: شستشوی لایه رسوبات با آب فشار بالا ； اضافه کردن مواد مهارکننده رسوب در آب ورودی: استفاده از هوای فاقد یا حاوی مقدار کم CO2 برای تصفیه (مانند استفاده مجدد از گازهای خروجی پس از جذب آمونیاک) ； از پرکنندههای پلاستیکی که به سختی رسوب میگیرند، به جای چوب و مواد مشابه، استفاده میشود. روش تخلیه با هوا برای حذف آمونیاک، میزان حذف را تا ۶۰ تا ۹۵ درصد میرساند؛ فرآیند آن ساده است، عملکرد پایداری دارد، هزینههای ساخت و بهرهبرداری کم است، و قادر به پردازش فاضلابهای حاوی آمونیاک با غلظت بالا نیز میباشد. اما در دماهای پایین، کارایی جداسازی پایین است؛ رسوبات تشکیل شده اغلب عملکرد دستگاه را به شدت مختل میکنند و آمونیاکی که جدا میشود، آلودگی ثانویهای برای محیط زیست ایجاد میکند. چهارم، کلریناسیون در نقطه بحرانی: روشی که در آن مقدار زیادی کلر یا سدیم هیپوکلریت اضافه میشود (فراتر از «نقطه بحرانی»؛ به فصل چهاردهم مراجعه کنید) تا آمونیاک موجود در فاضلاب به طور کامل به N2 تبدیل شود. این روش، کلریناسیون در نقطه بحرانی نامیده میشود. واکنش مربوطه به صورت زیر است:
NH4+ + 1.5HOCl → 0.5N2 + 1.5H2O + 2.5H+ + 1.5Cl-
بر اساس این واکنش، مقدار کلر مورد نیاز برای رسیدن به نقطه بحرانی، ۷.۶ کیلوگرم بر کیلوگرم (NH3-N) است؛ اما مقدار واقعی کلر مورد نیاز، بین ۸ تا ۱۰ کیلوگرم بر کیلوگرم (NH3-N) است. در pH=۶ تا ۷ واکنش انجام میشود، در این صورت مقدار داروی مصرفی به حداقل میرسد. زمان تماس معمولاً بین ۰٫۵ تا ۲ ساعت است. کنترل دقیق مقدار pH و میزان کلر اضافهشده، میتواند تولید آمینهای کلردار مضر (مانند NCl3) و مواد آلی کلردار در واکنش را کاهش دهد. روش خلوریناسیون در نقاط تغییر، میزان حذف نیتروژن آمونیایی را بین ۹۰ تا ۱۰۰ درصد دارد؛ کارایی این روش پایدار است، تحت تأثیر دمای آب قرار نمیگیرد و هزینههای ساختاری آن نیز زیاد نیست. اما هزینه عملیاتی آن بالاست ； کلر باقیمانده و مواد آلی کلردار باید تصفیه شوند.
در شرایط قلیایی، عمل استخراج در برج استخراج بازدهی بسیار خوبی دارد.