Temeljna logika i prednosti/nedostaci AO procesa denitrifikacije
Srž procesa AO denitrifikacije je sekvencijalno djelovanje dvaju stupnjeva: anoksičnog i aerobnog. Pretvorba i uklanjanje dušika postižu se sinergističkim djelovanjem mikroorganizama. Specifični proces može se podijeliti u tri koraka:
Amonifikacija: U anoksičnom stadiju (A spremnik, DO manji ili jednak 0,2 mg/L), heterotrofne bakterije pretvaraju dušik iz organskih zagađivača, kao što su proteini i masti u otpadnoj vodi, u amonijačni dušik (NH3-N).
Nitrifikacija: U aerobnom stadiju (O spremnik, DO=2–4 mg/L), nitrifikacijske bakterije, uz dovoljnu opskrbu kisikom, oksidiraju amonijačni dušik u nitratni dušik (NO₃⁻) ili nitritni dušik (NO₂⁻).
Denitrifikacija: Nitrificirana tekućina iz aerobne faze vraća se u anoksičnu fazu putem unutarnje recirkulacije. Denitrifikacijske bakterije, pod anoksičnim uvjetima, reduciraju nitratni dušik u dušikov plin (N₂), koji se zatim oslobađa iz vodenog tijela prozračivanjem, dovršavajući denitrifikacijsku petlju. Ovaj dizajn procesa nudi dvije velike prednosti:
Prvo, uz anoksični spremnik koji prethodi aerobnom spremniku, organski ugljik u otpadnoj vodi može se izravno iskoristiti denitrifikacijskim bakterijama, smanjujući i organsko opterećenje aerobnog spremnika i troškove vanjskih izvora ugljika.
Drugo, lužnatost nastala denitrifikacijom kompenzira lužnatost potrošenu nitrifikacijom u aerobnom spremniku, pomažući u održavanju pH stabilnosti sustava.
Međutim, AO proces također ima značajne nedostatke: njegova učinkovitost uklanjanja dušika nije visoka, obično samo 70-80%, daleko niža od 90-95% stope uklanjanja organske tvari. Ipak, za većinu konvencionalnih projekata otpadnih voda, kontroliranje ključnih parametara može značajno poboljšati učinkovitost uklanjanja dušika. Za otpadne vode s-amonijakom-dušikom obično je dovoljan dvo{8}}fazni dizajn serije AO.
Kako poboljšati učinkovitost uklanjanja dušika
MLSS (koncentracija suspendiranih krutih tvari u miješanoj tekućini): Koncentracija MLSS izravno utječe na broj nitrifikacijskih i denitrifikacijskih bakterija. Preporuča se održavati ga iznad 3000 mg/L; ispod ove vrijednosti, kapacitet uklanjanja dušika iz sustava značajno će se smanjiti.
Utovar mulja (COD/MLSS): Nitrifikacijske bakterije su "sporo{0}}bakterije." Ako je organsko opterećenje preveliko, heterotrofne bakterije će se brzo razmnožavati, natječući se za kisik i hranjive tvari. Preporuča se kontrolirati brzinu punjenja mulja na manje od 0,10–0,15 kgCOD/kgMLSS·d. To se može postići povećanjem koncentracije MLSS ili povećanjem volumena spremnika za prozračivanje, smanjenjem organskog opterećenja i osiguravanjem dovoljnog prostora za razmnožavanje nitrifikacijskih bakterija.
Doba mulja: Minimalna specifična stopa rasta nitrifikacijskih bakterija je samo 0,21/d, daleko niža od 1,2/d heterotrofnih bakterija. Kako bi se dopustilo da nitrifikacijske bakterije postanu dominantna vrsta, starost mulja mora biti veća od 4,76 dana. Međutim, starost mulja u tradicionalnim procesima s aktivnim muljem je samo 2-4 dana, što je glavni razlog zašto se nitrifikacija ne može dovršiti.
Opterećenje amonijačnim dušikom: Opterećenje amonijačnim dušikom (organski dušik + amonijačni dušik) za nitrifikaciju treba kontrolirati ispod 0,05 gTKN/(gMLSS·d). Prekomjerno opterećenje će premašiti kapacitet tretmana nitrificirajućih bakterija, što dovodi do nakupljanja amonijačnog dušika i prekida denitrifikacije.
Izvor ugljika u aeracijskom spremniku: Ako je ulazna koncentracija BPK₅ previsoka (prelazi 80 mg/L), heterotrofne bakterije će proliferirati, natječući se s nitrifikacijskim bakterijama za kisik, čime inhibiraju nitrifikaciju. Stoga se BPK5 koja ulazi u nitrifikacijski spremnik mora kontrolirati ispod 80 mg/L.
