Στην καθημερινή λειτουργία της επεξεργασίας λυμάτων ακούγονται συχνά δύο όροι: νιτροποίηση και απονιτροποίηση. Πολλοί άνθρωποι που είναι νέοι στην επεξεργασία λυμάτων τείνουν να συγχέουν αυτές τις δύο έννοιες. Παρά τα παρόμοια ονόματά τους, και τα δύο περιστρέφονται γύρω από τον χαρακτήρα "硝", στην πραγματικότητα παίζουν εντελώς διαφορετικούς ρόλους στην επεξεργασία των λυμάτων.
Με απλά λόγια, η νιτροποίηση είναι υπεύθυνη για τη μετατροπή του αζώτου της αμμωνίας σε νιτρικό, ενώ η απονιτροποίηση είναι υπεύθυνη για τη μετατροπή του νιτρικού σε αέριο άζωτο. Η μία είναι μια διαδικασία οξείδωσης και η άλλη είναι μια διαδικασία αναγωγής. Οι δύο διαδικασίες είναι σαν μια κούρσα ρελέ, και μόνο όταν ολοκληρωθούν σε συντονισμό μπορεί πραγματικά να αφαιρεθεί το άζωτο στα λύματα.
Μόλις γίνει κατανοητό αυτό το σημείο, η λογική πίσω από διάφορες διαδικασίες απομάκρυνσης αζώτου, όπως A/O, AAO και οξείδωση, γίνεται πολύ πιο ξεκάθαρη.
I. Νιτροποίηση: μετατροπή αζώτου αμμωνίας σε νιτρικό
Στα οικιακά λύματα και σε πολλά βιομηχανικά λύματα, το άζωτο υπάρχει κυρίως με τη μορφή αζώτου αμμωνίας. Εάν το αμμωνιακό άζωτο απορρίπτεται απευθείας σε υδάτινα σώματα, μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε ευτροφισμό και επίσης να ασκήσει τοξικές επιδράσεις σε υδρόβιους οργανισμούς όπως τα ψάρια. Επομένως, οι μονάδες επεξεργασίας λυμάτων πρέπει πρώτα να μετατρέψουν το άζωτο αμμωνίας.
Αυτή η διαδικασία μετασχηματισμού είναι γνωστή ως νιτροποίηση.
Η νιτροποίηση είναι στην πραγματικότητα μια διαδικασία οξείδωσης που πραγματοποιείται από μικροοργανισμούς, η οποία μπορεί χονδρικά να χωριστεί σε δύο στάδια:
Το πρώτο βήμα είναι η οξείδωση του αμμωνιακού αζώτου σε νιτρώδη
Βήμα 2: Τα νιτρώδη οξειδώνονται περαιτέρω σε νιτρικά
Η όλη διαδικασία απαιτεί επαρκές οξυγόνο, επομένως η νιτροποίηση λαμβάνει χώρα συνήθως σε αερόβια περιβάλλοντα, όπως δεξαμενές αερισμού ή βιοχημικές δεξαμενές MBR.
Οι μικροοργανισμοί που εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία είναι γνωστοί ως νιτροποιητικά βακτήρια. Διαφέρουν από τα συνηθισμένα ετερότροφα βακτήρια στο ότι ανήκουν στην κατηγορία των αυτότροφων, αντλώντας κυρίως ενέργεια από ανόργανες ουσίες. Ο ρυθμός ανάπτυξής τους είναι σχετικά αργός και είναι επίσης ευαίσθητοι στις περιβαλλοντικές αλλαγές.
Αυτός είναι επίσης ο λόγος που πολλές μονάδες επεξεργασίας λυμάτων τείνουν να παρουσιάζουν μείωση της ικανότητας νιτροποίησης κατά τη διάρκεια του χειμώνα.
II. Απονιτροποίηση: μετατροπή νιτρικών σε αέριο άζωτο
Αν και η νιτροποίηση έχει λύσει το πρόβλημα του αμμωνιακού αζώτου, το άζωτο στο νερό δεν έχει πραγματικά εξαφανιστεί σε αυτό το σημείο. έχει απλώς μεταμορφωθεί από τη μια μορφή στην άλλη. Για να "αφαιρέσετε" πραγματικά το άζωτο από τα λύματα, πρέπει να ολοκληρωθεί το δεύτερο βήμα - απονιτροποίηση -.
