Qual é a melhor solução para níveis elevados de nitrogênio amônico no tratamento de águas residuais? Obrigado

Quais são exatamente os componentes?,,

Nossa empresa possui um grande tanque de tratamento, no qual as águas residuais são mantidas por 10 dias a meio mês, ao mesmo tempo em que é feita a aeração. O teor de nitrogênio amônico nos indicadores de qualidade da água diminuiu bastante. :lol

Foi removido sob condições alcalinas; em princípio, isso não é permitido, e não se recomenda sua utilização

Existem muitos métodos para a remoção de nitrogênio amônico. Geralmente, o método biológico é o mais econômico. Técnicas como A/O, A2/O, SBR, CASS e fossas de oxidação possuem boa capacidade de remoção do nitrogênio amônico; a taxa de remoção máxima pode chegar a mais de 98%.

Em condições alcalinas (pH > 10,5), o nitrogênio amônico presente nas águas residuais existe principalmente na forma de NH3 (Figura 20-2). Ao permitir que as águas residuais entrem em contato adequado com o ar, o NH3 volátil presente na água será transferido da fase líquida para a fase gasosa, eliminando assim o nitrogênio amônico contido na água. A torre de destilação é preenchida com material de recheio feito de tábuas de madeira ou plástico. O ar flui pela parte inferior da torre, enquanto as águas residuais descem do topo da torre até o tanque de coleta localizado na parte inferior. Os principais fatores que afetam a eficácia da desinfecção por amônia são: (1) o valor de pH. Geralmente, o valor de pH é elevado para entre 10,8 e 11,5 ； (2) Temperatura: Quando a temperatura da água diminui, a solubilidade do amônia aumenta, o que reduz a eficiência da desidratação. Por exemplo, a taxa de remoção de amônia é de 90 a 95% a 20°C, enquanto a essa temperatura cai para cerca de 75% a 10°C. Isso dificulta o funcionamento das torres de destilação no inverno ； (3) Carga hidráulica: Uma carga hidráulica excessiva (m3/m2·h) pode prejudicar as condições do fluxo de água necessárias para uma desinfecção eficaz, resultando na formação de uma cortina d’água ； Se a carga hidráulica for insuficiente, o material de preenchimento pode não ser adequadamente umedecido, o que resulta em um funcionamento inadequado e na formação de uma torre seca. A carga hidráulica geral é de 2,5 a 5 m3/m2·h ； (4) Relação ar/água: Para uma determinada altura da torre, aumentar o fluxo de ar permite elevar a taxa de remoção de amônia ； Mas, à medida que o fluxo de ar aumenta, a queda de pressão também aumenta; portanto, existe um limite para o fluxo de ar. Geralmente, a razão ar/água pode ser de 2500 a 5000 (m3/m2) ； (5) Configuração e altura do material de preenchimento: Como a espuma contínua e a formação de gotas de água são fatores cruciais no processo de dessulfuração por amônia, a forma, o tamanho, o espaçamento e a disposição do material de preenchimento afetam diretamente a eficácia desse processo. Geralmente, a distância entre os preenchimentos é de 40 a 50 mm, e a altura dos preenchimentos é de 6 a 7,5 m. Se o espaçamento entre os preenchimentos for aumentado, será necessária uma altura maior para os preenchimentos ； (6) Controle de incrustações: A formação de incrustações de carbonato de cálcio reduz significativamente a eficiência do processo de tratamento na torre de desgaseificação. As medidas para controlar a incrustação são: usar água sob alta pressão para lavar a camada de incrustações ； Adição de agentes inibidores de incrustação na água de entrada: utilização de ar com baixo teor ou sem CO2 para a desidratação (como no ciclo de absorção de gases de escape para remoção de amônia e reutilização) ； São utilizados preenchimentos de plástico que não formam incrustações, em substituição à madeira e outros materiais semelhantes. O método de desodorização por ar permite a remoção de amônia, com taxas de remoção que podem chegar a 60–95%. É um processo simples, cujo desempenho é estável. Além disso, os custos de instalação e operação são baixos, permitindo o tratamento de águas residuais com alta concentração de amônia. Mas, em temperaturas baixas, a eficiência da desgaseificação é reduzida. A formação de incrustações no sistema pode interferir significativamente no seu funcionamento. Além disso, o amônia liberado durante o processo causa poluição secundária ao meio ambiente.

