Avui vull compartir les coses sobre el nitrogen amoníac i el nitrogen total. En circumstàncies normals, el nitrogen amoníac sol representar al voltant del 40% - 60% del nitrogen total de les aigües residuals domèstiques urbanes. Per a algunes aigües residuals industrials, com ara aigües residuals de processament d'aliments, aigües residuals farmacèutiques, etc., la proporció de nitrogen amoníac respecte al nitrogen total pot variar, algunes poden arribar al 70% - 80% i algunes poden ser relativament baixa.
El nitrogen amoníac (NH₄⁺-N) es refereix al nitrogen en forma d'amoníac lliure (NH₃) i ions amoni (NH₄⁺) a l'aigua. I el nitrogen total (TN) inclou nitrogen amoníac, nitrogen orgànic, nitrogen nitrat (NO₃⁻-N) i nitrogen nitrit (NO₂⁻-N).
El nitrogen d'amoníac baix a l'efluent però el nitrogen total elevat pot ser causat pels motius següents:
1. Acumulació de nitrogen de nitrats
Durant el procés de nitrificació, el nitrogen d'amoníac es converteix en nitrogen nitrat (incloent el nitrogen nitrat i el nitrogen de nitrit) mitjançant bacteris nitrificants en condicions aeròbiques. En circumstàncies normals, el nitrogen nitrat generat es reduirà a gas nitrogen i es descarregarà del sistema mitjançant bacteris desnitrificants en condicions anòxiques en el procés de desnitrificació posterior, aconseguint així l'eliminació del nitrogen total. Tanmateix, si hi ha un problema en el procés de desnitrificació, com ara la inhibició de l'activitat dels bacteris desnitrificants, un entorn anòxic insuficient, un subministrament insuficient de fonts de carboni, etc., el nitrogen nitrat no es pot reduir sense problemes a nitrogen gas. Això condueix a l'acumulació contínua de nitrogen de nitrat a l'aigua, de manera que, tot i que el nitrogen d'amoníac a l'extrem frontal es pot convertir eficaçment en nitrogen de nitrat, que es manifesta com a baix nitrogen d'amoníac a l'efluent, el nitrogen de nitrat acumulat no es pot eliminar, i el contingut total de nitrogen encara és elevat.
2. El nitrogen orgànic no s'elimina eficaçment
Durant el procés de tractament d'aigües residuals, el nitrogen orgànic ha de patir una sèrie de reaccions bioquímiques per convertir-lo en nitrogen amoníac i després eliminar-lo mitjançant la nitrificació i la desnitrificació. Si la comunitat microbiana responsable de la descomposició del nitrogen orgànic no és prou rica o prou activa durant el procés de tractament, o les condicions de tractament (com la temperatura, el valor del pH, l'oxigen dissolt, etc.) no són favorables a la descomposició i transformació del nitrogen orgànic. , pot provocar la incapacitat de convertir completament el nitrogen orgànic en nitrogen d'amoníac.
Per exemple, una temperatura massa baixa pot frenar la taxa metabòlica dels microorganismes, fent que la reacció de descomposició del nitrogen orgànic sigui incompleta; un valor de pH inadequat pot afectar l'activitat dels enzims, inhibint així la descomposició del nitrogen orgànic per part dels microorganismes.
D'aquesta manera, tot i que el nitrogen amoníac s'elimina bé mitjançant la nitrificació i la desnitrificació, que es manifesta com a baix nitrogen amoníac a l'efluent, el nitrogen orgànic original de les aigües residuals no es converteix i elimina completament, donant lloc a un alt contingut de nitrogen total.
3. La relació de refluig interna és massa petita
El reflux intern fa referència al retorn del líquid barrejat ric en nitrogen nitrat al final de la piscina aeròbica a l'extrem frontal de la piscina anòxica per proporcionar nitrogen nitrat per a la reacció de desnitrificació. La relació de refluig intern es refereix a la relació entre la quantitat de líquid barrejat retornat al cabal d'entrada.
Si la relació de refluig interna és massa petita, vol dir que el nitrogen de nitrat retornat a la piscina anòxica és insuficient. En un entorn anòxic, els bacteris desnitrificadors utilitzen fonts de carboni per reduir el nitrogen nitrat a nitrogen gas. La manca de nitrogen nitrat suficient limitarà la reacció de desnitrificació.
Per exemple, durant el funcionament normal, la relació de reflux intern ha d'arribar al 200% per satisfer la demanda de nitrogen de nitrat per a la desnitrificació, però la relació de reflux intern real només és del 100% o fins i tot inferior. Això fa que sigui impossible que la desnitrificació compleixi plenament el seu paper, i una gran quantitat de nitrogen nitrat no es pot convertir en nitrogen gasós per a la seva descàrrega, donant lloc a un baix nitrogen d'amoníac a l'efluent, però el nitrogen total encara és elevat. Quan la proporció de reflux intern es controla entre el 200-400%, l'eficiència de desnitrificació és la millor.
4. Font de carboni insuficient
Durant el procés de desnitrificació, els bacteris desnitrificants necessiten fonts de carboni com a donants d'energia i d'electrons per reduir el nitrogen nitrat a gas nitrogenat. Si no hi ha prou font de carboni disponible a les aigües residuals, el metabolisme i la reacció dels bacteris desnitrificants es veuran limitats. Durant el procés de desnitrificació, el nitrogen nitrat i el nitrogen de nitrit es converteixen en nitrogen gasós (N₂) i escapen. Si aquest procés no és suficient, el nitrogen nitrat del nitrogen total no s'eliminarà efectivament. Segons les dades de funcionament de la depuradora, quan l'eficiència de desnitrificació sigui inferior al 80%, l'efecte d'eliminació del nitrogen total es reduirà molt.
