Danas želim podijeliti stvari o amonijačnom dušiku i ukupnom dušiku. U normalnim okolnostima, dušik iz amonijaka obično čini oko 40% - 60% ukupnog dušika u urbanoj kućnoj kanalizaciji. Za neke industrijske otpadne vode, kao što su otpadne vode od prerade hrane, farmaceutske otpadne vode itd., udio dušika u amonijaku prema ukupnom dušiku može varirati, neki mogu iznositi čak 70% - 80%, a neki mogu biti relativno niski.
Amonijačni dušik (NH4⁺-N) odnosi se na dušik u obliku slobodnog amonijaka (NH3) i amonijevih iona (NH4⁺) u vodi. Ukupni dušik (TN) uključuje amonijačni dušik, organski dušik, nitratni dušik (NO₃⁻-N) i nitritni dušik (NO₂⁻-N).
Nizak amonijačni dušik u efluentu, ali visok ukupni dušik mogu biti uzrokovani sljedećim razlozima:
1. Akumulacija nitratnog dušika
Tijekom procesa nitrifikacije, amonijačni dušik pretvara se u nitratni dušik (uključujući nitratni dušik i nitritni dušik) pomoću nitrifikacijskih bakterija u aerobnim uvjetima. Pod normalnim okolnostima, generirani nitratni dušik reducirat će se u plinoviti dušik i ispustiti iz sustava denitrifikacijskim bakterijama pod anoksičnim uvjetima u naknadnom procesu denitrifikacije, čime se postiže uklanjanje ukupnog dušika. Međutim, ako postoji problem u procesu denitrifikacije, kao što je inhibicija aktivnosti denitrifikacijskih bakterija, nedovoljna anoksična okolina, nedovoljna opskrba izvorom ugljika, itd., nitratni dušik ne može se glatko reducirati u plinoviti dušik. To dovodi do kontinuiranog nakupljanja nitratnog dušika u vodi, tako da iako se amonijačni dušik na prednjem kraju može učinkovito pretvoriti u nitratni dušik, što se očituje kao nizak amonijačni dušik u efluentu, akumulirani nitratni dušik se ne može ukloniti, a ukupni sadržaj dušika je još uvijek visok.
2. Organski dušik nije učinkovito uklonjen
Tijekom procesa obrade otpadnih voda, organski dušik mora proći kroz niz biokemijskih reakcija da bi se pretvorio u amonijačni dušik, a potom uklonio nitrifikacijom i denitrifikacijom. Ako mikrobna zajednica odgovorna za razgradnju organskog dušika nije dovoljno bogata ili dovoljno aktivna tijekom procesa obrade, ili uvjeti obrade (kao što su temperatura, pH vrijednost, otopljeni kisik itd.) nisu pogodni za razgradnju i transformaciju organskog dušika , to može dovesti do nemogućnosti potpunog pretvaranja organskog dušika u dušik amonijaka.
Na primjer, preniska temperatura može usporiti brzinu metabolizma mikroorganizama, čineći reakciju razgradnje organskog dušika nepotpunom; neodgovarajuća pH vrijednost može utjecati na aktivnost enzima, čime se inhibira razgradnja organskog dušika od strane mikroorganizama.
Na taj način, iako se amonijačni dušik dobro uklanja kroz nitrifikaciju i denitrifikaciju, što se očituje kao nizak amonijačni dušik u efluentu, izvorni organski dušik u kanalizaciji nije potpuno pretvoren i uklonjen, što rezultira visokim ukupnim sadržajem dušika.
3. Unutarnji omjer reflowa je premali
Unutarnje reflow odnosi se na vraćanje miješane tekućine bogate nitratnim dušikom na kraju aerobnog bazena na prednji kraj anoksičnog bazena kako bi se osigurao nitratni dušik za reakciju denitrifikacije. Unutarnji omjer reflowa odnosi se na omjer količine izmiješane tekućine koja se vraća u odnosu na ulaznu brzinu protoka.