Remoção de nitrogênio amoniacal das águas residuais. O nitrogênio presente nas águas residuais geralmente se encontra na forma de compostos orgânicos nitrogenados, amônia, nitratos e nitritos. O tratamento biológico converte a maior parte do nitrogênio orgânico em amônia, que pode ser posteriormente transformada em nitratos. Os processos atuais de remoção de nitrogênio incluem nitrificação e desnitrificação biológicas, adsorção seletiva por zeólitas, desodorização com ar e cloração em ponto de inflexão. 　　 I. Nitrificação e desnitrificação biológicas (método biológico de remoção de nitrogênio) (I) Nitrificação: Sob condições aeróbias, o processo pelo qual o nitrogênio amônico é oxidado em nitrito e nitrato, por meio da ação de bactérias nitritadoras e nitrificantes, é chamado de nitrificação biológica. O processo de nitrificação biológica é o seguinte: NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O. Pelo equação acima, pode-se concluir que: (1) no processo de nitrificação, para que 1 g de nitrogênio amoniacal se transforme em nitrogênio nítrico, são necessários 4,57 g de oxigênio ； (2) Durante o processo de nitrificação, são liberados íons H+, o que consome a alcalinidade presente nas águas residuais. Para cada grama de nitrogênio amônico oxidado, é consumida uma quantidade de alcalinidade equivalente a 7,1 gramas de CaCO3. Os principais fatores que influenciam o processo de nitrificação são: (1) o valor de pH. Quando o pH está entre 8,0 e 8,4 (a 20°C), a velocidade da nitrificação é a maior. Como o pH diminui durante o processo de nitrificação, quando a alcalinidade das águas residuais é insuficiente, é necessário adicionar cal para manter o pH acima de 7,5 ； (2) Temperatura: Quando a temperatura é alta, a velocidade de nitrificação é maior. A temperatura ideal para as bactérias de nitrito é de 35°C. Abaixo de 15°C, sua atividade diminui drasticamente; portanto, é recomendável que a temperatura seja mantida acima de 15°C ； (3) Tempo de retenção do lodo: A velocidade de crescimento das bactérias nitrificantes é muito baixa; sua taxa máxima de crescimento é de 0,3 a 0,5 d-1 (em temperatura de 20°C e pH entre 8,0 e 8,4). Para manter uma certa quantidade de bactérias nitrificantes no tanque, o tempo de permanência do lodo deve ser maior que o tempo mínimo de geração dessas bactérias. Em operação prática, geralmente deve-se optar por >2, ou >2 ； (4) Oxigênio dissolvido: O oxigênio é o receptor de elétrons na nitrificação biológica. Uma concentração muito baixa dele prejudica o andamento da reação de nitrificação. Geralmente, na fase de nitrificação, que ocorre nos tanques de aeração do método de lodo ativado, o teor de oxigênio dissolvido deve ser mantido acima de 2 a 3 mg/L ； (5) Carga de DBO: As bactérias nitrificantes são um tipo de bactéria autótrofa, enquanto as bactérias responsáveis pela oxidação do DBO são bactérias heterótrofas. Se a carga de BOD5 for excessiva, as bactérias heterotróficas, que possuem uma taxa de crescimento mais alta, se multiplicarão rapidamente. Assim, as bactérias nitrificantes, que são autotróficas, não conseguem ter vantagem, o que resulta em uma redução na taxa de nitrificação. Portanto, para que a nitrificação ocorra de forma adequada, a carga de BOD5 deve ser mantida abaixo de 0,3 kg(BOD5)/kg(SS).d. (II) Denitrificação biológica: É o processo de redução de NO2–N e NO3–N em N2, sob condições de falta de oxigênio, graças à ação de bactérias desnitrificantes facultativas. Esse processo é chamado de denitrificação. Os doadores de elétrons (doadores de hidrogênio) no processo de denitrificação são diversos substratos orgânicos (fontes de carbono). Tomando o metanol como fonte de carbono, a equação da reação é: 6NO3- + 5CH3OH → 5CO2 + 4H2O + 3N2 + 6OH-. Como se pode ver, no processo de desnitrificação biológica, não só o NO3--N e o NO2--N podem ser reduzidos, mas também as substâncias orgânicas podem ser oxidadas e decompostas. Principais fatores que afetam a denitrificação: (1) Temperatura. A temperatura tem um impacto maior na denitrificação do que em outros processos de tratamento biológico de águas residuais. Geralmente, é adequado manter a temperatura entre 20 e 40°C. No inverno, quando as temperaturas são muito baixas, podem ser adotadas medidas como aumentar o tempo de permanência do lodo e reduzir a carga, a fim de manter um bom efeito de denitrificação ； (2) Valor de pH: O valor de pH durante o processo de denitrificação deve ser mantido entre 7,0 e 8,0 ； (3) Oxigênio dissolvido: O oxigênio tem um efeito inibitório sobre o