RU2685304C2 - Способ удаления азота из водной среды - Google Patents
Способ удаления азота из водной среды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685304C2 RU2685304C2 RU2017110794A RU2017110794A RU2685304C2 RU 2685304 C2 RU2685304 C2 RU 2685304C2 RU 2017110794 A RU2017110794 A RU 2017110794A RU 2017110794 A RU2017110794 A RU 2017110794A RU 2685304 C2 RU2685304 C2 RU 2685304C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- concentration
- sulfate
- aqueous medium
- reducing agent
- Prior art date
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 13
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 12
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 claims description 25
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 21
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 abstract description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 5
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- RAQDACVRFCEPDA-UHFFFAOYSA-L ferrous carbonate Chemical compound [Fe+2].[O-]C([O-])=O RAQDACVRFCEPDA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 229910021646 siderite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- CUPCBVUMRUSXIU-UHFFFAOYSA-N [Fe].OOO Chemical compound [Fe].OOO CUPCBVUMRUSXIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 229910000358 iron sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021519 iron(III) oxide-hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000013028 medium composition Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000010841 municipal wastewater Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001477 organic nitrogen group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005375 photometry Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- -1 sodium carbonate Chemical compound 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
- C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
- C02F3/303—Nitrification and denitrification treatment characterised by the nitrification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
- C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
- C02F3/305—Nitrification and denitrification treatment characterised by the denitrification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/02—Preparation of oxygen
- C01B13/0203—Preparation of oxygen from inorganic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/02—Preparation of nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
- C01B21/22—Nitrous oxide (N2O)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
- C02F1/586—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds by removing ammoniacal nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/70—Treatment of water, waste water, or sewage by reduction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/70—Treatment of water, waste water, or sewage by reduction
- C02F1/705—Reduction by metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/006—Regulation methods for biological treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
- C02F3/1205—Particular type of activated sludge processes
- C02F3/121—Multistep treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
- C02F2101/166—Nitrites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/10—Energy recovery
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод, содержащих органические соединения азота и аммиак. Для осуществления способа проводят конверсию NHв водной среде в NOпутем аэробной нитрификации, восстановление полученного NOв NO в анаэробных условиях и разложение NO до Nс выделением энергии. При этом на стадии восстановления NOдо NO используют смесь сульфата железа (II) и сульфата железа (III). В предпочтительном варианте указанная смесь на 3 моля сульфата железа (II) содержит 1 моль сульфата железа (III). Водная среда представляет собой концентрат, центрифугат или фильтрат процесса обезвоживания осадков. Способ обеспечивает повышение эффективности удаления повышенных концентраций соединений азота из водных сред. 12 з.п. ф-лы.
Description
Настоящее изобретение относится к способу удаления азота из водной среды в соответствии с вводной частью независимого пункта прилагаемой формулы изобретения.
Сточные воды могут содержать в повышенной концентрации соединения азота, такие как органические соединения азота и аммиак. При обработке сточных вод целью является снижение концентрации азота в воде, так как соединения азота, помимо прочего, являются эффективными удобрениями и могут вызывать эвтрофикацию водных путей.
Азот может быть удален из водных растворов различными способами. Например, может быть использован комплексный аэробно-анаэробный способ разложения азотистых соединений, известный как CANDO. Этот способ включает три стадии: (1) частичная аэробная нитрификация NH4 + до NO2 -, (2) частичная анаэробная денитрификация NO2 - до N2O, (3) конверсия N2O в N2 с выделением энергии путем каталитического разложения N2O или использования N2O в качестве окислителя СН4. Известно, что зеленый карбонат железа, Fe(II)4Fe(III)2(0H)12CО3, или сидерит, FeСО3, могут быть использованы для восстановления NO2 - до N2O, см., например, Scherson et al., Energy Environ. Sci. 2013, 6, 241-248. Зеленый карбонат железа может быть получен посредством реакции карбоната, такого как карбонат натрия, с FeCl2. Однако, имеется устойчивая потребность в улучшении существующих способов и в отыскании эффективных возможных альтернатив.
