Osnovna logika in prednosti/slabosti procesa denitrifikacije AO
Jedro procesa denitrifikacije AO je zaporedno delovanje dveh stopenj: anoksične in aerobne. Pretvorba in odstranitev dušika se dosežeta s sinergističnim delovanjem mikroorganizmov. Poseben postopek lahko razdelimo na tri korake:
Amonifikacija: V anoksični fazi (rezervoar, DO manj kot ali enako 0,2 mg/L) heterotrofne bakterije pretvorijo dušik iz organskih onesnaževal, kot so beljakovine in maščobe v odpadni vodi, v dušik iz amonijaka (NH₃-N).
Nitrifikacija: V aerobni fazi (O rezervoar, DO=2–4 mg/L) nitrifikacijske bakterije ob zadostni oskrbi s kisikom oksidirajo amonijakov dušik v nitratni dušik (NO₃⁻) ali nitritni dušik (NO₂⁻).
Denitrifikacija: Nitrificirana tekočina iz aerobne stopnje se prek notranje recirkulacije vrne v anoksično stopnjo. Denitrifikacijske bakterije v anoksičnih pogojih reducirajo nitratni dušik v dušikov plin (N₂), ki se nato sprosti iz vodnega telesa s prezračevanjem, s čimer se zaključi denitrifikacijska zanka. Ta zasnova postopka ponuja dve veliki prednosti:
Prvič, z anoksičnim rezervoarjem pred aerobnim rezervoarjem se lahko organski ogljik v odpadni vodi neposredno uporabi z denitrifikacijskimi bakterijami, kar zmanjša organsko obremenitev aerobnega rezervoarja in stroške zunanjih virov ogljika.
Drugič, alkalnost, ustvarjena z denitrifikacijo, kompenzira alkalnost, ki se porabi zaradi nitrifikacije v aerobnem rezervoarju, kar pomaga ohranjati stabilnost pH sistema.
Vendar pa ima postopek AO tudi pomembne pomanjkljivosti: njegova učinkovitost odstranjevanja dušika ni visoka, običajno le 70–80 %, veliko nižja od 90–95 % stopnje odstranitve organske snovi. Kljub temu lahko pri večini običajnih projektov čiščenja odpadne vode nadzor ključnih parametrov bistveno izboljša učinkovitost odstranjevanja dušika. Za odpadne vode z visoko-amoniakom-dušikom običajno zadostuje dvo{8}}stopenjska zasnova serije AO.
Kako izboljšati učinkovitost odstranjevanja dušika
MLSS (koncentracija suspendiranih trdnih snovi v mešanici tekočine): Koncentracija MLSS neposredno vpliva na število nitrifikacijskih in denitrifikacijskih bakterij. Priporočljivo ga je vzdrževati nad 3.000 mg/L; pod to vrednostjo se bo zmogljivost sistema za odstranjevanje dušika znatno zmanjšala.
Nalaganje blata (COD/MLSS): Nitrifikacijske bakterije so "počasi{0}}rastoče bakterije." Če je organska obremenitev previsoka, se bodo heterotrofne bakterije hitro razmnožile in tekmovale za kisik in hranila. Priporočljivo je nadzorovati stopnjo nalaganja blata na manj kot 0,10–0,15 kgCOD/kgMLSS·d. To je mogoče doseči s povečanjem koncentracije MLSS ali povečanjem prostornine prezračevalne posode, zmanjšanjem organske obremenitve in zagotovitvijo dovolj prostora za razmnoževanje nitrifikacijskih bakterij.
Starost blata: Najmanjša specifična stopnja rasti nitrifikacijskih bakterij je le 0,21/d, kar je veliko nižje od 1,2/d heterotrofnih bakterij. Da lahko nitrifikacijske bakterije postanejo prevladujoča vrsta, mora biti starost blata večja od 4,76 dni. Vendar pa je starost blata pri tradicionalnih postopkih z aktivnim blatom le 2–4 dni, kar je glavni razlog, zakaj nitrifikacije ni mogoče dokončati.
Obremenitev dušika iz amoniaka: Obremenitev dušika iz amonijaka (organski dušik + dušik iz amonijaka) za nitrifikacijo je treba nadzorovati pod 0,05 gTKN/(gMLSS·d). Prekomerna obremenitev bo presegla zmogljivost čiščenja nitrifikacijskih bakterij, kar bo povzročilo kopičenje amonijevega dušika in prekinitev denitrifikacije.
Vir ogljika v prezračevalni rezervoar: Če je vstopna koncentracija BPK₅ previsoka (nad 80 mg/L), bodo heterotrofne bakterije proliferirale in tekmovale z nitrifikacijskimi bakterijami za kisik in tako zavirale nitrifikacijo. Zato je treba BPK5, ki vstopa v nitrifikacijski rezervoar, nadzorovati pod 80 mg/L.