processo de desnitrificação. Geralmente, no reator de denitrificação, o teor de oxigênio dissolvido deve ser mantido abaixo de 0,5 mg/L (no método de lodo ativado) ou abaixo de 1 mg/L (no método de membrana biológica) ； (4) Fontes de carbono orgânico: Quando as águas residuais contêm uma quantidade suficiente de fontes de carbono orgânico, e o valor de BOD5/TN for maior que (3–5), não é necessário adicionar fontes de carbono externas. Quando a proporção de carbono para nitrogênio presente nas águas residuais é inferior a esse valor, é necessário adicionar carbono orgânico separadamente. O carbono orgânico adicional é geralmente obtido a partir de metanol. Considerando o consumo adicional de oxigênio dissolvido pelo metanol, a quantidade de metanol utilizada é geralmente 3 vezes maior que a de NO3--N. Além disso, também é possível utilizar a morte dos microrganismos ； A parte de carbono orgânico liberada após a autólise é o chamado “carbono interno”. No entanto, isso requer que o tempo de permanência do lodo seja longo ou que a taxa de carga seja baixa, de modo que os microrganismos fiquem na fase de estagnação ou declínio do seu ciclo de crescimento. Por isso, o volume do tanque precisa ser aumentado. II. Troca iônica por zeólitas – As zeólitas são um tipo de silicato de alumínio, cuja composição química pode ser expressa como (M2+, 2M+)O.Al2O3.mSiO2•nH2O (onde m = 2 a 10 e n = 0 a 9). Nessa fórmula, M2+ representa cátions bivalentes como Ca2+ e Sr2+, enquanto M+ representa cátions monovalentes como Na+ e K+. Trata-se, portanto, de um agente de troca iônica do tipo ácido fraco. Na estrutura tridimensional da zeólita, existem canais e cavidades regulares, o que lhe confere um efeito de peneiração, além de propriedades excelentes como seletividade de adsorção, estabilidade térmica e estabilidade dimensional. Existem muitos tipos de zeólitas naturais, sendo a zeólita ortoclástica a principal utilizada para remover o nitrogênio amoniacal. A ordem de seletividade de troca de certos cátions pela zeólita inclinada é: K+, NH4+ > Na+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+. Aproveitando a forte seletividade da zeólita inclinada para o NH4+, é possível utilizar um processo de adsorção por troca para remover o nitrogênio amônico da água. As pedras de adsorção saturadas podem ser reutilizadas após serem regeneradas. O valor de pH da solução tem grande influência na remoção de amônia pela zeólita. Quando o pH é muito alto, o NH4+ se transforma em NH3, e a ação de troca e adsorção diminui ； Quando o pH é muito baixo, a adsorção competitiva dos íons H+ aumenta, o que dificulta a remoção do NH4+. Geralmente, o pH da água de entrada deve estar entre 6 e 8. Ao tratar águas urbanas com teor de nitrogênio amoniacal de 10 a 20 mg/L, a concentração na água tratada pode ficar abaixo de 1 mg/L. O volume de água durante a perfuração é de aproximadamente 100 a 150 unidades de capacidade do leito. A capacidade de troca de íons das zeólitas é de aproximadamente 0,4×10-3 n-1 mol/g. A zeólita que atingiu a saturação em termos de adsorção de amônio pode ser regenerada com leite de cal à concentração de 5 g/L ou água de cal saturada. A quantidade de líquido de regeneração é de aproximadamente 3 a 5% da quantidade de água a ser tratada. Estudos mostram que a adição de 0,1 mol de NaCl ao líquido de regeneração de cal pode aumentar a eficiência da regeneração. Para resolver o problema de incrustação na regeneração do calcário, também se utiliza uma solução de cloreto de sódio a 2% como líquido de regeneração; nesse caso, é necessária uma quantidade maior desse líquido. Os resíduos líquidos de amônia de alta concentração que são eliminados durante o processo de regeneração precisam ser tratados. As formas de tratamento incluem: (1) dessulfuração com ar – o NH3 resultante pode ser liberado no ar ou absorvido por H2SO4 para ser utilizado como fertilizante ； (2) Destilação a vapor: o líquido de condensação é uma solução de amônia a 1%, que pode ser utilizada como fertilizante ； (3) Oxidação eletrolítica (cloração elétrica): processo pelo qual o amônia é oxidado e decomposto em N2. III. Desodorização por ar: Em condições alcalinas (pH > 10,5), o nitrogênio amônico presente nas águas residuais existe principalmente na forma de NH3 (Figura 20-2). Ao permitir que as águas residuais entrem em contato adequado com o ar, o NH3 volátil presente na água será transferido da fase líquida para a fase gasosa, eliminando assim o nitrogênio amônico contido na água. A torre de destilação é preenchida com material