Целью настоящего изобретения является сведение к минимуму или полное преодоление недостатков известного уровня техники.
Целью также является обеспечение способа эффективного удаления азота из водной среды.
Эти цели достигаются благодаря изобретению, отличающемуся признаками, представленными ниже в отличительных частях независимых пунктов формулы изобретения.
Типичный соответствующий изобретению способ удаления азота из водной среды включает следующие стадии:
- конверсия NH4 + в водной среде в NO2 - путем частичной аэробной нитрификации,
- частичное восстановление полученного NO2 - в N2O в анаэробных условиях,
- разложение N2O до N2 с выделением энергии,
при этом, для восстановления NO2 - до N2O используется смесь сульфата железа (II) и сульфата железа (III).
Также было обнаружено, что смесь сульфата железа (II) и сульфата железа (III) может быть использована для восстановления NO2 - до N2O при сохранении эффективности и скорости реакций, свойственных способу CANDO, в котором используется зеленый карбонат железа или сидерит. Добавление смеси сульфата железа (II) и сульфата железа (III) непосредственно на стадии (b) приводит к образованию свежего аморфного оксигидроксида железа, что облегчает опосредуемое железом (II) восстановление NO2 - на стадии (b). Следовательно, возможно обойтись без добавления источника карбоната, необходимого для получения зеленого карбоната железа, и свести к минимуму количество стадий.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, смесь, которую добавляют на стадии (b), содержит, по меньшей мере, 3 моля сульфата двухвалентного железа на 1 моль сульфата трехвалентного железа. Предпочтительно, смесь содержит, по меньшей мере, 3,5 моля сульфата двухвалентного железа на 1 моль сульфата трехвалентного железа, более предпочтительно, по меньшей мере, 4 моля сульфата двухвалентного железа на 1 моль сульфата трехвалентного железа. Количество сульфата двухвалентного железа точно определяется так, чтобы оптимизировать эффективность частичного восстановления NO2 - до N2O на стадии (b).
Смесь сульфата железа (II) и сульфата железа (III) может быть добавлена в водную среду на стадии (b) в форме раствора или в форме смеси кристаллических частиц. Смесь может быть добавлена в таком количестве, что, по меньшей мере, 2 моля, предпочтительно, по меньшей мере, 3 моля, более предпочтительно, по меньшей мере, 3,5 моля сульфата двухвалентного железа добавляются к 1 молю сульфата трехвалентного железа и к 1 молю нитрита. Например, когда эту смесь добавляют в реакционную камеру до накопителя нитритного осадка, может быть достигнут максимум улавливания отходящего газа и N2O. Чем больше железа добавлено, тем больше выделяется N2O и тем больше удаляется аммиака.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, в водную среду не добавляют буфер. Это упрощает процесс и делает его более рентабельным.
Водная среда, подлежащая обработке способом настоящего изобретения, содержит NH4 + и может представлять собой городские сточные воды, промышленные сточные воды или сточные воды свалок. Сточные воды могут представлять собой концентрат, центрифугат или фильтрат процесса обезвоживания. Например, их источником может быть процесс обезвоживания городских сточных вод с использованием центрифуг и рециркуляции потока центрифугата в процесс обработки сточных вод. В качестве альтернативы, источником сточных вод может быть сельскохозяйственный объект или процесс производства биотоплива, например, биоэтанола или биодизельного топлива.
Концентрация NH4 + в водной среде перед удалением азота, по меньшей мере, в два раза больше молярной концентрации нитрата, предпочтительно, по меньшей мере, в три раза больше молярной концентрации нитрата, более предпочтительно, по меньшей мере, в четыре раза больше молярной концентрации нитрата. Благодаря этому гарантируется эффективное преобразование в нитрит по сравнению с нитратом. Кроме того, смесь сульфата железа (II) и сульфата железа (III) обеспечивает эффективное восстановление NO2 - до N2O и, таким образом, позволяет достичь увеличения общего восстановления азота, даже в сточных водах, содержащих соединения азота в повышенных концентрациях.
