På nuværende tidspunkt er "nitrogen" et vigtigt emne, som ikke kan undgås i spildevandsbehandlingsindustrien. Mange operatører af spildevandsrensningsanlæg lægger størst vægt på nitrogen, langt højere end COD og fosfor, fordi dets fjernelsesvanskelighed er den højeste. Under driftsprocessen overvåger de disse nitrogenindikatorer hver dag: ammoniak nitrogen, total nitrogen, nitrat nitrogen og nitrit nitrogen.
Men hvis der pludselig bliver spurgt: Hvor mange typer kvælstof er der i spildevandet? Hvad er deres forhold?
Mange mennesker kan faktisk blive overrasket et øjeblik. De fleste mennesker har kun en god forståelse af "ammoniak nitrogen, total nitrogen", og er ikke klar over forholdet mellem andre typer af kvælstof. Angiv de kvælstofindikatorer, som vi kan komme i kontakt med ved spildevandsrensning, herunder ammoniak-kvælstof, totalkvælstof, organisk kvælstof, uorganisk kvælstof, nitratkvælstof, nitritkvælstof og Kjeldahl-kvælstof,
Med så mange nitrogenindikatorer er forholdet mellem hvem der interagerer med hvem, hvem der interagerer med hvem og hvem der inkluderer hvem komplekse. Faktisk er nitrogen ikke et simpelt stof i spildevand, men et familiesystem i konstant forandring. Hvis spildevandsrensning ses som en rejse, så oplever kvælstoffet i spildevand også sit eget "liv". I dag i denne artikel vil vi sortere de indviklede relationer, der er involveret.
Kvælstoffet i spildevand kan faktisk opdeles i to kategorier
Fra et bredt klassifikationsperspektiv er nitrogen i spildevand hovedsageligt opdelt i to kategorier:
organisk nitrogen
uorganisk nitrogen
Forståelse af disse to typer af nitrogen er det første skridt i forståelsen af nitrogenets former i spildevand.
Lad os først tale om organisk nitrogen. Kort sagt er organisk nitrogen det nitrogen, der er gemt i organisk stof
f.eks
protein
aminosyre
urinstof
organisk amin
Peptidforbindelser
Nitroforbindelser
Disse stoffer er meget almindelige i husholdningsspildevand, madspildevand og akvakulturspildevand.
For eksempel indeholder et stykke kød, en skål med rester af ris, grøntsagsvaskevand og menneskelig ekskrementer en stor mængde organisk nitrogen.
Og en anden type er: uorganisk nitrogen
Der er tre hovedformer for uorganisk nitrogen i spildevand:
ammoniak nitrogen
Nitrit nitrogen
Nitrat nitrogen
Disse tre typer nitrogen er de mest essentielle former i spildevandsbehandlingsprocessen. Mange gange er de indikatorer, vi tester, faktisk centreret omkring disse tre typer nitrogen.
Organisk nitrogen: den "primitive form" af nitrogen
I begyndelsen af indgangen til rensningsanlægget er det meste af kvælstoffet faktisk organisk kvælstof.
Fordi husholdningsspildevand i sig selv er fyldt med forskellige organiske forbindelser.
Disse organiske nitrogenforbindelser vil ikke blive fjernet direkte, de vil først gennemgå en proces: ammonifikation
Kort sagt nedbryder mikroorganismer organisk stof.
Under denne proces nedbrydes stoffer som proteiner og aminosyrer gradvist, hvilket i sidste ende frigiver et meget velkendt stof: ammoniak-nitrogen. Derfor er det i spildevandsrensningsanlæg almindeligt at se en situation, hvor ammoniak-kvælstof ikke falder, men i stedet stiger. Mange nybegyndere vil være meget nervøse, når de ser disse data, og tænker, at systemet har et problem. Egentlig er det unødvendigt, nogle gange er det bare fordi det organiske nitrogen i systemet bliver nedbrudt.
Med andre ord omdannes organisk nitrogen til ammoniak-nitrogen. ,
Ammoniak-nitrogen (NH ∝ - N): den mest kendte indikator for rensningsanlæg
Hvis kvælstof i spildevand har en "hovedperson", skal det være ammoniak-kvælstof. Fordi næsten alle rensningsanlæg vil fokusere på denne indikator. Der er to grunde til, at ammoniak-nitrogen er vigtigt.
En grund er, at det har en betydelig indvirkning på miljøet. Efter at være kommet i vandet, forbruger ammoniak-nitrogen en stor mængde opløst ilt og kan også være giftigt for fisk.
