Технология плазменного разрядного синтеза нитрит-ионов для очистки сточных вод от водорастворимых соединений реакционного азота

Abstract

В настоящее время критическая ситуация по содержанию водорастворимых соединений азота наблюдается в водоемах большинства стран. В мировой практике принято считать, что наиболее перспективным методом удаления соединений азота из сточных вод является анаммокс-технология, основанная на биохимическом процессе окисления аммония нитритом в бескислородных условиях. В общем виде в ходе бактериального анаммокса происходит рекомбинация нитрит-иона и иона аммония, в результате которой они превращаются в молекулярный азот. Однако анаммокс-бактерии отличаются низкой скоростью роста и требуют специфических условий выращивания. В качестве альтернативы бактериальной анаммокс-технологии предложена технология плазменного СВЧ-разрядного синтеза нитрит-ионов NO2 - из воздуха, осуществляемого в плазме СВЧ-разряда в плазмотроне магнетронного типа для очистки сточных вод от водорастворимых соединений реакционного азота. Уникальные возможности неравновесной низкотемпературной плазмы, как среды для протекания химических реакций, и, в частности, плазмы СВЧразряда, являются основой новых перспективных технологий. В условиях турбулентности СВЧ-разряда ионизированные молекулы азота N2 + и кислорода О2 -, приблизившись друг к другу, взаимодействуют, запуская лавинообразный каскад реакций с образованием двух молекул монооксида азота NО, что является пусковым для перехода из электронно-ударной стадии плазмохимических реакций в стадию лавинообразного фотолитического синтеза оксидов азота NОх. Исходя из результатов изучения концентрации конечных продуктов плазмохимических реакций в зоне СВЧ-разряда, преобладающее значение имеет синтез нитрит-ионов NO2 -. Проведены экспериментальные исследования воздействия полученного на выходе плазмотрона потока нитрит-ионов NO2 - на модельный раствор гидрата аммиака (NH4OH) в концентрации 150 мг/л. Наиболее оптимальным явилось время воздействия ионизированного газа на модельный раствор в течение 5 минут, эффективность удаления ионов аммония при этом составила 99,83 %. Таким образом, технология плазменного СВЧ-разрядного синтеза нитрит-ионов NO2 - может являться альтернативой биологической анаммокс-технологии и отличается простотой технической реализации

Currently, there is a critical situation of high matter of water-soluble nitrogen compounds in water bodies of developed countries. In world practice, it is believed that the most promising method for removing nitrogen compounds from wastewater is anammox technology based on the biochemical process of oxidizing ammonium with nitrite under anoxic conditions. Bacterial anammox is based on the reaction between nitrite ion and ammonium ion, which converts them to molecular nitrogen. However, anammox bacteria are characterized by a low growth rate and require specific growing conditions. As an alternative to the bacterial anammox technology, there is proposed a technology of plasma microwave-discharge synthesis of nitrite ions NO2 - from air, carried out in a microwave plasma in a magnetron-type plasmatron for purifying waste water from water-soluble compounds of reaction nitrogen. The unique possibilities of non-equilibrium low-temperature plasma, as a medium for chemical reactions, and, in particular, in microwave plasma, are the basis of new promising technologies. Under the conditions of microwave discharge turbulence, ionized molecules of nitrogen N2 + and oxygen O2 - , approaching each other, interact, it triggers an avalanche-like cascade of reactions with the formation of two molecules of nitrogen monoxide NO, which is starting for the transition from the electron shock stage of plasma chemical reactions to the stage of avalanche-like photolytic synthesis of nitrogen oxides NOx. Based on the results of studying the concentration of the final products of plasma chemical reactions in the microwave discharge zone, the synthesis of nitrite ions of NO2 - is predominant. Experimental studies were carried out on the effect of the NO2 - nitrite ion stream obtained at the plasmatron outlet on a model solution of ammonia hydrate (NH4OH) at a concentration of 150 mg/l. The most optimal was the time of exposure of ionized gas to the model solution for 5 minutes, while the efficiency of removing ammonium ions was 99.83%. Thus, plasma microwave-discharge synthesis of nitrite ions NO2 - can be an alternative to biological anammox technology and is characterized by simple and compact installation