В одном из вариантов осуществления изобретения стадию (а) проводят в отдельном первом корпусном реакторе. Условия в первом корпусном реакторе выбраны так, чтобы обеспечить селективное предпочтение бактериями, находящимися в реакторе, нитрита относительно нитрата. Например, рН среды поддерживают в диапазоне 6-8, количество растворенного кислорода поддерживают низким, температуру в реакторе поддерживают в диапазоне 20-40°С, предпочтительно, 30-35°С. Время пребывания на стадии (а) может составлять 1,5-3,5 дня, предпочтительно, 2-3 дня.
Стадию (b) осуществляют во втором корпусном реакторе. Полученный со стадии (а) NO2 - частично восстанавливают абиотически путем опосредуемого железом (II) восстановления до N2O и железа (III). Соединения трехвалентного железа образуют осадок, который может быть удален из корпусного реактора. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, полученное на стадии (b) трехвалентное железо может быть регенерировано до двухвалентного железа при помощи восстанавливающих железо бактерий, которые хорошо известны. Регенерация может быть осуществлена в отдельном реакторе регенерации.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, время реакции восстановления на стадии (b) составляет < 3 ч, предпочтительно, < 2 ч, иногда даже < 1,5 ч, когда используется смесь сульфата железа (II) и сульфата железа (III).
В одном из вариантов осуществления изобретения разложение N2O до N2 с выделением энергии на стадии (с) может быть достигнуто путем разложения N2O с образованием кислорода и газообразного азота каталитическим путем, термически или посредством экзотермического разложения. Газообразный N2O также может быть использован в качестве окислителя или со-окислителя в реакции горения, например, при сжигании СН4.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, величину сигнала спектрофотометрического измерения используют для определения концентрации NO2 - в водной среде в режиме реального времени, после чего полученную концентрацию NO2 - используют для определения количества восстановителя, добавляемого на стадии (b). Было обнаружено, что величина сигнала спектрофотометрического измерения является надежным и оптимальным основанием для измерения концентрации NO2 - в режиме реального времени, и что измерение концентрации NO2 - может быть с успехом использовано для регулирования добавления восстановителя. Таким образом, добавление восстановителя может быть тщательно и точно отрегулировано в соответствии с реальной концентрацией соединения азота в водной среде, а необходимая степень удаления азота достигается без использования избыточных количеств восстановителя.
Величина сигнала спектрофотометрического измерения может регистрироваться непрерывно или через заданные непостоянные интервалы времени. Если измерения осуществляют дискретно, заданный интервал времени составляет, предпочтительно, < 30 мин, более предпочтительно, < 15 мин, еще более предпочтительно, < 7 мин. Проведение дискретного измерения пригодно для водных сред, концентрация соединений азота в которых относительно стабильна, и/или изменения состава среды относительно медленные. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, величину сигнала спектрофотометрического измерения регистрируют непрерывно, и, таким образом, непрерывно получают информацию о концентрации NO2 -.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, концентрацию NO2 - измеряют до добавления восстановителя. Это означает, что концентрацию NO2 - измеряют до стадии (b) способа удаления азота. Спектрофотометрические измерения могут быть проведены, например, в отношении водной среды, поступающей в процесс удаления азота, или водной среды, поступающей на стадию (b) способа удаления азота. Полученные величины сигнала спектрофотометрических измерений используют для определения концентрации NO2 - и, затем, количества восстановителя, добавляемого на стадии (b). Таким образом обеспечивается упреждающее регулирование добавления восстановителя.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, концентрацию NO2 - измеряют после добавления восстановителя. Это означает, что концентрацию NO2 - измеряют после стадии (b) способа удаления азота. Спектрофотометрические измерения могут быть проведены, например, в отношении водной среды, выводимой после осуществления способа удаления азота, или водной среды, выводимой со стадии (b) способа удаления азота. Полученные величины сигнала спектрофотометрического измерения используют для определения концентрации NO2 - и, затем, количества восстановителя, добавляемого на стадии (b), при помощи контура с обратной связью.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, концентрацию NO2 - измеряют и до, и после добавления восстановителя. Таким образом обеспечивается оптимальное управление добавлением восстановителя.