Η απονιτροποίηση είναι μια διαδικασία μείωσης. Σε ένα αναερόβιο περιβάλλον, οι μικροοργανισμοί χρησιμοποιούν το οξυγόνο στα νιτρικά, μειώνοντάς το σταδιακά σε αέριο άζωτο. Η πορεία της αντίδρασης είναι περίπου η εξής:
Νιτρικά → Νιτρώδη → Οξείδιο του αζώτου → Οξείδιο του αζώτου → Άζωτο
Το τελικώς παραγόμενο αέριο άζωτο (N2)* θα απελευθερωθεί στον αέρα σε αέρια μορφή, έτσι το άζωτο στα λύματα θα αφαιρεθεί πραγματικά. Οι μικροοργανισμοί που ολοκληρώνουν αυτή τη διαδικασία ονομάζονται απονιτροποιητικά βακτήρια. Σε αντίθεση με τα νιτροποιητικά βακτήρια, ανήκουν σε ετερότροφα βακτήρια και απαιτούν οργανικό άνθρακα ως πηγή ενέργειας.
Αυτός είναι επίσης ο λόγος που πολλές μονάδες επεξεργασίας λυμάτων χρειάζεται να προσθέσουν πηγές άνθρακα κατά την αφαίρεση αζώτου.
III. Αρκετές βασικές διαφορές μεταξύ νιτροποίησης και απονιτροποίησης
Αν δούμε αυτές τις δύο διαδικασίες μαζί, θα διαπιστώσουμε ότι είναι εκ διαμέτρου αντίθετες από πολλές απόψεις.
1. Διαφορετικές συνθήκες οξυγόνου
Η νιτροποίηση πρέπει να πραγματοποιείται σε αερόβιο περιβάλλον, το οποίο τυπικά απαιτεί τη διατήρηση των επιπέδων διαλυμένου οξυγόνου περίπου στα 2 mg/L.
Η απονιτροποίηση απαιτεί αναερόβιο περιβάλλον με διαλυμένο οξυγόνο που διατηρείται κάτω από 0,5 mg/L. Εάν υπάρχει πάρα πολύ οξυγόνο, τα απονιτροποιητικά βακτήρια θα προτιμήσουν να χρησιμοποιούν οξυγόνο παρά νιτρικά.
Με απλά λόγια, η νιτροποίηση ευδοκιμεί στο οξυγόνο, ενώ η απονιτροποίηση αναστέλλεται από το οξυγόνο.
2. Διαφορετικοί τύποι μικροοργανισμών
Η νιτροποίηση επιτυγχάνεται κυρίως με νιτροποιητικά βακτήρια, τα οποία περιλαμβάνουν νιτροσωμόνια και νιτροβακτηρίδια
Αυτά τα βακτήρια ανήκουν σε αυτότροφα βακτήρια, τα οποία αναπτύσσονται αργά και απαιτούν μεγαλύτερη ηλικία λάσπης.
Η απονιτροποίηση πραγματοποιείται με απονιτροποιητικά βακτήρια, τα οποία ανήκουν στην κατηγορία των ετερότροφων βακτηρίων και παρουσιάζουν σχετικά ταχύτερο ρυθμό ανάπτυξης.
3. Διαφορετικές απαιτήσεις πηγής άνθρακα
Τα νιτροποιητικά βακτήρια χρησιμοποιούν κυρίως ανόργανες ουσίες για ενέργεια και γενικά δεν βασίζονται σε οργανικές πηγές άνθρακα.
Τα απονιτροποιητικά βακτήρια απαιτούν οργανικό άνθρακα ως δότη ηλεκτρονίων. Επομένως, όταν η διαθέσιμη οργανική ύλη στα λύματα είναι ανεπαρκής, είναι συχνά απαραίτητο να προστεθούν εξωτερικές πηγές άνθρακα όπως οξικό νάτριο, μεθανόλη και γλυκόζη.
Στη λειτουργία πολλών εγκαταστάσεων λυμάτων, η ανεπαρκής πηγή άνθρακα είναι συχνά ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση απομάκρυνσης αζώτου.