Omjer C/N: Kako bi se osigurala potpuna denitrifikacija, omjer C/N mora se kontrolirati između 4 i 6. Ako je izvor ugljika nedostatan, denitrifikacija se ne može odvijati u potpunosti, a nitratni dušik će ostati, što će rezultirati visokom ukupnom koncentracijom dušika u efluentu.
Utjecajna koncentracija dušika u amonijaku: Učinak koncentracije dušika u amonijaku na nitrifikaciju pokazuje trend "uspona pa pada". Pri niskim koncentracijama, brzina reakcije raste s porastom koncentracije. Međutim, kada koncentracija dušika u amonijaku na prednjem kraju aerobnog spremnika u gradskoj otpadnoj vodi prijeđe 100 mg/L, au industrijskoj otpadnoj vodi 150 mg/L, nitrifikacija će biti inhibirana. Za otpadne vode s-amonijakom-dušika (kao što su otpadne vode iz akvakulture i procjedne vode s odlagališta), početna ulazna koncentracija može se smanjiti recirkulacijskim razrjeđivanjem.
Omjer unutarnje recirkulacije (recirkulacija nitrifikacijske tekućine): Veći omjer recirkulacije rezultira većom stopom denitrifikacije, ali također povećava troškove električne energije. Obično se kontrolira između 300–500%, a može se fino-podešavati na temelju podataka o ukupnom dušiku u efluentu. Ako je ukupni dušik visok, omjer recirkulacije može se odgovarajuće povećati. Ako su operativni troškovi previsoki, mogu se smanjiti, a da i dalje zadovoljavaju standarde.
Otopljeni kisik (DO) u nitrifikacijskom spremniku: Nitrifikacijske bakterije su "aerobne bakterije", a dovoljna količina kisika je preduvjet za nitrifikaciju. Preporuča se održavanje DO između 2 i 4 mg/L. Teoretski, za oksidaciju 1 g NH4⁺ potrebno je 4,57 g kisika. Ako DO padne ispod 2 mg/L, reakcija nitrifikacije značajno će se usporiti.
Hidrauličko vrijeme zadržavanja (HRT): Dovoljno vrijeme zadržavanja bitno je za potpunu reakciju. HRT za nitrifikaciju trebao bi biti veći od 6 sati, a za denitrifikaciju trebao bi biti 2 sata, u omjeru 3:1. Inače će učinkovitost uklanjanja dušika brzo pasti.
pH i alkalnost: Optimalni pH za nitrifikacijske bakterije je 8,0–8,4, a za denitrifikacijske bakterije 6,5–7,5. Odstupanja pH vrijednosti od ovih raspona ozbiljno će utjecati na aktivnost mikroba. Nadalje, potpuna nitrifikacija 1 g amonijskog dušika zahtijeva 7,1 g lužnatosti (izračunato kao CaCO₃), dok lužnatost proizvedena denitrifikacijom može nadoknaditi oko polovicu. Ako je alkalnost nedovoljna, potrebno ju je odmah nadoknaditi (npr. dodavanjem natrijevog karbonata) kako bi se spriječio pad pH i inhibicija nitrifikacije.
Temperatura: Temperatura izravno utječe na aktivnost mikroba. Optimalna temperatura za nitrifikaciju je 20-30 stupnjeva, a gotovo se zaustavlja ispod 5 stupnjeva. Optimalna temperatura za denitrifikaciju je 20-40 stupnjeva, a brzina brzo pada ispod 15 stupnjeva. Tijekom zimskog rada i održavanja, stope denitrifikacije moraju se održavati povećanjem starosti mulja, smanjenjem opterećenja i produljenjem hidrauličkog vremena zadržavanja.
Slanost: Pretjerana slanost oštećuje stanične membrane mikroba i utječe na prijenos kisika, čime se inhibira nitrifikacija. U normalnim uvjetima nitrifikacija se može odvijati normalno kada je koncentracija klora manja od 2000 mg/L. Ako je protok stabilan, bakterije otporne na sol mogu se uzgajati kako bi se omogućio rad čak i pri koncentraciji klora od 5000 mg/L. Napomena: fluktuacije saliniteta su opasnije od visokog saliniteta jer lako mogu dovesti do gubitka mulja.
Otrovne i štetne tvari: Teški metali, fenoli, tiourea, slobodni amonijak, antibiotici itd. mogu izravno ubiti nitrificirajuće bakterije ili inhibirati njihovu aktivnost enzima. Pri pročišćavanju otpadnih voda koje sadrže te tvari neophodna je prethodna obrada (kao što su koagulacija, sedimentacija i adsorpcija), a uvođenje otrovnih i štetnih tvari u spremnik za biološko pročišćavanje treba biti strogo zabranjeno.
Ostale proizvode možete pregledati na našoj web stranici. Kontaktirajte nas ako imate pitanja. Nadamo se da su vam ove informacije korisne za pročišćavanje otpadnih voda.