Величины сигнала спектрофотометрического измерения получают при помощи спектрофотометрического устройства, предпочтительно, устройства, производящего измерения в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Пригодным спектрофотометрическим устройством является, например, устройство scan spectrolyser™ (Messtechnik GmbH, Vienna, Austria). В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, величины сигнала спектрофотометрического измерения регистрируют в диапазоне длин волн 200-250 нм. Спектрофотометр может быть сконструирован как погружаемый датчик, который может быть установлен на надлежащей технологической линии процесса удаления азота. Измерительное устройство может быть оборудовано системой самоочистки с использованием, например, воздуха под давлением для очистки соответствующих поверхностей устройства.
Устройство спектрофотометрического измерения обеспечивает поступление сигналов, величина которых пропорциональна концентрации NO2 - в водной среде. Полученные величины сигнала могут быть прямо пропорциональны концентрации NO2 -, либо величины сигнала могут быть подвергнуты обработке, например математической, для получения концентрации NO2 - в водной среде.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, сигналы спектрофотометрического измерения подаются на центральное устройство, осуществляющее обработку сигналов и расчет соответствующей концентрации NO2 -. Сигнал может быть подан с устройства спектрофотометрического измерения на центральное устройство, например, по кабелю или посредством беспроводной связи, например, GPRS. Центральное устройство может включать необходимые элементы для обработки, вычислений и/или хранения сигналов спектрофотометрического измерения и/или полученных величин концентрации NO2 -. Центральное устройство также может включать компьютер с соответствующим программным обеспечением, производящий вычисление количества восстановителя, которое нужно добавить, на основании полученной величины концентрации NO2 -. Компьютер может представлять собой компьютер общего назначения для управления технологическим процессом или устройство SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных). Компьютер может быть снабжен функцией подачи управляющего сигнала на соответствующие устройства, например насосы, осуществляющие управление добавлением восстановителя на стадии (b) способа удаления азота. Управляющий сигнал может быть подан на осуществляющие добавление восстановителя устройства по аналоговому кабелю, например, кабелю 4-20 А, или с использованием протокола modbus. Устройства добавления, например насосы, могут быть оборудованы электромагнитным расходомером, автоматически считывающим величину расхода восстановителя. Эта величина расхода может быть направлена в компьютер и использована для уточнения добавляемого впоследствии количества.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, сигналы спектрофотометрического измерения подвергают математической обработке в управляющем устройстве с целью сведения к минимуму помех, вызванных случайными флуктуациями и/или возможно присутствующими другими дестабилизирующими элементами. Например, для более точного расчета концентрации NO2 - на основании величин сигнала спектрофотометрического измерения может быть использована частичная среднеквадратичная регрессия. Для расчета добавляемого количества восстановителя на основании полученных величин спектрофотометрического измерения могут быть также использованы надлежащие алгоритмы калибровки со многими переменными.
Величины сигнала спектрофотометрического измерения и/или величины концентрации NO2 - могут храниться в базе данных.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, измеряют величину рН водной среды и используют ее для корректировки измеренных величин спектрофотометрического сигнала перед определением количества восстановителя, добавляемого на стадии (b). Проведение измерения рН является предпочтительным, если имеется риск флуктуаций рН в водной среде. Величины рН могут быть измерены при помощи любого надлежащего датчика рН, по существу, известного. Полученные величины рН могут быть переданы на центральное устройство, где они могут быть подвергнуты обработке и использованы для корректировки величин сигнала спектрофотометрического измерения. После корректировки по рН, на основании скорректированных величин сигналов фотометрического измерения вычисляют концентрацию NO2 -. Измерения рН могут осуществляться непрерывно или через заданные интервалы времени, предпочтительно, непрерывно. Измерение рН может проводиться в одной или нескольких точках процесса удаления азота.
