เส้นทางเทคโนโลยีการกำจัดฟอสฟอรัสทั้งหมดและไนโตรเจนทั้งหมด: จากหลักการกระบวนการไปจนถึงการเลือกทางวิศวกรรม

เส้นทางเทคโนโลยีการกำจัดฟอสฟอรัสทั้งหมดและไนโตรเจนทั้งหมด: จากหลักการกระบวนการไปจนถึงการเลือกทางวิศวกรรม

ในโครงการปรับปรุงโรงบำบัดน้ำเสียชุมชนและโครงการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม การกำจัดฟอสฟอรัสทั้งหมด (TP) และไนโตรเจนทั้งหมด (TN) ไปพร้อมกันถือเป็นความท้าทายทางเทคนิคและเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม ฟอสฟอรัสทั้งหมดส่วนใหญ่มาจากผงซักฟอกในน้ำเสียชุมชน ฟอสเฟตในน้ำเสียอุตสาหกรรม และยาฆ่าแมลงตกค้าง ไนโตรเจนทั้งหมดประกอบด้วยแอมโมเนียไนโตรเจน ไนเตรตไนโตรเจน ไนโตรเจนอินทรีย์ ฯลฯ ทั้งสองเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดยูโทรฟิเคชันของน้ำ

สำหรับผู้รับเหมาทางวิศวกรรมและผู้วางระบบ การทำความเข้าใจขอบเขตและเงื่อนไขขอบเขตที่เกี่ยวข้องของเทคโนโลยีการกำจัดฟอสฟอรัสและไนโตรเจนต่างๆ ถือเป็นรากฐานสำหรับการออกแบบกระบวนการและการเลือกใช้อุปกรณ์

1. เส้นทางเทคโนโลยีการกำจัดฟอสฟอรัสทั้งหมด

ฟอสฟอรัสทั้งหมดมีอยู่ในน้ำในรูปของออร์โธฟอสเฟต โพลีฟอสเฟต และฟอสฟอรัสอินทรีย์ รูปแบบที่แตกต่างกันสอดคล้องกับกลไกการกำจัดที่แตกต่างกัน

1.1 วิธีการตกตะกอนทางเคมี

การตกตะกอนทางเคมีเป็นกระบวนการหลักในการกำจัดฟอสฟอรัส มันเกี่ยวข้องกับการเติมเกลือของโลหะหรือมะนาวเพื่อเปลี่ยนอนุมูลฟอสเฟตให้เป็นตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ

วิธีการตกตะกอนเกลือแคลเซียม:การเติมมะนาว (CaO) หรือแคลเซียมคลอไรด์ลงในน้ำเสียที่มีฟอสฟอรัสจะทำให้เกิดการตกตะกอนของไฮดรอกซีอะพาไทต์ภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง สมการปฏิกิริยามีดังนี้:

5Ca²⁺ + 7OH⁻ + 3H₂PO₄⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓ + 6H₂O

พารามิเตอร์ทางวิศวกรรม:ที่ดีที่สุด ผลการกำจัดฟอสฟอรัสจะเกิดขึ้นได้เมื่อควบคุม pH ที่ 10.5–12.5 และความเข้มข้นของฟอสเฟตของน้ำทิ้งสามารถต่ำกว่า 0.5 มก./ล. เวลาปฏิกิริยาคือ 10–15 นาที การร่วมมือกับสารตกตะกอน PAM สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตกตะกอนได้

วิธีการตกตะกอนเกลืออลูมิเนียม/เหล็ก:การเติมอะลูมิเนียมซัลเฟต, โพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์หรือเฟอร์ริกคลอไรด์จะทำให้เกิดการตกตะกอนของอะลูมิเนียมฟอสเฟตหรือเหล็กฟอสเฟต ข้อได้เปรียบของมันคือสามารถทำงานภายใต้สภาวะ pH (6.5–7.5) ที่ใกล้เคียงเป็นกลาง ซึ่งเหมาะสำหรับการกำจัดฟอสฟอรัสของระบบหลังชีวเคมี

ควรสังเกตว่าวิธีการตกตะกอนทางเคมีมุ่งเป้าไปที่ฟอสฟอรัสอนินทรีย์เป็นหลัก และมีผลจำกัดต่อการกำจัดฟอสฟอรัสอินทรีย์ จำเป็นต้องมีการตรวจสอบกระบวนการตามคุณภาพน้ำที่เกิดขึ้นจริง

