Základní logika a výhody/nevýhody procesu AO denitrifikace
Jádrem procesu denitrifikace AO je sekvenční provoz ve dvou fázích: anoxické a aerobní. Konverze a odstranění dusíku je dosaženo synergickým působením mikroorganismů. Konkrétní proces lze rozdělit do tří kroků:
Ammonifikace: V anoxické fázi (nádrž A, DO 0,2 mg/l nebo méně) přeměňují heterotrofní bakterie dusík z organických znečišťujících látek, jako jsou bílkoviny a tuky v odpadní vodě, na amoniakální dusík (NH₃-N).
Nitrifikace: V aerobním stadiu (nádrž O, DO=2–4 mg/l) oxidují nitrifikační bakterie za dostatečného přísunu kyslíku čpavkový dusík na dusičnanový dusík (NO₃⁻) nebo dusitanový dusík (NO₂⁻).
Denitrifikace: Nitrifikovaná kapalina z aerobního stupně se vrací do anoxického stupně vnitřní recirkulací. Denitrifikační bakterie za anoxických podmínek redukují dusičnanový dusík na plynný dusík (N₂), který se pak uvolňuje z vodního útvaru provzdušňováním, čímž je denitrifikační smyčka dokončena. Tento procesní návrh nabízí dvě hlavní výhody:
Za prvé, s anoxickou nádrží před aerobní nádrží může být organický uhlík v odpadní vodě přímo využit denitrifikačními bakteriemi, čímž se sníží jak organické zatížení aerobní nádrže, tak náklady na externí zdroje uhlíku.
Za druhé, alkalita generovaná denitrifikací kompenzuje alkalitu spotřebovanou nitrifikací v aerobní nádrži, což pomáhá udržovat stabilitu pH systému.
Proces AO má však také významné nevýhody: jeho účinnost odstraňování dusíku není vysoká, typicky pouze 70–80 %, což je mnohem nižší než 90–95 % míra odstraňování organické hmoty. Nicméně u většiny konvenčních projektů v oblasti odpadních vod může kontrola klíčových parametrů významně zlepšit účinnost odstraňování dusíku. Pro odpadní vody s vysokým-amoniakem-dusíkem obvykle postačuje dvou-stupňová konstrukce řady AO.
Jak zlepšit účinnost odstraňování dusíku
MLSS (koncentrace suspendovaných pevných látek ve směsi): Koncentrace MLSS přímo ovlivňuje počet nitrifikačních a denitrifikačních bakterií. Doporučuje se udržovat ji nad 3 000 mg/l; pod touto hodnotou se výrazně sníží kapacita systému odstraňování dusíku.
Nakládání kalů (COD/MLSS): Nitrifikační bakterie jsou „pomalu{0}rostoucí bakterie“. Pokud je organická zátěž příliš vysoká, budou se rychle množit heterotrofní bakterie, které soutěží o kyslík a živiny. Doporučuje se regulovat rychlost zatížení kalem na méně než 0,10–0,15 kg CHSK/kgMLSS·d. Toho lze dosáhnout zvýšením koncentrace MLSS nebo zvětšením objemu aerační nádrže, snížením organické zátěže a poskytnutím dostatečného prostoru pro množení nitrifikačních bakterií.
Věk kalu: Minimální specifická rychlost růstu nitrifikačních bakterií je pouze 0,21/den, což je mnohem méně než 1,2/den heterotrofních bakterií. Aby se nitrifikační bakterie staly dominantním druhem, musí být stáří kalu vyšší než 4,76 dne. Stáří kalu u tradičních procesů s aktivovaným kalem je však pouze 2–4 dny, což je hlavní důvod, proč nelze dokončit nitrifikaci.
Zatížení amoniakem dusíkem: Zátěž amoniakovým dusíkem (organický dusík + amonný dusík) pro nitrifikaci musí být kontrolována pod 0,05 gTKN/(gMLSS·d). Nadměrné zatížení překročí kapacitu čištění nitrifikačních bakterií, což povede k akumulaci amoniakálního dusíku a přerušení denitrifikace.
Provzdušňovací nádrž Přítok zdroje uhlíku: Je-li přítoková koncentrace BSK₅ příliš vysoká (přesahující 80 mg/l), budou se množit heterotrofní bakterie, které budou soutěžit s nitrifikačními bakteriemi o kyslík, a tím inhibovat nitrifikaci. BSK₅ vstupující do nitrifikační nádrže je proto třeba kontrolovat pod 80 mg/l.