Также возможно проводить измерение концентраций других веществ, которые могут влиять на спектрофотометрические измерения, и корректировать величины сигнала в соответствии с измеренными концентрациями.
Хотя изобретение описано со ссылкой на считающиеся на настоящий момент наиболее практичными и предпочтительными варианты его осуществления, следует учитывать, что изобретение не ограничивается описанными выше вариантами его осуществления, напротив, изобретение охватывает также различные модификации и эквивалентные технические решения, входящие в рамки объема прилагаемой формулы изобретения.
Claims (17)
1. Способ удаления азота из водной среды, включающий следующие стадии:
(а) конверсия NH4 + в водной среде в NO2 - путем частичной аэробной нитрификации,
(b) частичное восстановление полученного NO2 - в N2O в анаэробных условиях,
(с) разложение N2O до N2 с выделением энергии,
при этом на стадии (b) для восстановления NO2 - до N2O используется смесь сульфата железа (II) и сульфата железа (III).
2. Способ по п. 1, в котором смесь включает по меньшей мере 3 моля сульфата железа (II) на 1 моль сульфата железа (III).
3. Способ по п. 1, в котором смесь сульфата железа (II) и сульфата железа (III) добавляют в водную среду на стадии (b) в форме раствора или в форме смеси кристаллических частиц.
4. Способ по п. 1, в котором время реакции восстановления на стадии (b) < 2 ч.
5. Способ по п. 1, в котором водная среда представляет собой концентрат, центрифугат или фильтрат процесса обезвоживания.
6. Способ по п. 1, в котором концентрация NH4 + в водной среде перед удалением азота по меньшей мере в два раза больше молярной концентрации нитрата, предпочтительно по меньшей мере в три раза больше молярной концентрации нитрата, более предпочтительно по меньшей мере в четыре раза больше молярной концентрации нитрата.
7. Способ по п. 1, в котором величины сигнала спектрофотометрических измерений используют для изменения концентрации NO2 - в водной среде в режиме реального времени, после чего полученную концентрацию NO2 - используют для определения количества восстановителя, добавляемого на стадии (b).
8. Способ по п. 7, в котором величины сигнала спектрофотометрических измерений регистрируют непрерывно.
9. Способ по п. 7, в котором концентрацию NO2 - измеряют до добавления восстановителя.
10. Способ по п. 7, в котором концентрацию NO2 - измеряют после добавления восстановителя.
11. Способ по п. 7, в котором величины сигнала спектрофотометрических измерений определяют в диапазоне длин волн от 200 до 250 нм.
12. Способ по п. 7, в котором величины сигнала спектрофотометрических измерений передают на центральное устройство, в котором эти величины сигнала подвергаются обработке, на основании чего вычисляется соответствующая концентрация NO2 -.
13. Способ по п. 7, в котором измеряют величину рН водной среды, которую используют для корректировки полученных величин сигналов спектрофотометрических измерений до определения количества восстановителя, добавляемого на стадии (b).
