Danes želim deliti stvari o dušiku v amoniaku in celotnem dušiku. V normalnih okoliščinah dušik iz amonijaka običajno predstavlja približno 40 % - 60 % celotnega dušika v mestni gospodinjski odplaki. Pri nekaterih industrijskih odpadnih vodah, kot so odpadne vode iz predelave hrane, farmacevtskih odpadkov itd., se lahko delež dušika v amoniaku glede na skupni dušik razlikuje, nekateri lahko znašajo kar 70 % - 80 %, nekateri pa so relativno nizki.
Amonijev dušik (NH₄⁺-N) se nanaša na dušik v obliki prostega amoniaka (NH3) in amonijevih ionov (NH4⁺) v vodi. In skupni dušik (TN) vključuje dušik iz amonijaka, organski dušik, nitratni dušik (NO₃⁻-N) in nitritni dušik (NO₂⁻-N).
Nizka vsebnost dušika v amoniaku v iztoku, vendar visoka vsebnost skupnega dušika, je lahko posledica naslednjih razlogov:
1. Kopičenje nitratnega dušika
Med postopkom nitrifikacije se dušik iz amoniaka v aerobnih pogojih pretvori v nitratni dušik (vključno z nitratnim dušikom in nitritnim dušikom). V normalnih okoliščinah bo ustvarjeni nitratni dušik reduciran v plinast dušik in izpuščen iz sistema z denitrifikacijskimi bakterijami v anoksičnih pogojih v poznejšem procesu denitrifikacije, s čimer se doseže odstranitev celotnega dušika. Če pa pride do težave v procesu denitrifikacije, kot je zaviranje aktivnosti denitrifikacijskih bakterij, nezadostno anoksično okolje, nezadostna oskrba z virom ogljika itd., nitratnega dušika ni mogoče gladko reducirati v dušikov plin. To vodi do stalnega kopičenja nitratnega dušika v vodi, tako da čeprav se lahko amonijakov dušik na sprednjem koncu učinkovito pretvori v nitratni dušik, kar se kaže kot nizka vsebnost amonijačnega dušika v iztoku, akumuliranega nitratnega dušika ni mogoče odstraniti, skupna vsebnost dušika pa je še vedno visoka.
2. Organski dušik ni učinkovito odstranjen
Med postopkom čiščenja odplak mora organski dušik prestati vrsto biokemičnih reakcij, da se pretvori v dušik iz amoniaka in nato odstrani z nitrifikacijo in denitrifikacijo. Če mikrobna združba, ki je odgovorna za razgradnjo organskega dušika, med postopkom obdelave ni dovolj bogata ali dovolj aktivna ali pa pogoji obdelave (kot so temperatura, pH vrednost, raztopljeni kisik itd.) niso ugodni za razgradnjo in transformacijo organskega dušika, , lahko povzroči nezmožnost popolne pretvorbe organskega dušika v dušik iz amonijaka.
Na primer, prenizka temperatura lahko upočasni hitrost presnove mikroorganizmov, zaradi česar je reakcija razgradnje organskega dušika nepopolna; neustrezna pH vrednost lahko vpliva na delovanje encimov in s tem zavira razgradnjo organskega dušika s strani mikroorganizmov.
Na ta način, čeprav se dušik iz amonijaka dobro odstrani z nitrifikacijo in denitrifikacijo, kar se kaže kot nizka vsebnost dušika iz amonijaka v odplakah, se prvotni organski dušik v odplakah ne pretvori v celoti in odstrani, kar ima za posledico visoko vsebnost skupnega dušika.
3. Notranje reflow razmerje je premajhno
Notranje reflow se nanaša na vračanje mešane tekočine, bogate z nitratnim dušikom, na koncu aerobnega bazena na sprednji del anoksičnega bazena, da se zagotovi nitratni dušik za reakcijo denitrifikacije. Notranje reflow razmerje se nanaša na razmerje med količino mešane tekočine, ki se vrne, in vstopno stopnjo pretoka.
Če je notranje razmerje pretoka premajhno, to pomeni, da nitratni dušik, vrnjen v anoksični bazen, ni zadosten. V anoksičnem okolju denitrifikacijske bakterije uporabljajo vire ogljika za redukcijo nitratnega dušika v dušikov plin. Pomanjkanje zadostne količine nitratnega dušika bo omejilo reakcijo denitrifikacije.
Na primer, med normalnim delovanjem mora notranje razmerje pretoka doseči 200 %, da zadosti povpraševanju po nitratnem dušiku za denitrifikacijo, vendar je dejansko razmerje notranjega pretoka samo 100 % ali celo nižje. To onemogoča, da bi denitrifikacija v celoti odigrala svojo vlogo, velike količine nitratnega dušika pa ni mogoče pretvoriti v dušikov plin za izpust, kar ima za posledico nizko vsebnost dušika v amoniaku v iztoku, vendar je skupni dušik še vedno visok. Ko je notranje razmerje reflowa nadzorovano med 200-400%, je učinkovitost denitrifikacije najboljša.
4. Nezadosten vir ogljika
Med postopkom denitrifikacije potrebujejo denitrifikacijske bakterije vire ogljika kot donorje energije in elektronov, da reducirajo nitratni dušik v dušikov plin. Če v odplakah ni na voljo dovolj ogljika, bosta presnova in reakcija denitrifikacijskih bakterij omejena. Med postopkom denitrifikacije se nitratni dušik in nitritni dušik pretvorita v dušikov plin (N₂) in uideta. Če ta postopek ne zadostuje, nitratni dušik v skupnem dušiku ne bo učinkovito odstranjen. Glede na obratovalne podatke čistilne naprave, ko je učinkovitost denitrifikacije manjša od 80 %, bo učinek odstranjevanja celotnega dušika močno zmanjšan.