Ako je unutarnji omjer reflowa premalen, to znači da nitratni dušik koji se vraća u anoksični bazen nije dovoljan. U anoksičnom okruženju, denitrifikacijske bakterije koriste izvore ugljika za redukciju nitratnog dušika u plinoviti dušik. Nedostatak dovoljne količine nitratnog dušika ograničit će reakciju denitrifikacije.
Na primjer, tijekom normalnog rada, unutarnji omjer reflowa treba doseći 200% kako bi se zadovoljila potražnja za nitratnim dušikom za denitrifikaciju, ali stvarni unutarnji omjer reflowa je samo 100% ili čak niži. To onemogućuje denitrifikaciju da u potpunosti odigra svoju ulogu, a velika količina nitratnog dušika ne može se pretvoriti u plinoviti dušik za ispuštanje, što rezultira niskim sadržajem amonijačnog dušika u efluentu, ali je ukupni dušik još uvijek visok. Kada se unutarnji omjer reflowa kontrolira između 200-400%, učinkovitost denitrifikacije je najbolja.
4. Nedovoljan izvor ugljika
Tijekom procesa denitrifikacije, denitrifikacijske bakterije trebaju izvore ugljika kao energiju i donore elektrona za redukciju nitratnog dušika u plinoviti dušik. Ako u kanalizaciji nema dovoljno izvora ugljika, metabolizam i reakcija denitrifikacijskih bakterija bit će ograničeni. Tijekom procesa denitrifikacije, nitratni dušik i nitritni dušik pretvaraju se u plinoviti dušik (N₂) i izlaze. Ako ovaj proces nije dovoljan, nitratni dušik u ukupnom dušiku neće biti učinkovito uklonjen. Prema podacima o radu uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, kada je učinkovitost denitrifikacije manja od 80%, učinak uklanjanja ukupnog dušika bit će znatno smanjen.
Uobičajeni izvori ugljika koje denitrifikacijske bakterije mogu koristiti uključuju organske tvari, kao što su metanol, natrijev acetat, glukoza itd. Ako je količina izvora organskog ugljika sadržana u samoj tekućini nedovoljna ili se potroši tijekom procesa obrade, i ako se na vrijeme ne doda dodatni izvor ugljika, reakcija denitrifikacije se ne može u potpunosti izvesti.
Na primjer, omjer ugljik-dušik (C/N) neke industrijske otpadne vode je nizak, a izvor ugljika sadržan u njoj nije dovoljan da podrži učinkovitu denitrifikaciju. Ili tijekom procesa obrade, zbog nerazumnog dizajna procesa, izvor ugljika se previše troši na prednjem kraju, a izvor ugljika je rijedak kada dosegne fazu denitrifikacije.
U ovom slučaju, čak i ako proces nitrifikacije može uspješno pretvoriti amonijačni dušik u nitratni dušik, zbog nedostatka dovoljnog izvora ugljika za denitrifikaciju, nitratni dušik se ne može u potpunosti ukloniti, što rezultira niskim istjecanjem amonijskog dušika, ali visokim ukupnim dušikom.
5. Nepravilna kontrola otopljenog kisika
Otopljeni kisik ima ključnu ulogu u procesu nitrifikacije i denitrifikacije pročišćavanja otpadnih voda. Reakcije nitrifikacije moraju se provoditi u aerobnim uvjetima, a potrebna je viša koncentracija otopljenog kisika kako bi se podržale nitrifikacijske bakterije da pretvore amonijačni dušik u nitratni dušik.
Međutim, reakcije denitrifikacije moraju se provoditi u anoksičnim okruženjima. Ako je koncentracija otopljenog kisika previsoka, to će inhibirati aktivnost denitrifikacijskih bakterija i ometati proces denitrifikacije.