4. Η τοποθεσία εμφάνισης είναι διαφορετική
Σε κοινές διαδικασίες αφαίρεσης αζώτου, τα δύο είναι συνήθως διατεταγμένα σε διαφορετικές ζώνες αντίδρασης.
Για παράδειγμα, σε διαδικασίες A/O ή AAO:
Ανοξική δεξαμενή - Απονιτροποίηση Αερόβια δεξαμενή - Νιτροποίηση
Το νιτρικό άλας που παράγεται μέσω της νιτροποίησης επιστρέφει στην ανοξική ζώνη μέσω της εσωτερικής ανακυκλοφορίας, όπου μετασχηματίζεται περαιτέρω από τα βακτήρια απονιτροποίησης.
5. Διαφορετικά τελικά αποτελέσματα
Το αποτέλεσμα της νιτροποίησης είναι η μείωση του αζώτου της αμμωνίας και η αύξηση των νιτρικών
Το αποτέλεσμα της απονιτροποίησης είναι: μείωση των νιτρικών και παραγωγή αερίου αζώτου
Με άλλα λόγια, το άζωτο μπορεί να φύγει από το υδάτινο σώμα μόνο αφού ολοκληρωθεί η απονιτροποίηση.
IV. είναι στην πραγματικότητα μια σκυταλοδρομία
Από ολιστική άποψη, η νιτροποίηση και η απονιτροποίηση δεν είναι δύο ανεξάρτητες διαδικασίες, αλλά μάλλον δύο διαδοχικά βήματα στη βιολογική απομάκρυνση του αζώτου.
Ολόκληρη η διαδικασία μετατροπής αζώτου μπορεί να κατανοηθεί απλά ως εξής:
Αμμωνιακό άζωτο → Νιτρικό άζωτο → Νιτρικό άζωτο → Νιτρικό άζωτο → Αέριο άζωτο
Η νιτροποίηση είναι υπεύθυνη για τη μετατροπή του αζώτου της αμμωνίας σε νιτρικό, ενώ η απονιτροποίηση είναι υπεύθυνη για τη μείωση των νιτρικών σε αέριο άζωτο.
Τα δύο συνδέονται σαν σκυταλοδρομία.
Εάν υπάρχει μόνο νιτροποίηση και όχι απονιτροποίηση, το νιτρικό άλας στο νερό θα εξακολουθεί να προκαλεί ευτροφισμό.
Αν δεν υπάρξει νιτροποίηση, θα λείπουν «πρώτες ύλες» για την απονιτροποίηση.
Αυτός είναι επίσης ο λόγος που οι περισσότερες διαδικασίες αφαίρεσης αζώτου ενσωματώνουν αερόβιες και ανοξικές ζώνες.
V. Συμπέρασμα
Στον τομέα της επεξεργασίας λυμάτων, πολλές έννοιες μπορεί να φαίνονται παρόμοιες, αλλά η υποκείμενη λογική είναι εντελώς διαφορετική.
Η νιτροποίηση και η απονιτροποίηση είναι ένα τυπικό ζευγάρι.
Το ένα εμφανίζεται σε αερόβιο περιβάλλον, ενώ το άλλο σε αναερόβιο περιβάλλον.
Το ένα είναι υπεύθυνο για την οξείδωση του αζώτου της αμμωνίας και το άλλο είναι υπεύθυνο για τη μείωση των νιτρικών.
Μόνο όταν συνδυαστούν και τα δύο μπορεί να σχηματιστεί μια πλήρης βιολογική διαδικασία αφαίρεσης αζώτου.
Έχοντας κατανοήσει αυτό, όταν εξετάζουμε διάφορες διαδικασίες αφαίρεσης αζώτου, όπως A/O, AAO και οξείδωση, μπορούμε να δούμε ότι όλες βελτιστοποιούνται και συνδυάζονται γύρω από αυτά τα δύο βήματα.
Πολλές πολύπλοκες διαδικασίες στην επεξεργασία των λυμάτων, σε τελική ανάλυση, δημιουργούν στην πραγματικότητα ένα κατάλληλο «περιβάλλον εργασίας» για αυτούς τους μικροοργανισμούς.