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201462045041P | 2014-09-03 | 2014-09-03 | |
| US62/045,041 | 2014-09-03 | ||
| PCT/FI2015/050576 WO2016034774A1 (en) | 2014-09-03 | 2015-09-03 | Method for nitrogen removal from aqueous medium |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017110794A RU2017110794A (ru) | 2018-10-03 |
| RU2017110794A3 RU2017110794A3 (ru) | 2019-02-20 |
| RU2685304C2 true RU2685304C2 (ru) | 2019-04-17 |
Family
ID=55439170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017110794A RU2685304C2 (ru) | 2014-09-03 | 2015-09-03 | Способ удаления азота из водной среды |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10167215B2 (ru) |
| EP (1) | EP3189015A4 (ru) |
| CN (1) | CN106795020B (ru) |
| RU (1) | RU2685304C2 (ru) |
| SA (1) | SA517381012B1 (ru) |
| WO (1) | WO2016034774A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109928438B (zh) * | 2019-04-01 | 2021-12-17 | 陕西科技大学 | 一种铁系水质净化剂生产催化剂氮氧化物脱除方法 |
| CN111517591B (zh) * | 2020-06-11 | 2022-05-24 | 北京工业大学 | 铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2136612C1 (ru) * | 1996-03-20 | 1999-09-10 | Восточный научно-исследовательский углехимический институт | Способ очистки сточных вод от аммонийного азота |
| KR20000060026A (ko) * | 1999-03-11 | 2000-10-16 | 오시덕 | 혐기성 철접촉조와 무산소-호기 순환 공정을 이용한 폐수의 고도처리 장치 및 방법 |
| RU2210549C1 (ru) * | 2002-04-18 | 2003-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии "НИИ Водгео" | Способ биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота |
| US7082893B2 (en) * | 2003-04-03 | 2006-08-01 | University Of Maryland Biotechnology Institute | Aquaculture nitrogen waste removal |
| US20120030907A1 (en) * | 2009-04-21 | 2012-02-09 | Staedtler + Uhl Kg | Circular comb |
| RU2477709C2 (ru) * | 2008-09-12 | 2013-03-20 | Циклар-Штульц Абвассертехник Гмбх | Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод |
| WO2014125217A2 (fr) * | 2013-02-13 | 2014-08-21 | Universite Pierre Et Marie Curie (Paris 6) | Procede de denitrification minerale biologiquement assistee en milieu liquide |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2012296626A1 (en) * | 2011-08-15 | 2014-01-30 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Microbial production of nitrous oxide coupled with chemical reaction of gaseous nitrous oxide including phosphorus recovery and nitrite reduction to nitrous oxide |
| CN103570194B (zh) * | 2013-11-13 | 2014-10-08 | 浙江大学 | 一种化学-生物协同脱氮除磷反应器 |
| CN104529012A (zh) * | 2015-01-05 | 2015-04-22 | 北京化工大学 | 一种处理废水中亚硝态氮的方法 |
| WO2016148740A1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-09-22 | Environmental Operating Solutions, Inc. | Control system and process for nitrogen and phosphorus removal |
-
2015
- 2015-09-03 RU RU2017110794A patent/RU2685304C2/ru active
- 2015-09-03 CN CN201580046825.XA patent/CN106795020B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2015-09-03 US US15/508,600 patent/US10167215B2/en active Active
- 2015-09-03 EP EP15837585.7A patent/EP3189015A4/en not_active Withdrawn
- 2015-09-03 WO PCT/FI2015/050576 patent/WO2016034774A1/en not_active Ceased
-
2017
- 2017-03-01 SA SA517381012A patent/SA517381012B1/ar unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2136612C1 (ru) * | 1996-03-20 | 1999-09-10 | Восточный научно-исследовательский углехимический институт | Способ очистки сточных вод от аммонийного азота |
| KR20000060026A (ko) * | 1999-03-11 | 2000-10-16 | 오시덕 | 혐기성 철접촉조와 무산소-호기 순환 공정을 이용한 폐수의 고도처리 장치 및 방법 |
| RU2210549C1 (ru) * | 2002-04-18 | 2003-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии "НИИ Водгео" | Способ биологической очистки сточных вод от органических соединений и азота |