Običajni viri ogljika, ki jih lahko uporabljajo denitrifikacijske bakterije, vključujejo organske snovi, kot so metanol, natrijev acetat, glukoza itd. ni pravočasno dodanega dodatnega vira ogljika, reakcije denitrifikacije ni mogoče v celoti izvesti.
Na primer, razmerje med ogljikom in dušikom (C/N) v nekaterih industrijskih odpadnih vodah je nizko in vir ogljika, ki ga vsebujejo, ni dovolj za učinkovito denitrifikacijo. Ali pa se med postopkom obdelave zaradi nerazumne zasnove postopka vir ogljika preveč porabi na sprednji strani, vir ogljika pa je redek, ko doseže stopnjo denitrifikacije.
V tem primeru, tudi če lahko postopek nitrifikacije uspešno pretvori amonijakov dušik v nitratni dušik, zaradi pomanjkanja zadostnega vira ogljika za denitrifikacijo nitratnega dušika ni mogoče v celoti odstraniti, kar ima za posledico nizko vsebnost amonijevega dušika v iztoku, vendar visoko vsebnost skupnega dušika.
5. Nepravilna kontrola raztopljenega kisika
Raztopljeni kisik ima ključno vlogo v procesu nitrifikacije in denitrifikacije pri čiščenju odplak. Reakcije nitrifikacije je treba izvajati v aerobnih pogojih in potrebna je višja koncentracija raztopljenega kisika, da se podprejo nitrifikacijske bakterije pri pretvorbi amonijevega dušika v nitratni dušik.
Vendar je treba reakcije denitrifikacije izvajati v anoksičnih okoljih. Če je koncentracija raztopljenega kisika previsoka, bo zavirala aktivnost denitrifikacijskih bakterij in motila proces denitrifikacije.
Na primer, če je na območju denitrifikacije raztopljenega kisika previsoko zaradi neenakomernega prezračevanja, nezadostnega mešanja ali nerazumne zasnove postopka, bosta normalna presnova denitrifikacijskih bakterij in aktivnost denitrifikacijskih encimov zavrta. Zaradi tega reakcija denitrifikacije ne bo mogla potekati učinkovito. Tudi če postopek nitrifikacije na sprednji strani uspešno pretvori amonijev dušik v nitratni dušik, nitratni dušik ne bo v celoti pretvorjen v dušikov plin in izpuščen zaradi oviranja denitrifikacije, kar ima za posledico nizko vsebnost amonijevega dušika v iztoku, vendar visoko vsebnost skupnega dušika.
S prilagajanjem procesnih parametrov, kot je nadzor raztopljenega kisika (DO) pod 0,5 mg/L, da se ustvari okolje, ki je bolj ugodno za rast denitrifikacijskih bakterij. Hkrati lahko s povečanjem časa zadrževanja v anoksičnem območju zagotovimo, da ima nitratni dušik dovolj časa, da se pretvori v dušikov plin.
6. Neustrezna starost blata
Starost blata se nanaša na povprečni čas zadrževanja aktivnega blata v celotnem sistemu. Različni mikroorganizmi imajo različne stopnje rasti in razmnoževanja, različne pa so tudi zahteve glede starosti blata.
Nitrificirajoče bakterije rastejo počasi in zahtevajo daljšo starost blata, da se zagotovi njihovo število in aktivnost v sistemu. Če je starost blata prekratka, se bodo nitrifikacijske bakterije izpraznile iz sistema, preden se v celoti razmnožijo, in reakcije nitrifikacije ni mogoče v celoti izvesti, kar ima za posledico zmanjšanje učinkovitosti pretvorbe amonijevega dušika v nitratni dušik.
Po drugi strani pa lahko, če je starost blata predolga, povzroči staranje blata in neravnovesje strukture mikrobne skupnosti, v kateri sta lahko prizadeta aktivnost in količina denitrifikacijskih bakterij, kar povzroči nezadostno denitrifikacijo in neučinkovito pretvorbo nitratnega dušika v dušik plin, kar ima za posledico slab učinek skupne odstranitve dušika.
Na primer, če je starost blata v dejanskem delovanju nastavljena prekratko zaradi prekomerne učinkovitosti odstranjevanja blata, lahko pride do nepopolne nitrifikacije in premajhne količine amonijevega dušika, pretvorjenega v nitratni dušik; in če se starost blata prekomerno podaljša, da bi prihranili stroške obdelave blata, lahko povzroči staranje blata in slab učinek denitrifikacije.
7. Napake v načrtovanju procesa
Nekatere čistilne naprave morda nimajo učinkovitih denitrifikacijskih povezav v procesu zaradi nezadostne ocene zahtev za skupno odstranitev dušika med načrtovanjem, na primer:
1. Nezadostna prostornina anoksičnega območja: Anoksično območje je glavno območje, kjer poteka denitrifikacija. Če je njegova prostornina premajhna, ne more zagotoviti dovolj reakcijskega prostora in časa za denitrifikacijske bakterije, kar ima za posledico nezadostno denitrifikacijo in slab učinek celotnega odstranjevanja dušika.
2. Neenakomerno mešanje v anoksičnem območju: Neenakomerno mešanje bo povzročilo neustrezno mešanje odplak v anoksičnem območju in nekatera območja morda ne bodo mogla dobiti zadostnih virov ogljika in nitratnega dušika, kar bo vplivalo na učinek denitrifikacije.
Za problem popolnega odstranjevanja dušika, ki ga povzročajo konstrukcijske napake, je mogoče razmisliti o dodajanju ali spreminjanju anoksične cone in dodajanju hidrolize in predhodne obdelave zakisljevanja, da se poveča stopnja pretvorbe organske snovi, s čimer se zagotovi več virov ogljika za podporo procesu denitrifikacije.