Poměr C/N: Aby byla zajištěna úplná denitrifikace, musí být poměr C/N řízen mezi 4 a 6. Pokud je zdroj uhlíku nedostatečný, denitrifikace nemůže proběhnout úplně a dusičnanový dusík zůstane, což má za následek vysokou koncentraci celkového dusíku v odpadní vodě.
Přílivová koncentrace dusíku amoniaku: Vliv koncentrace amoniakálního dusíku na nitrifikaci vykazuje trend „vzestup a pokles“. Při nízkých koncentracích se rychlost reakce zvyšuje se zvyšující se koncentrací. Pokud však koncentrace amoniakálního dusíku na předním konci aerobní nádrže v komunální odpadní vodě překročí 100 mg/l a v průmyslové odpadní vodě přesáhne 150 mg/l, bude nitrifikace inhibována. U odpadních vod s vysokým-amonným-dusíkem (jako jsou odpadní vody z akvakultury a výluhy ze skládek) lze počáteční koncentraci přítoku snížit pomocí recirkulačního zředění.
Poměr vnitřní recirkulace (recirkulace nitrifikační kapaliny): Vyšší poměr recirkulace má za následek vyšší rychlost denitrifikace, ale také zvyšuje náklady na elektřinu. Obvykle je řízena mezi 300–500 % a lze ji doladit-na základě údajů o celkovém dusíku v odpadních vodách. Pokud je celkový obsah dusíku vysoký, lze recirkulační poměr vhodně zvýšit. Pokud jsou provozní náklady příliš vysoké, lze je snížit a přitom stále splňovat normy.
Rozpuštěný kyslík (DO) v nitrifikační nádrži: Nitrifikační bakterie jsou „aerobní bakterie“ a dostatek kyslíku je předpokladem pro nitrifikaci. Doporučuje se udržovat DO mezi 2 a 4 mg/l. Teoreticky vyžaduje oxidace 1 g NH₄⁺ 4,57 g kyslíku. Pokud DO klesne pod 2 mg/l, nitrifikační reakce se výrazně zpomalí.
Hydraulická retenční doba (HRT): Pro úplnou reakci je nezbytný dostatečný retenční čas. HRT pro nitrifikaci by měla být delší než 6 hodin a pro denitrifikaci by měla být 2 hodiny v poměru 3:1. Jinak účinnost odstraňování dusíku rychle klesne.
pH a zásaditost: Optimální pH pro nitrifikační bakterie je 8,0–8,4 a pro denitrifikační bakterie 6,5–7,5. Odchylky pH od těchto rozsahů vážně ovlivní mikrobiální aktivitu. Kromě toho úplná nitrifikace 1 g amoniakálního dusíku vyžaduje 7,1 g alkality (vypočteno jako CaCO3), zatímco alkalita produkovaná denitrifikací může kompenzovat asi polovinu. Pokud je alkalita nedostatečná, je třeba ji neprodleně doplnit (např. přidáním uhličitanu sodného), aby se zabránilo poklesu pH a inhibici nitrifikace.
Teplota: Teplota přímo ovlivňuje mikrobiální aktivitu. Optimální teplota pro nitrifikaci je 20–30 stupňů a téměř se zastaví pod 5 stupni. Optimální teplota pro denitrifikaci je 20–40 stupňů a rychlost klesá rychle pod 15 stupňů. Během zimního provozu a údržby je třeba udržovat rychlost denitrifikace zvýšením stáří kalu, snížením zátěže a prodloužením hydraulické retenční doby.
Slanost: Nadměrná salinita poškozuje membrány mikrobiálních buněk a ovlivňuje přenos kyslíku, čímž inhibuje nitrifikaci. Za normálních podmínek může nitrifikace normálně probíhat, když je koncentrace chloru nižší než 2 000 mg/l. Pokud je přítok stabilní, lze kultivovat bakterie tolerantní k solím, které umožňují provoz i při koncentraci chloru 5 000 mg/l. Poznámka: Kolísání salinity je nebezpečnější než vysoká salinita, protože může snadno vést ke ztrátě kalu.
Toxické a škodlivé látky: Těžké kovy, fenoly, thiomočovina, volný amoniak, antibiotika atd. mohou přímo zabíjet nitrifikační bakterie nebo inhibovat jejich enzymatickou aktivitu. Při čištění odpadních vod obsahujících tyto látky je nezbytné předčištění (jako je koagulace, sedimentace a adsorpce) a vnášení toxických a škodlivých látek do nádrže biologického čištění by mělo být přísně zakázáno.
Další produkty si můžete prohlédnout na našem webu. V případě dotazů nás prosím kontaktujte. Doufáme, že vám tyto informace pomohou při čištění odpadních vod.