Razmerje C/N: Da bi zagotovili popolno denitrifikacijo, je treba razmerje C/N nadzorovati med 4 in 6. Če je vir ogljika nezadosten, denitrifikacija ne more potekati v celoti in nitratni dušik bo ostal, kar ima za posledico visoko koncentracijo skupnega dušika v iztoku.
Vplivna koncentracija dušika v amoniaku: Učinek koncentracije dušika v amoniaku na nitrifikacijo kaže trend "vzpona in nato padca". Pri nizkih koncentracijah se hitrost reakcije povečuje z naraščajočo koncentracijo. Če pa koncentracija amonijevega dušika na sprednjem koncu aerobnega rezervoarja v komunalni odpadni vodi preseže 100 mg/L in v industrijski odpadni vodi preseže 150 mg/L, bo nitrifikacija zavrta. Za odpadne vode z visoko-amonijakom-dušika (kot so odpadne vode iz ribogojstva in izcedne vode z odlagališč) je mogoče začetno dotočno koncentracijo zmanjšati z redčenjem z recirkulacijo.
Notranje recirkulacijsko razmerje (nitrifikacijska recirkulacija tekočine): Višje razmerje recirkulacije povzroči višjo stopnjo denitrifikacije, vendar tudi poveča stroške električne energije. Običajno je nadzorovan med 300–500 % in ga je mogoče natančno-nastaviti na podlagi podatkov o skupnem dušiku v iztoku. Če je skupni dušik visok, se lahko razmerje recirkulacije ustrezno poveča. Če so obratovalni stroški previsoki, jih je mogoče zmanjšati, vendar še vedno izpolnjujejo standarde.
Raztopljeni kisik (DO) v nitrifikacijski posodi: Nitrifikacijske bakterije so "aerobne bakterije" in zadostna količina kisika je predpogoj za nitrifikacijo. Priporočljivo je vzdrževati DO med 2 in 4 mg/L. Teoretično je za oksidacijo 1 g NH4⁺ potrebnih 4,57 g kisika. Če DO pade pod 2 mg/L, se bo reakcija nitrifikacije močno upočasnila.
Hidravlični zadrževalni čas (HRT): Za popolno reakcijo je nujen zadosten retencijski čas. HRT za nitrifikacijo naj bo daljši od 6 ur, za denitrifikacijo pa 2 uri, v razmerju 3:1. V nasprotnem primeru bo učinkovitost odstranjevanja dušika hitro padla.
pH in alkalnost: Optimalni pH za nitrifikacijske bakterije je 8,0–8,4, za denitrifikacijske bakterije pa 6,5–7,5. Odstopanja pH od teh razponov bodo resno vplivala na mikrobno aktivnost. Poleg tega popolna nitrifikacija 1 g amonijevega dušika zahteva 7,1 g alkalnosti (izračunano kot CaCO₃), medtem ko lahko alkalnost, ki nastane z denitrifikacijo, nadomesti približno polovico. Če alkalnost ni zadostna, jo je treba nemudoma obnoviti (npr. z dodajanjem natrijevega karbonata), da preprečimo padec pH in zaviranje nitrifikacije.
Temperatura: Temperatura neposredno vpliva na aktivnost mikrobov. Optimalna temperatura za nitrifikacijo je 20–30 stopinj, pod 5 stopinjami pa se skoraj ustavi. Optimalna temperatura za denitrifikacijo je 20–40 stopinj, stopnja pa hitro pade pod 15 stopinj. Med zimskim obratovanjem in vzdrževanjem je treba vzdrževati stopnje denitrifikacije s povečanjem starosti blata, zmanjšanjem obremenitve in podaljšanjem hidravličnega zadrževalnega časa.
Slanost: Prekomerna slanost poškoduje membrane mikrobnih celic in vpliva na prenos kisika ter tako zavira nitrifikacijo. V normalnih pogojih lahko nitrifikacija poteka normalno, ko je koncentracija klora nižja od 2000 mg/L. Če je dotok stabilen, je mogoče gojiti bakterije, odporne na sol, ki omogočajo delovanje tudi pri koncentraciji klora 5.000 mg/L. Opomba: nihanja v slanosti so bolj nevarna kot visoka slanost, saj lahko zlahka povzročijo izgubo blata.
Strupene in škodljive snovi: Težke kovine, fenoli, tiosečnina, prosti amoniak, antibiotiki itd. lahko neposredno ubijejo nitrificirajoče bakterije ali zavirajo njihovo encimsko aktivnost. Pri čiščenju odpadne vode, ki vsebuje te snovi, je predobdelava (kot so koagulacija, sedimentacija in adsorpcija) nujna, vnos strupenih in škodljivih snovi v rezervoar za biološko čiščenje pa mora biti strogo prepovedan.
Ostale izdelke si lahko ogledate na naši spletni strani. Prosimo, kontaktirajte nas, če imate kakršna koli vprašanja. Upamo, da vam bodo te informacije v pomoč pri čiščenju odpadne vode.