Actualment, el "nitrogen" és un tema important que no es pot evitar en la indústria del tractament d'aigües residuals. Molts operadors de depuradores presten la màxima atenció al nitrogen, molt superior al DQO i al fòsfor, perquè la seva dificultat d'eliminació és la més alta. Durant el procés d'operació, controlen aquests indicadors de nitrogen cada dia: nitrogen amoníac, nitrogen total, nitrogen nitrat i nitrogen de nitrit.
Però si de sobte es pregunta: Quants tipus de nitrogen hi ha a les aigües residuals? Quina és la seva relació?
Moltes persones realment es poden sorprendre per un moment. La majoria de la gent només té una bona comprensió del "nitrogen d'amoníac, nitrogen total" i no té clar la relació entre altres tipus de nitrogen. Enumereu els indicadors de nitrogen amb els quals podem entrar en contacte en el tractament d'aigües residuals, incloent nitrogen amoníac, nitrogen total, nitrogen orgànic, nitrogen inorgànic, nitrogen de nitrat, nitrogen de nitrit i nitrogen de Kjeldahl.
Amb tants indicadors de nitrogen, les relacions entre qui interactua amb qui, qui interactua amb qui i qui inclou qui són complexes. De fet, el nitrogen no és una substància simple a les aigües residuals, sinó un sistema familiar en constant canvi. Si el tractament d'aigües residuals es veu com un viatge, llavors el nitrogen de les aigües residuals també està experimentant una "vida" pròpia. Avui, en aquest article, resoldrem les complicades relacions implicades.
El nitrogen de les aigües residuals es pot dividir en dues categories
Des d'una perspectiva de classificació àmplia, el nitrogen de les aigües residuals es divideix principalment en dues categories:
nitrogen orgànic
nitrogen inorgànic
Entendre aquests dos tipus de nitrogen és el primer pas per entendre les formes de nitrogen a les aigües residuals.
Parlem primer del nitrogen orgànic. En poques paraules, el nitrogen orgànic és el nitrogen amagat a la matèria orgànica
per exemple
proteïna
aminoàcid
urea
amina orgànica
Compostos peptídics
Compostos nitro
Aquestes substàncies són molt comunes a les aigües residuals domèstiques, aigües residuals d'aliments i aigües residuals d'aqüicultura.
Per exemple, un tros de carn, un bol d'arròs sobrant, l'aigua de rentat de verdures i els excrements humans contenen una gran quantitat de nitrogen orgànic.
I un altre tipus és: nitrogen inorgànic
Hi ha tres formes principals de nitrogen inorgànic a les aigües residuals:
nitrogen amoníac
Nitrit nitrogenat
Nitrat de nitrogen
Aquests tres tipus de nitrogen són les formes més essencials en el procés de tractament d'aigües residuals. Moltes vegades, els indicadors que provem es centren en aquests tres tipus de nitrogen.
Nitrogen orgànic: la "forma primitiva" del nitrogen
Al començament d'entrar a la depuradora, la major part del nitrogen és en realitat nitrogen orgànic.
Perquè les aigües residuals domèstiques estan plenes de diversos compostos orgànics.
Aquests compostos de nitrogen orgànic no s'eliminaran directament, primer passaran a un procés: ammonificació
En poques paraules, els microorganismes descomponen la matèria orgànica.
Durant aquest procés, substàncies com les proteïnes i els aminoàcids es degraden gradualment, alliberant finalment una substància molt coneguda: el nitrogen amoníac. Per tant, en els sistemes de tractament d'aigües residuals, és habitual veure una situació en què el nitrogen amoníac no disminueix sinó que augmenta. Molts operadors novells es posaran molt nerviosos quan vegin aquestes dades, pensant que el sistema té un problema. De fet, és innecessari, de vegades és només perquè el nitrogen orgànic del sistema s'està descomposant.
En altres paraules, el nitrogen orgànic s'està transformant en nitrogen amoníac. ,
Nitrogen amoníac (NH ∝ - N): l'indicador més conegut per a les depuradores
Si el nitrogen de les aigües residuals té un "protagonista", ha de ser nitrogen amoníac. Perquè gairebé totes les depuradores es centraran en aquest indicador. Hi ha dues raons per les quals el nitrogen amoníac és important.
Una de les raons és que té un impacte important sobre el medi ambient. Després d'entrar a l'aigua, el nitrogen amoníac consumeix una gran quantitat d'oxigen dissolt i també pot ser tòxic per als peixos.
Un altre motiu és que el nitrogen d'amoníac és el punt de partida de la reacció de desnitrificació.