Les fonts de carboni habituals que poden utilitzar els bacteris desnitrificants inclouen la matèria orgànica, com ara metanol, acetat de sodi, glucosa, etc. Si la quantitat de font de carboni orgànica continguda en el propi afluent és insuficient o es consumeix durant el procés de tractament, i no s'afegeix cap font de carboni addicional a temps, la reacció de desnitrificació no es pot dur a terme completament.
Per exemple, la relació carboni-nitrogen (C/N) d'algunes aigües residuals industrials és baixa i la font de carboni que hi conté no és suficient per suportar una desnitrificació efectiva. O durant el procés de tractament, a causa del disseny del procés no raonable, la font de carboni es consumeix en excés a l'extrem frontal i la font de carboni és escassa quan arriba a l'etapa de desnitrificació.
En aquest cas, fins i tot si el procés de nitrificació pot convertir amb èxit el nitrogen d'amoníac en nitrogen nitrat, a causa de la manca d'una font de carboni suficient per a la desnitrificació, el nitrogen nitrat no es pot eliminar completament, donant lloc a un baix nitrogen d'amoníac efluent però un alt nitrogen total.
5. Control inadequat de l'oxigen dissolt
L'oxigen dissolt té un paper clau en el procés de nitrificació i desnitrificació del tractament d'aigües residuals. Les reaccions de nitrificació s'han de dur a terme en condicions aeròbiques i es requereix una concentració d'oxigen dissolt més alta per donar suport als bacteris nitrificants per convertir el nitrogen amoníac en nitrogen nitrat.
Tanmateix, les reaccions de desnitrificació s'han de dur a terme en ambients anòxics. Si la concentració d'oxigen dissolt és massa alta, inhibirà l'activitat dels bacteris desnitrificants i interferirà amb el procés de desnitrificació.
Per exemple, a l'àrea de desnitrificació, si l'oxigen dissolt és massa alt a causa d'una aireació desigual, una agitació insuficient o un disseny de procés poc raonable, s'inhibeix el metabolisme normal dels bacteris desnitrificants i l'activitat dels enzims desnitrificants. Això farà que la reacció de desnitrificació no pugui procedir eficaçment. Fins i tot si el procés de nitrificació frontal converteix amb èxit el nitrogen d'amoníac en nitrogen nitrat, el nitrogen nitrat no es convertirà completament en nitrogen gasós i es descarregarà a causa de l'obstrucció de la desnitrificació, donant lloc a un baix nitrogen d'amoníac a l'efluent però un alt nitrogen total.
Ajustant els paràmetres del procés, com ara controlar l'oxigen dissolt (DO) per sota de 0,5 mg/L, per crear un entorn més propici per al creixement de bacteris desnitrificants. Al mateix temps, augmentant el temps de residència a la zona anòxica, es pot assegurar que el nitrogen nitrat té el temps suficient per convertir-se en nitrogen gasós.
6. Edat inadequada dels fangs
L'edat dels fangs es refereix al temps mitjà de residència dels fangs activats a tot el sistema. Els diferents microorganismes tenen diferents taxes de creixement i reproducció, i els requisits per a l'edat dels fangs també són diferents.
Els bacteris nitrificants creixen lentament i requereixen una edat més llarga dels fangs per garantir el seu nombre i activitat al sistema. Si l'edat dels fangs és massa curta, els bacteris nitrificants seran descarregats del sistema abans que es reprodueixin completament, i la reacció de nitrificació no es pot dur a terme completament, el que resulta en una disminució de l'eficiència de conversió del nitrogen d'amoníac en nitrogen nitrat.
D'altra banda, si l'edat dels fangs és massa llarga, pot provocar un envelliment dels fangs i un desequilibri de l'estructura de la comunitat microbiana, en la qual l'activitat i la quantitat de bacteris desnitrificants es poden veure afectades, donant lloc a una desnitrificació insuficient i una conversió ineficaç del nitrogen nitrat en nitrogen. gas, resultant en un efecte pobre d'eliminació de nitrogen total.
Per exemple, en funcionament real, si l'edat dels fangs s'estableix massa curta per buscar una eficiència excessiva d'eliminació de fangs, es pot produir una nitrificació incompleta i es pot produir una quantitat insuficient de nitrogen amoníac convertit en nitrogen nitrat; i si l'edat dels fangs s'allarga excessivament per estalviar costos de tractament de fangs, pot provocar un envelliment dels fangs i un efecte de desnitrificació deficient.
7. Defectes de disseny del procés
Algunes plantes de tractament d'aigües residuals poden no tenir enllaços de desnitrificació efectius en el flux del procés a causa d'una estimació insuficient dels requisits per a l'eliminació total de nitrogen durant el disseny, per exemple:
1. Volum insuficient de la zona anòxica: La zona anòxica és la principal zona on es produeix la desnitrificació. Si el seu volum és massa petit, no pot proporcionar prou espai i temps de reacció per als bacteris desnitrificants, donant lloc a una desnitrificació insuficient i un efecte d'eliminació total de nitrogen deficient.
2. Agitació desigual a la zona anòxica: l'agitació desigual provocarà una barreja inadequada de les aigües residuals a la zona anòxica, i algunes zones poden no poder obtenir suficients fonts de carboni i nitrogen nitrat, afectant l'efecte de desnitrificació.
Per al problema d'eliminació total de nitrogen causat per defectes de disseny, és possible considerar afegir o modificar la zona anòxica i afegir hidròlisi i pretractament d'acidificació per augmentar la taxa de conversió de la matèria orgànica, proporcionant així més fonts de carboni per donar suport al procés de desnitrificació.