1.2 การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ

การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพอาศัยพฤติกรรมการดูดซึมฟอสฟอรัสที่มากเกินไปของสิ่งมีชีวิตสะสมฟอสฟอรัส (PAO) ในสภาพแวดล้อมแบบไม่ใช้ออกซิเจน/แอโรบิกสลับกัน ในระยะไร้ออกซิเจน โพลีฟอสเฟตจะถูกไฮโดรไลซ์เพื่อปล่อยฟอสเฟต ในระยะแอโรบิก ฟอสเฟตส่วนเกินจะถูกดูดซับและเก็บไว้ในเซลล์ในรูปโพลีฟอสเฟต และฟอสฟอรัสจะถูกกำจัดออกโดยการปล่อยตะกอนส่วนเกิน

เมื่อระบบกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพ (EBPR) ที่ได้รับการปรับปรุงทำงานอย่างเสถียร ฟอสฟอรัสรวมของน้ำทิ้งจะอยู่ที่ต่ำกว่า 0.5 มก./ลิตร อย่างไรก็ตาม การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพมีความไวต่อแหล่งคาร์บอนที่มีอิทธิพลและสภาวะการทำงาน และประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญภายใต้อุณหภูมิต่ำหรือสภาวะอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนต่ำ

1.3 วิธีการดูดซับ

ใช้ผลการดูดซับของวัสดุที่มีรูพรุนเพื่อกำจัดฟอสเฟตออกจากน้ำ การศึกษาพบว่าถ่านกัมมันต์จากตะกอนมีความสามารถในการดูดซับฟอสฟอรัส 7.3 มก./กรัม ภายใต้ pH 6 และเวลาในการดูดซับ 360 นาที ซึ่งดีกว่าถ่านกัมมันต์เชิงพาณิชย์ที่มีปริมาณ 4.1 มก./กรัม ถ่านไบโอชาร์ที่เตรียมจากเส้นใยอินทผาลัมสามารถบรรลุอัตราการกำจัดฟอสฟอรัสทั้งหมดได้ 81%–91%

วิธีการดูดซับเหมาะสำหรับการบำบัดน้ำเสียที่มีฟอสฟอรัสความเข้มข้นต่ำอย่างล้ำลึก หรือใช้เป็นหน่วยบำบัดระดับตติยภูมิ แต่ต้นทุนการฟื้นฟูและการเปลี่ยนตัวดูดซับจำเป็นต้องรวมอยู่ในการประเมินทางเศรษฐศาสตร์ทางวิศวกรรมด้วย

2. เส้นทางเทคโนโลยีการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมด

แกนหลักของการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดคือการแปลงไนโตรเจนในรูปแบบต่างๆ ให้เป็นก๊าซไนโตรเจน และปล่อยออกจากแหล่งน้ำ เส้นทางทางเทคนิคหลัก ได้แก่ วิธีการดีไนตริฟิเคชั่นทางชีวภาพและเคมีกายภาพ

2.1 กระบวนการกำจัดไนตริฟิเคชันทางชีวภาพ

กระบวนการกำจัดไนตริฟิเคชันทางชีวภาพเสร็จสมบูรณ์โดยกระบวนการไนตริฟิเคชั่นและกระบวนการดีไนตริฟิเคชันร่วมกัน

การทำไนตริฟิเคชั่น:ภายใต้สภาวะแอโรบิก แอมโมเนียไนโตรเจนจะถูกออกซิไดซ์ตามลำดับเป็นไนเตรตไนโตรเจนโดยแบคทีเรียไนไตรท์และแบคทีเรียไนตริไฟนิ่ง

การดีไนตริฟิเคชั่น:ภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นพิษ แบคทีเรียที่ทำการดีไนตริไฟติ้งจะใช้อินทรียวัตถุเป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอนเพื่อลดไนเตรตไนโตรเจนเป็นก๊าซไนโตรเจน

กระบวนการทั่วไปในทางวิศวกรรม ได้แก่:

• กระบวนการ AAO (ไม่ใช้ออกซิเจน-อะโนซิก-ออกซิก):โครงสร้างสามขั้นตอนมาตรฐาน ทำให้สามารถกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัสไปพร้อมกัน กระบวนการ AAO ที่ได้รับการปรับปรุง ผ่านการควบคุมอัตราส่วนการไหลย้อนภายในและการเติมแหล่งคาร์บอนอย่างละเอียด ทำให้สามารถบรรลุน้ำทิ้ง TN<11 mg/L and TP<0.5 mg/L when the influent C/N ratio is 3–4.