| US7082893B2 (en) * | 2003-04-03 | 2006-08-01 | University Of Maryland Biotechnology Institute | Aquaculture nitrogen waste removal |
| RU2477709C2 (ru) * | 2008-09-12 | 2013-03-20 | Циклар-Штульц Абвассертехник Гмбх | Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод |
| US20120030907A1 (en) * | 2009-04-21 | 2012-02-09 | Staedtler + Uhl Kg | Circular comb |
| WO2014125217A2 (fr) * | 2013-02-13 | 2014-08-21 | Universite Pierre Et Marie Curie (Paris 6) | Procede de denitrification minerale biologiquement assistee en milieu liquide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10167215B2 (en) | 2019-01-01 |
| RU2017110794A3 (ru) | 2019-02-20 |
| US20170275192A1 (en) | 2017-09-28 |
| CN106795020A (zh) | 2017-05-31 |
| SA517381012B1 (ar) | 2020-07-22 |
| WO2016034774A1 (en) | 2016-03-10 |
| RU2017110794A (ru) | 2018-10-03 |
| EP3189015A4 (en) | 2018-04-11 |
| EP3189015A1 (en) | 2017-07-12 |
| CN106795020B (zh) | 2020-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zanetti et al. | Progress in real-time control applied to biological nitrogen removal from wastewater. A short-review | |
| FI97240B (fi) | Menetelmä biologisten prosessien kontrolloimiseksi ja/tai seuraamiseksi | |
| Liu et al. | Inhibition of chemical dose in biological phosphorus and nitrogen removal in simultaneous chemical precipitation for phosphorus removal | |
| Zhang et al. | Simultaneous nitrogen and carbon removal from swine digester liquor by the Canon process and denitrification | |
| US20140360933A1 (en) | Methods and apparatus for nitrogen removal from wastewater | |
| Mannina et al. | Nitrous oxide emission in a University of Cape Town membrane bioreactor: The effect of carbon to nitrogen ratio | |
| Stenström et al. | Oxygen-induced dynamics of nitrous oxide in water and off-gas during the treatment of digester supernatant | |
| JP5742195B2 (ja) | アンモニア性窒素含有液の処理方法及び処理システム | |
| Mannina et al. | Nitrous oxide emissions in a membrane bioreactor treating saline wastewater contaminated by hydrocarbons | |
| ATE498588T1 (de) | Verfahren zur behandlung von ammoniumhaltigem abwasser mittels ph-regulierung | |
| WO2018136350A1 (en) | Mainstream deammonification process for treating wastewater that suppresses the growth of nitrite oxidizing bacteria | |
| CN110589969B (zh) | 污水处理厂高效稳定同步脱氮除磷装置及方法 | |
| RU2685304C2 (ru) | Способ удаления азота из водной среды | |
| CN104761056B (zh) | 短程硝化耦合双sbr反硝化除磷的实时控制方法 | |
| CA2881911A1 (en) | A method and an apparatus for simultaneous removal of thiosalt and nitrogen compounds in waste water | |
| JP2005144306A (ja) | メタン発酵処理方法 | |
| Im et al. | Effect of anaerobic digestion on the high rate of nitritation, treating piggery wastewater | |
| Andersson Chan et al. | Increased nitrogen removal in existing volumes at Sundet wastewater treatment plant, Växjö | |
| Yan et al. | Combined Partial-Nitrification and Phosphorus Removal with the co-Existence of Nitrite-resistant phosphorous accumulating organisms (PAOs) and nitrifiers in the treatment of high-strength manure digestate | |
| TW201632472A (zh) | 廢水處理系統 | |
| AU2010358297A1 (en) | System and method for treating water | |
| JP4146491B2 (ja) | 活性汚泥による水処理法 | |
| Zhang et al. | A novel carbon-negative side-stream MBMBR process for municipal wastewater reclamation driven by biopolymer and nutrient recovery | |
| Magnaye et al. | Nitrous and nitric oxides and the effect of oxygen level and nitrite concentration on its emission from nitritation and nitrification-denitrification reactors | |
| Lemaire et al. | ANITA Range-Sustainable and Cost-Effective Solutions for Sidestream NH4-Rich Effluents |