Na primjer, u području denitrifikacije, ako je otopljeni kisik previsok zbog neravnomjerne aeracije, nedovoljnog miješanja ili nerazumnog dizajna procesa, normalan metabolizam denitrifikacijskih bakterija i aktivnost denitrifikacijskih enzima bit će inhibirani. Zbog toga se reakcija denitrifikacije neće moći učinkovito odvijati. Čak i ako proces nitrifikacije na prednjem kraju uspješno pretvara amonijačni dušik u nitratni dušik, nitratni dušik neće biti u potpunosti pretvoren u dušikov plin i ispušten zbog opstrukcije denitrifikacije, što će rezultirati niskim amonijačnim dušikom u efluentu, ali visokim ukupnim dušikom.
Podešavanjem parametara procesa, kao što je kontrola otopljenog kisika (DO) ispod 0.5mg/L, kako bi se stvorilo okruženje koje je pogodnije za rast denitrifikacijskih bakterija. U isto vrijeme, povećanjem vremena zadržavanja u anoksičnoj zoni, može se osigurati da nitratni dušik ima dovoljno vremena da se pretvori u plinoviti dušik.
6. Neodgovarajuća starost mulja
Starost mulja odnosi se na prosječno vrijeme zadržavanja aktivnog mulja u cijelom sustavu. Različiti mikroorganizmi imaju različite stope rasta i razmnožavanja, a različiti su i zahtjevi za starost mulja.
Nitrifikacijske bakterije rastu sporo i potrebno im je duže starenje mulja kako bi se osigurala njihova brojnost i aktivnost u sustavu. Ako je starost mulja prekratka, nitrifikacijske bakterije bit će ispuštene iz sustava prije nego što se potpuno razmnože, a reakcija nitrifikacije ne može se u potpunosti provesti, što rezultira smanjenjem učinkovitosti pretvaranja amonijačnog dušika u nitratni dušik.
S druge strane, ako je starost mulja preduga, to može uzrokovati starenje mulja i neravnotežu strukture mikrobne zajednice, u kojoj se može utjecati na aktivnost i količinu denitrifikacijskih bakterija, što može rezultirati nedovoljnom denitrifikacijom i neučinkovitom pretvorbom nitratnog dušika u dušik plin, što rezultira slabim učinkom uklanjanja ukupnog dušika.
Na primjer, u stvarnom radu, ako je starost mulja postavljena prekratko u potrazi za prekomjernom učinkovitošću uklanjanja mulja, može doći do nepotpune nitrifikacije i može doći do nedovoljne količine amonijačnog dušika pretvorenog u nitratni dušik; a ako se starost mulja pretjerano produlji kako bi se uštedjeli troškovi obrade mulja, to može uzrokovati starenje mulja i slab učinak denitrifikacije.
7. Greške u dizajnu procesa
Nekim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda možda nedostaju učinkovite denitrifikacijske veze u procesu procesa zbog nedovoljne procjene zahtjeva za ukupnim uklanjanjem dušika tijekom projektiranja, na primjer:
1. Nedovoljan volumen anoksične zone: Anoksična zona je glavno područje gdje se odvija denitrifikacija. Ako je njegov volumen premalen, ne može osigurati dovoljno reakcijskog prostora i vremena za denitrifikacijske bakterije, što rezultira nedovoljnom denitrifikacijom i slabim učinkom uklanjanja ukupnog dušika.
2. Neravnomjerno miješanje u anoksičnoj zoni: Neravnomjerno miješanje uzrokovat će neadekvatno miješanje otpadnih voda u anoksičnoj zoni, a neka područja možda neće moći dobiti dovoljno izvora ugljika i nitratnog dušika, što utječe na učinak denitrifikacije.
Za problem potpunog uklanjanja dušika uzrokovan greškama u dizajnu, moguće je razmotriti dodavanje ili modificiranje anoksične zone i dodavanje predtretmana hidrolize i zakiseljavanja kako bi se povećala stopa pretvorbe organske tvari, čime se osigurava više izvora ugljika za potporu procesu denitrifikacije.