En els sistemes de tractament biològic, el nitrogen d'amoníac és utilitzat per un tipus especial de bacteris anomenats bacteris nitrificants
En condicions aeròbiques, els bacteris nitrificants oxidaran gradualment el nitrogen amoníac. Tanmateix, aquest procés no es completa en un sol pas. Però és un procés de dos-passos.
Nitrit nitrogen (NO ₂⁻ - N): la "estació intermèdia" en el procés de desnitrificació
El primer producte de l'oxidació del nitrogen d'amoníac és el nitrogen de nitrit, que en realitat és inestable a moltes plantes de tractament d'aigües residuals. Perquè un cop format, sol continuar oxidant-se ràpidament.
Però en alguns casos, el nitrogen de nitrit pot augmentar sobtadament.
per exemple
El sistema de nitrificació està afectat
Oxigen dissolt insuficient
canvi de temperatura
Edat inestable dels fangs
En aquest punt, el nitrogen de nitrits es pot acumular al sistema.
El nitrogen de nitrit té una característica: és més tòxic que el nitrogen d'amoníac.
Si la concentració és massa alta, no només pot afectar els microorganismes, sinó que també afecta la qualitat de l'efluent.
Molts operadors se senten nerviosos quan veuen un augment del nitrogen de nitrit.
Nitrat de nitrogen (NO ∝⁻ - N): el pas final de la desnitrificació
En el segon pas de la reacció de nitrificació, el nitrogen de nitrit es continuarà oxidant.
Formació final: nitrogen nitrat
Aquest procés també requereix oxigen i la implicació d'un altre tipus de bacteris.
Quan el sistema funciona de manera estable, la major part del nitrogen d'amoníac es convertirà finalment en nitrogen nitrat.
Però la qüestió encara no ha acabat. Si s'atura aquí, el nitrogen encara romandrà a l'aigua.
Així doncs, la depuradora encara necessita un pas més: la desnitrificació.
En condicions hipòxiques, els bacteris desnitrificants redueixen gradualment el nitrogen nitrat.
Finalment genera un gas: nitrogen
El nitrogen s'alliberarà de l'aigua i tornarà a l'aire.
En aquest punt, el nitrogen s'elimina realment.
El nitrogen total (TN) és en realitat una gran col·lecció de la família del nitrogen
En el sistema de monitorització en línia abans del tractament d'aigües residuals, la monitorització del nitrogen total és ara un element fix que no pot ser colpejat per un llamp, cosa que indica la seva importància. Moltes persones poden sentir-se una mica abstractes quan es troben per primera vegada amb aquest indicador. De fet, és bastant fàcil d'entendre. El nitrogen total és la suma de totes les formes de nitrogen:
nitrogen orgànic
nitrogen amoníac
Nitrit nitrogenat
Nitrat de nitrogen
En conjunt constitueixen el contingut total de nitrogen a l'aigua. De vegades, el nitrogen d'amoníac en un sistema ja és molt baix, però el nitrogen total encara és alt.
La raó és sovint que el nitrogen nitrat no s'ha eliminat més. Aquest és també el motiu pel qual moltes depuradores necessiten instal·lar sistemes de desnitrificació.
Del nitrogen orgànic al nitrogen: un viatge complet
Si el procés de canvi de nitrogen a les aigües residuals es representa com a ruta, seria aproximadament el següent:
Aquesta ruta és en realitat el que sovint ens referim com a procés de desnitrificació biològica.
Aparentment un camí senzill, darrere hi ha un projecte complex completat per innombrables microorganismes treballant junts.
Cada etapa requereix unes condicions ambientals adequades.
oxigen dissolt
temperatura
font de carboni
Edat dels fangs
Tots aquests factors afectaran aquest "viatge del nitrogen".
En conclusió
En el tractament d'aigües residuals, "nitrogen" no és un indicador senzill. És més com una cadena en constant canvi.
Del nitrogen en matèria orgànica, al nitrogen amoníac, després al nitrogen nitrat i finalment al nitrogen gas que torna a l'aire.
Tot el procés és en realitat un cicle dominat per microbis.
Quan realment entenem aquestes diferents formes de nitrogen, es fa més fàcil comprendre molts fenòmens als sistemes de tractament d'aigües residuals.
per exemple
Per què augmenta de cop el nitrogen amoníac?
Per què s'acumula el nitrit
Per què sempre és difícil complir amb el nitrogen total?
Les respostes a molts problemes operatius s'amaguen en aquests "canvis de nitrogen".