• กระบวนการ Bardenpho:มีการเพิ่มขั้นตอนหลังการขาดออกซิเจนเพิ่มเติมเพื่อใช้แหล่งคาร์บอนภายนอกอย่างเต็มที่สำหรับการแยกไนตริฟิเคชั่นแบบลึก การศึกษาพบว่าภายใต้ปริมาณแหล่งที่มาของคาร์บอน 38.63 มก./ลิตร และอัตราส่วนการไหลย้อนภายใน 300% TN ของน้ำทิ้งคือ 8.15 มก./ลิตร และ TP คือ 0.3 มก./ลิตร

• กระบวนการ AOA-SBR:เครื่องปฏิกรณ์แบบแบทช์ลำดับแบบไม่ใช้ออกซิเจน/ออกซิก/ไม่เป็นพิษ ภายใต้อุณหภูมิต่ำ 15.7°C เมื่อ TN ที่ไหลเข้าคือ 45.5 มก./ลิตร และ TP คือ 3.9 มก./ลิตร น้ำทิ้งจะลดลงเหลือ 10.9 มก./ลิตร และ 0.1 มก./ลิตร ตามลำดับ

2.2 กลยุทธ์การเติมแหล่งคาร์บอนภายนอก

อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนต่ำ (C/N<4) is a typical feature of municipal sewage in northern regions. Insufficient carbon sources will limit denitrification efficiency. In actual projects, external carbon sources such as sodium acetate are used for supplementation.

กลยุทธ์การควบคุมอย่างละเอียดเชื่อมโยงปริมาณแหล่งคาร์บอนกับความเข้มข้นของไนเตรตไนโตรเจนในส่วนที่เป็นพิษ ซึ่งสามารถลดการใช้แหล่งคาร์บอนต่อ ตันน้ำตั้งแต่ 60 กรัม ถึง 20 กรัม (คำนวณเป็นโซเดียมอะซิเตทบริสุทธิ์) ซึ่งช่วยประหยัดต้นทุนแหล่งคาร์บอนได้ประมาณ 70%

2.3 วิธีการกำจัดไนตริฟิเคชั่นเคมีฟิสิกส์

สำหรับน้ำเสียที่มีไนโตรเจนความเข้มข้นสูงซึ่งไม่สามารถบำบัดทางชีวเคมีได้ (เช่น น้ำชะขยะฝังกลบและอุตสาหกรรม น้ำเสีย) สามารถใช้วิธีการดังต่อไปนี้:

• การแลกเปลี่ยนไอออน:การดูดซับแบบเลือกสรรของแอมโมเนียมไอออนโดยใช้วัสดุ เช่น ซีโอไลต์

• การแยกเมมเบรน:รีเวอร์สออสโมซิสหรืออิเล็กโทรไดอะไลซิสเพื่อให้ได้ความเข้มข้นของไนโตรเจนและการแยกตัว

• เครื่องกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจน:ใช้ได้กับน้ำเสียที่มีแอมโมเนียไนโตรเจนเป็นส่วนใหญ่เท่านั้น โดยแปลงเป็นก๊าซไนโตรเจนผ่านปฏิกิริยาทางเคมี โปรดทราบว่าน้ำยากำจัดแอมโมเนียไนโตรเจนไม่ได้ผลกับไนเตรตไนโตรเจนและไนโตรเจนอินทรีย์ ผลการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดขึ้นอยู่กับสัดส่วนของแอมโมเนียไนโตรเจนในไนโตรเจนทั้งหมด

3. การรวมกระบวนการและการอ้างอิงการเลือกทางวิศวกรรม

4. การทำงานร่วมกันของกระบวนการ: ความยากลำบากทางวิศวกรรมในการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัสพร้อมกัน

มีความขัดแย้งของกระบวนการในการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดและฟอสฟอรัสทั้งหมดพร้อมกัน:

• การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพต้องใช้แหล่งคาร์บอนที่เพียงพอ (ส่วนแบบไม่ใช้ออกซิเจน) ในขณะที่การแยกไนตริฟิเคชันทางชีวภาพยังใช้แหล่งคาร์บอนด้วย (ส่วนที่เป็นพิษ)

• การกำจัดฟอสฟอรัสอาศัยการปล่อยตะกอนส่วนเกิน ในขณะที่การแยกไนตริฟิเคชันอาศัยตะกอนที่ยาวขึ้น อายุ

Engineering บรรลุความสมดุลด้วยกลยุทธ์ต่อไปนี้:

• ใช้กระบวนการน้ำเข้าแบบเป็นขั้นตอนเพื่อกระจายแหล่งคาร์บอนไปยังส่วนที่ไม่ใช้ออกซิเจนและส่วนที่เป็นพิษ

• ควบคุมอายุตะกอนที่ 10–15 วัน โดยคำนึงถึงความต้องการการเติบโตของแบคทีเรียไนตริไฟติ้งและแบคทีเรียที่สะสมฟอสฟอรัส

• เมื่อข้อกำหนด TP ของน้ำทิ้งเข้มงวด (<0.3 mg/L), supplement chemical post-precipitation unit

5. การตรวจสอบและการควบคุมกระบวนการ

สำหรับผู้วางระบบ การตรวจสอบฟอสฟอรัสทั้งหมดและไนโตรเจนทั้งหมดทางออนไลน์ถือเป็นรากฐานของการควบคุมกระบวนการ ปัจจุบัน การตรวจติดตามฟอสฟอรัสทั้งหมดใช้วิธีการสเปกโตรโฟโตเมตริกแอมโมเนียมโมลิบเดต (ขีดจำกัดการตรวจจับ 0.01–1.0 มก./ลิตร) และไนโตรเจนทั้งหมดใช้วิธีการย่อยอัลคาไลน์โพแทสเซียมเพอร์ซัลเฟต-อัลตราไวโอเลตสเปกโตรโฟโตเมตริก ในกระบวนการ AAO ความเข้มข้นของไนเตรตไนโตรเจนในส่วนที่เป็นพิษเป็นพารามิเตอร์หลักในการควบคุมอัตราส่วนการไหลย้อนภายในและปริมาณแหล่งคาร์บอนภายนอก

คำถามที่พบบ่อย

Q1.การกำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมีมีประสิทธิภาพกับฟอสฟอรัสอินทรีย์หรือไม่?

ไม่มีประสิทธิภาพ วิธีการตกตะกอนทางเคมีมีผลเฉพาะกับไอออนฟอสเฟตอนินทรีย์เท่านั้น ฟอสฟอรัสอินทรีย์จะต้องถูกแปลงเป็นฟอสฟอรัสอนินทรีย์ก่อนโดยผ่านออกซิเดชันหรือการย่อยสลายทางชีวภาพก่อนที่จะกำจัดฝน

Q2.เหตุใดการดีไนตริฟิเคชั่นจึงทำได้ยากในน้ำเสียที่มีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนต่ำ

กระบวนการดีไนตริฟิเคชันต้องใช้อินทรียวัตถุในฐานะผู้บริจาคอิเล็กตรอน เมื่อ C/N ต่ำกว่า 4 แสดงว่าแหล่งคาร์บอนในน้ำดิบไม่เพียงพอที่จะรองรับการแยกไนตริฟิเคชั่นโดยสมบูรณ์ และจำเป็นต้องเสริมแหล่งคาร์บอนภายนอก (เช่น โซเดียมอะซิเตต) หรือกลยุทธ์ทางน้ำเข้าแบบหลายจุด

Q3.จะเลือกระหว่างการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพกับการกำจัดฟอสฟอรัสทางเคมีได้อย่างไร?

การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพใช้สำหรับกระบวนการหลัก (ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ แต่ประสิทธิภาพได้รับผลกระทบจากความผันผวนของคุณภาพน้ำ) การกำจัดฟอสฟอรัสด้วยสารเคมีถูกใช้เป็นมาตรการป้องกัน (ปฏิกิริยาที่เสถียร แต่มีต้นทุนสารเคมีสูง) ในทางวิศวกรรม มักใช้การผสมผสานระหว่างชีววิทยาเป็นหลักและเคมีเป็นตัวช่วย

Q4.เมื่อการปฏิบัติตามไนโตรเจนทั้งหมดเป็นเรื่องยาก ควรปรับพารามิเตอร์ใดก่อน

ลำดับการตรวจสอบ: อัตราส่วนการไหลย้อนภายใน (ควรเป็น 200%–400%), ออกซิเจนละลายในส่วนที่เป็นพิษ (ควรเป็น<0.5 mg/L), carbon source dosage and dosing point (should be added at the entrance of the anoxic zone), sludge age (nitrifying bacteria require longer sludge age).