de recheio feito de tábuas de madeira ou plástico. O ar flui pela parte inferior da torre, enquanto as águas residuais descem do topo da torre até o tanque de coleta localizado na parte inferior. Os principais fatores que afetam a eficácia da desinfecção por amônia são: (1) o valor de pH. Geralmente, o valor de pH é elevado para entre 10,8 e 11,5 ； (2) Temperatura: Quando a temperatura da água diminui, a solubilidade do amônia aumenta, o que reduz a eficiência da desidratação. Por exemplo, a taxa de remoção de amônia é de 90 a 95% a 20°C, enquanto a essa temperatura cai para cerca de 75% a 10°C. Isso dificulta o funcionamento das torres de destilação no inverno ； (3) Carga hidráulica: Uma carga hidráulica excessiva (m3/m2·h) pode prejudicar as condições do fluxo de água necessárias para uma desinfecção eficaz, resultando na formação de uma cortina d’água ； Se a carga hidráulica for insuficiente, o material de preenchimento pode não ser adequadamente umedecido, o que resulta em um funcionamento inadequado e na formação de uma torre seca. A carga hidráulica geral é de 2,5 a 5 m3/m2·h ； (4) Relação ar/água: Para uma determinada altura da torre, aumentar o fluxo de ar permite elevar a taxa de remoção de amônia ； Mas, à medida que o fluxo de ar aumenta, a queda de pressão também aumenta; portanto, existe um limite para o fluxo de ar. Geralmente, a razão ar/água pode ser de 2500 a 5000 (m3/m2) ； (5) Configuração e altura do material de preenchimento: Como a espuma contínua e a formação de gotas de água são fatores cruciais no processo de dessulfuração por amônia, a forma, o tamanho, o espaçamento e a disposição do material de preenchimento afetam diretamente a eficácia desse processo. Geralmente, a distância entre os preenchimentos é de 40 a 50 mm, e a altura dos preenchimentos é de 6 a 7,5 m. Se o espaçamento entre os preenchimentos for aumentado, será necessária uma altura maior para os preenchimentos ； (6) Controle de incrustações: A formação de incrustações de carbonato de cálcio reduz significativamente a eficiência do processo de tratamento na torre de desgaseificação. As medidas para controlar a incrustação são: usar água sob alta pressão para lavar a camada de incrustações ； Adição de agentes inibidores de incrustação na água de entrada: utilização de ar com baixo teor ou sem CO2 para a desidratação (como no ciclo de absorção de gases de escape para remoção de amônia e reutilização) ； São utilizados preenchimentos de plástico que não formam incrustações, em substituição à madeira e outros materiais semelhantes. O método de desodorização por ar permite a remoção de amônia, com taxas de remoção que podem chegar a 60–95%. É um processo simples, cujo desempenho é estável. Além disso, os custos de instalação e operação são baixos, permitindo o tratamento de águas residuais com alta concentração de amônia. Mas, em temperaturas baixas, a eficiência da desgaseificação é reduzida. A formação de incrustações no sistema pode interferir significativamente no seu funcionamento. Além disso, o amônia liberado durante o processo causa poluição secundária ao meio ambiente. IV. Cloração no ponto de inflexão: É um método em que se adiciona uma quantidade excessiva de cloro ou hipoclorito de sódio (acima do “ponto de inflexão”, ver Capítulo 14), de modo a oxidar completamente o amônia presente nas águas residuais, transformando-o em N2. Essa técnica é chamada de cloração no ponto de inflexão. A reação pode ser representada da seguinte forma: NH4+ + 1,5 HOCl → 0,5 N2 + 1,5 H2O + 2,5 H+ + 1,5 Cl-. Pela equação, percebe-se que a quantidade teórica de cloro necessária para atingir o ponto de inflexão é de 7,6 kg/kg(NH3-N). No entanto, a quantidade real de cloro necessária fica entre 8 e 10 kg/kg(NH3-N). Se a reação for realizada em pH = 6–7, a quantidade de substância a ser utilizada pode ser minimizada. O tempo de contato geralmente é de 0,5 a 2 horas. O controle rigoroso do valor de pH e da quantidade de cloro utilizado permite reduzir a formação de cloaminas nocivas (como o NCl3) e de compostos orgânicos clorados durante a reação. O método de cloração em pontos críticos alcança uma taxa de remoção de nitrogênio amônico de 90 a 100%. O desempenho do processo é estável, não é afetado pela temperatura da água, e os custos de instalação também são baixos. Mas seu custo de operação é alto ； O cloro residual e os compostos clorados precisam ser submetidos a tratamento posterior.

Em condições alcalinas, a desvolatilização é realizada em uma torre de desvolatilização, e o resultado é excelente.