En anden grund er, at ammoniak-nitrogen er udgangspunktet for denitrifikationsreaktionen.
I biologiske behandlingssystemer udnyttes ammoniak-nitrogen af en særlig type bakterier kaldet nitrificerende bakterier
Under aerobe forhold vil nitrificerende bakterier gradvist oxidere ammoniak-nitrogen. Denne proces afsluttes dog ikke i ét trin. Men det er en proces i to-trin.
Nitritnitrogen (NO ₂⁻ - N): "mellemstationen" i denitrifikationsprocessen
Det første produkt af ammoniak-nitrogenoxidation er nitrit-nitrogen, som faktisk er ustabilt i mange spildevandsrensningsanlæg. For når den først er dannet, fortsætter den normalt med at oxidere hurtigt.
Men i nogle tilfælde kan nitrit-nitrogen pludselig stige.
f.eks
Nitrifikationssystemet er påvirket
Utilstrækkelig opløst ilt
temperaturændring
Ustabil slamalder
På dette tidspunkt kan nitrit-nitrogen ophobes i systemet.
Nitrit nitrogen har en egenskab: det er mere giftigt end ammoniak nitrogen.
Hvis koncentrationen er for høj, kan det ikke kun påvirke mikroorganismer, men også have indflydelse på spildevandskvaliteten.
Så mange operatører føler sig nervøse, når de ser en stigning i nitrit-nitrogen.
Nitratnitrogen (NO ∝⁻ - N): det sidste trin af denitrifikation
I det andet trin af nitrifikationsreaktionen vil nitritnitrogen fortsætte med at blive oxideret.
Slutdannelse: nitrat nitrogen
Denne proces kræver også ilt og involvering af en anden type bakterier.
Når systemet kører stabilt, vil det meste af ammoniak-nitrogenet til sidst blive til nitrat-kvælstof.
Men sagen er ikke slut endnu. Hvis det stopper her, vil der stadig være kvælstof i vandet.
Så rensningsanlægget mangler stadig et skridt mere: denitrifikation.
Under hypoxiske forhold reducerer denitrificerende bakterier gradvist nitratnitrogen.
Til sidst generere en gas: nitrogen
Nitrogen vil blive frigivet fra vandet og vende tilbage til luften.
På dette tidspunkt er nitrogen virkelig fjernet.
Total nitrogen (TN) er faktisk en stor samling af nitrogenfamilien
I online overvågningssystemet før spildevandsrensning er total kvælstofovervågning nu et fast punkt, der ikke kan rammes af lynet, hvilket indikerer dets betydning. Mange mennesker kan føle sig lidt abstrakte, når de første gang møder denne indikator. Det er faktisk ret nemt at forstå. Total nitrogen er summen af alle former for nitrogen:
organisk nitrogen
ammoniak nitrogen
Nitrit nitrogen
Nitrat nitrogen
De udgør tilsammen det samlede kvælstofindhold i vand. Nogle gange er ammoniak-nitrogenet i et system allerede meget lavt, men det samlede kvælstof er stadig højt.
Årsagen er ofte, at nitratkvælstof ikke er blevet fjernet yderligere. Dette er også grunden til, at mange rensningsanlæg skal installere denitrifikationssystemer.
Fra organisk nitrogen til nitrogen: En komplet rejse
Hvis processen med kvælstofændring i spildevand plottes som en rute, ville den groft sagt være som følger:
Denne rute er faktisk, hvad vi ofte omtaler som den biologiske denitrifikationsproces.
Tilsyneladende en simpel vej, bag den ligger et komplekst projekt afsluttet af utallige mikroorganismer, der arbejder sammen.
Hver fase kræver passende miljøforhold.
opløst ilt
temperatur
kulstofkilde
Slam alder
Disse faktorer vil alle påvirke denne 'nitrogenrejse'.
Som konklusion
I spildevandsrensning er "nitrogen" ikke en simpel indikator. Det er mere som en konstant skiftende kæde.
Fra nitrogen i organisk stof, til ammoniak-nitrogen, derefter til nitrat-nitrogen og til sidst til kvælstofgas, der vender tilbage til luften.
Hele processen er faktisk en mikrobiel domineret cyklus.
Når vi virkelig forstår disse forskellige former for nitrogen, bliver det lettere at forstå mange fænomener i spildevandsbehandlingssystemer.
f.eks
Hvorfor stiger ammoniak-nitrogen pludselig
Hvorfor ophobes nitrit
Hvorfor er total nitrogen altid svært at opfylde standarden
Svarene på mange driftsproblemer er faktisk skjult i disse 'nitrogenændringer'.