Q5.การลดฟอสฟอรัสทั้งหมดจาก 1.0 มก./ลิตร เหลือ 0.3 มก./ลิตร กระบวนการใดประหยัดที่สุด

เมื่อ TP ที่ได้รับผลกระทบลดลงเหลือประมาณ 1.0 มก./ลิตร ศักยภาพในการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพจะใกล้เคียงกับขีดจำกัดบน การใช้เกลืออะลูมิเนียมหรือเกลือของเหล็กสำหรับการตกตะกอนทางเคมีหลังการตกตะกอน (ปริมาณประมาณ 10–30 มก./ลิตร) เป็นโซลูชันการกำจัดฟอสฟอรัสในระดับลึกที่ประหยัดและเป็นไปได้

Q6.วงจรความอิ่มตัวของการดูดซับถ่านกัมมันต์เพื่อกำจัดฟอสฟอรัสใช้เวลานานเท่าใด

ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของฟอสฟอรัสและชนิดของคาร์บอนที่มีอิทธิพล จำเป็นต้องมีการสร้างใหม่เมื่อการดูดซับฟอสฟอรัสถึง 60% –70% ของความสามารถในการดูดซับอิ่มตัว ยกตัวอย่างถ่านกัมมันต์กะลามะพร้าว เมื่อบำบัดน้ำเสียทุติยภูมิด้วยฟอสฟอรัส 1–2 มก./ลิตร วงจรความอิ่มตัวจะอยู่ที่ประมาณ 2,000–5,000 ปริมาณเตียง

Q7.อุปกรณ์บำบัดน้ำเสียแบบผสมผสานสามารถตรงตามมาตรฐาน TP และ TN พร้อมกันได้หรือไม่

ใช่ สามารถกำหนดค่าได้ จำเป็นต้องนำกระบวนการที่มีการควบคุมแบบไม่ใช้ออกซิเจน ไร้ออกซิเจน และแอโรบิกมาใช้ (เช่น อุปกรณ์ที่รวม AAO) และติดตั้งหน่วยจ่ายสารเคมีและเครื่องมือตรวจสอบออนไลน์ เหมาะสำหรับสถานการณ์การบำบัดน้ำเสียแบบกระจายอำนาจที่ 50–500 ลบ.ม./วัน

สรุป:

การกำจัดฟอสฟอรัสทั้งหมดและไนโตรเจนทั้งหมดถือเป็นความท้าทายอย่างเป็นระบบในวิศวกรรมการบำบัดน้ำเสีย การกำจัดฟอสฟอรัสทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับการตกตะกอนทางเคมีและการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพเป็นหลัก ในขณะที่การกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดจะมีศูนย์กลางอยู่ที่การทำให้ไนตริฟิเคชั่น/ดีไนตริฟิเคชันทางชีวภาพ มีเกมระหว่างทั้งสองเรื่องในการกระจายแหล่งคาร์บอนและการควบคุมอายุของตะกอน

ผู้รับเหมางานวิศวกรรมจำเป็นต้องชี้แจงคุณลักษณะของคุณภาพน้ำที่ไหลเข้า (อัตราส่วน C/N รูปแบบฟอสฟอรัส ช่วงอุณหภูมิ) ในขั้นตอนการออกแบบ เลือกกระบวนการหลักที่ตรงกัน และสำรองการจ่ายสารเคมีและการกรองแบบลึกไว้เป็นการรับประกันการปฏิบัติตามข้อกำหนด ผู้รวมระบบควรมุ่งเน้นไปที่การกำหนดค่าเครื่องมือตรวจสอบออนไลน์ (ไนเตรตไนโตรเจน แอมโมเนียไนโตรเจน เครื่องวิเคราะห์ TP/TN) เพื่อให้การสนับสนุนข้อมูลสำหรับการควบคุมกระบวนการกลั่น

เอกสารข้อมูลเซ็นเซอร์คุณภาพน้ำ

NBL-WQ-CL เซ็นเซอร์คุณภาพน้ำออนไลน์ Residual คลอรีน Sensor.pdf

NBL-WQ-DO ออนไลน์ Fluorescence Dissolved Oxygen Sensor.pdf

NBL-WQ-NHN แอมโมเนียไนโตรเจนคุณภาพน้ำ Sensor.pdf

NBL-WQ-COD คุณภาพน้ำออนไลน์ COD Sensor.pdf

NBL-WQ-pH ออนไลน์ pH คุณภาพน้ำ Sensor.pdf

NBL-WQ-EC คุณภาพน้ำการนำไฟฟ้าsensor.pdf

NBL-WQ-BOD-4A ออนไลน์ BOD Sensor.pdf

NBL-WQ-TH-4S เซ็นเซอร์ความแข็งรวมออนไลน์.pdf