Процесс CANDO
Азот из его содержащихся в сточных водах соединений может быть конвертирован в возобновляемую энергию. Для этого он должен находиться в форме, позволяющей его удаление из воды и пригодной для производства энергии. К таковым формам азота относятся аммиак (NH3) и газообразный оксид азота (N₂O).
Внимание специалистов в этой связи привлекла недавняя разработка так называемого процесса CANDO (Coupled Aerobic-anoxic Nitrous Decomposition Operation), заключающегося в конверсии азота в N₂O, улавливании N₂O и получении энергии путем использования оксида азота в качестве соокислителя при сжигании СН₄ или деструкции N₂O в присутствии оксида металла в качестве катализатора [16]. N₂O обычно рассматривают как нежелательный побочный продукт очистки сточных вод и стремятся подобрать параметры процесса, минимизирующие его выделение. Вместе с тем N₂O является мощным окислителем, при его сжигании с метаном выделяется на 30% больше тепла, чем при сжигании с кислородом, при этом не происходит выделения N₂O в атмосферу.
Процесс CANDO состоит из трех этапов:
- частичная нитрификация NH₄⁺ до NO₂⁻,
- частичное аноксидное восстановление NO₂⁻ до N₂O,
- конверсия N₂O с извлечением энергии путем каталитической деструкции до N₂ и О₂ или с использованием N₂O для окисления биогаза (СН₄).
Осуществимость первой стадии продемонстрирована в промышленном масштабе с 95%-ной эффективностью в процессе SHARON [17]. Также реальностью является проведение третьей стадии [18].
Конверсия N₂O в N₂ может быть осуществлена двумя путями:
- абиотическое восстановление с использованием Fe(II);
- частичная гетеротрофная денитрификация.
В первом случае опыты проведены со смесью карбонатов ("зеленая ржавчина") Fe(II) и Fe(III) с формулой FeII₄FeIII₂(OH)₁₂CO₃, которые восстанавливают NO₂⁻ (28 мМ, примерно 400 мг/л N) до N₂O за 2,5 часа с эффективностью более 90%.
Во втором случае ХПК в виде полигидроксибутирата используется в качестве донора электронов для частичного гетеротрофного восстановления NO₂⁻ до N₂O. В случае абиотического восстановления Fe(II) эффективность конверсии NO₂⁻ в N₂O составляет свыше 90% при 98%-ном удалении азота из водной фазы. В случае частичной гетеротрофной денитрификации были опробованы различные условия потребления ацетатов и нитритов микроорганизмами, выделенными из избыточного активного ила.
При непрерывной подаче ацетатов и нитритов заметного образования N₂O не наблюдалось. В то же время при их импульсном дозировании было зафиксировано появление N₂O. При одновременном питании эффективность конверсии до N₂O не превышает 9-12%, при раздельном питании эффективность конверсии достигает 60-65%.
В анаэробных условиях микробное сообщество при дозировании ацетатов накапливает полигидроксибутират, затем в аноксидных условиях расходует полигидроксибутират и восстанавливает NO₂⁻.
Эффективность биологического удаления азота из водной фазы составила свыше 98% в 200 циклах. Эти результаты получены на синтетических сточных водах, содержащих 250 мг(N)/л.
В настоящее время ведется отработка параметров процесса на пилотной установке с реальными сточными водами. По мнению разработчиков в сравнении с традиционным удалением азота процесс CANDO обеспечивает снижение расхода кислорода, уменьшение выхода биомассы, повышенное использование органических веществ для производства биогаза и, наконец, производство энергии в процессе очистки сточных вод от азота.
Автор статьи: Кофман Владимир Яковлевич
