Il-Prinċipju tat-Tneħħija Bijoloġika tan-Nitroġenu U Fosfru fl-Ilma Mormi

Inkwinanti eċċessivi tan-nitroġenu u tal-fosfru fil-korpi tal-ilma huma l-kawża ewlenija tal-problemi tal-ambjent tal-ilma bħall-ewtrofikazzjoni, il-blanzuni tal-algi u l-mareat ħomor, li jwasslu għal serje ta 'kwistjonijiet inkluż deterjorament tal-kwalità tal-ilma, żbilanċ tal-ekosistema akkwatika, u theddid għas-sikurezza tal-ilma tax-xorb. Meta mqabbel ma 'proċessi ta' trattament kimiku u fiżiku, it-teknoloġija bijoloġika tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru saret il-proċess ewlieni għat-trattament avvanzat tal-ilma tad-drenaġġ f'impjanti attwali tat-trattament tad-drenaġġ minħabba l-vantaġġi tiegħu bħal effetti ta 'trattament stabbli, spejjeż operattivi baxxi, ebda tniġġis sekondarju, u adattabilità għal xenarji ta' trattament tad-drenaġġ muniċipali u industrijali. Il-prinċipju ewlieni tat-tneħħija tan-nitroġenu bijoloġiku u l-fosfru fl-ilma tad-drenaġġ huwa li jiġu utilizzati l-attivitajiet metaboliċi ta 'mikro-organiżmi funzjonali differenti f'ambjent ikkontrollat li jalterna anerobiku, anosiku u aerobiku biex gradwalment jikkonvertu inkwinanti bħal nitroġenu organiku, nitroġenu ammonja u fosfru totali fl-ilma mormi f'sustanzi gassużi li jaħarbu jew jissolidifikaw il-ġisem mill-ilma, billi jissolidifika l-ilma. purifikazzjoni tal-ilma.

In-nitroġenu fl-ilma tad-drenaġġ jeżisti f'forom kumplessi, prinċipalment inklużi nitroġenu organiku, nitroġenu ta 'l-ammonja, nitroġenu tan-nitrit, u nitroġenu tan-nitrat. It-tneħħija bijoloġika tan-nitroġenu mhijiex proċess ta' reazzjoni waħda, iżda pjuttost ta' tliet-reazzjoni bijokimika mikrobika-ammonja, nitrifikazzjoni, u denitrifikazzjoni-li fl-aħħar mill-aħħar tikkonverti diversi forom ta' nitroġenu f'gass tan-nitroġenu, billi tneħħih mill-korp tal-ilma u tikseb it-tneħħija totali tan-nitroġenu. Il-proċess kollu jiddependi fuq l-attivitajiet metaboliċi ta 'komunitajiet batterjali differenti fl-ambjenti speċifiċi tagħhom.

(I) Reazzjoni ta' Ammonja (Konverżjoni ta' Nitroġenu Organiku)

Taħt kundizzjonijiet aerobiċi jew anerobiċi, inkwinanti organiċi tan-nitroġenu fl-ilma tad-drenaġġ, bħal proteini, urea u aċidi amminiċi, huma idrolizzati u ossidizzati f'nitroġenu ammonja inorganiku (NH₃-N) permezz tad-dekompożizzjoni u l-metaboliżmu ta 'batterji ammonifikanti. Din ir-reazzjoni hija l-pre-reazzjoni fundamentali tat-tneħħija tan-nitroġenu bijoloġiku, adattabbli ħafna għall-ambjent, u ma teħtieġx kontroll strett ta 'parametri bħall-ossiġnu maħlul u t-temperatura, li tippermettilha tipproċedi bla xkiel taħt kundizzjonijiet konvenzjonali ta' trattament tad-drenaġġ. Il-proċess ta 'reazzjoni jikkonverti nitroġenu organiku kumpless f'nitroġenu inorganiku sempliċi, li jipprovdi substrati għal reazzjonijiet ta' nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni sussegwenti, u huwa l-ewwel pass fit-tneħħija tan-nitroġenu.

(II) Nitrifikazzjoni (Ossidazzjoni tan-Nitroġenu tal-Ammonja)

In-nitrifikazzjoni hija reazzjoni ta 'ossidazzjoni ddominata minn mikro-organiżmi aerobiċi awtotrofiċi, li tikkonsisti f'żewġ stadji: nitrifikazzjoni u nitrifikazzjoni. Huwa meħtieġ ossiġnu biżżejjed matul il-proċess kollu, u l-mikro-organiżmi juru rati ta 'tkabbir bil-mod, ċikli twal ta' ġenerazzjoni, u sensittività għolja għat-temperatura ambjentali, pH u ossiġnu maħlul. L-ewwel stadju huwa n-nitrifikazzjoni, fejn il-batterji nitrifikanti jossidaw in-nitroġenu tal-ammonja għal nitroġenu tan-nitrit; it-tieni stadju huwa n-nitrifikazzjoni, fejn il-batterji nitrifikanti jossidaw aktar in-nitroġenu tan-nitritu għal nitroġenu nitrat stabbli.

Il-batterji nitrifikanti huma awtotrofiċi, jiġifieri ma jikkunsmawx sustanzi li jniġġsu organiċi fl-ilma mormi. Minflok, huma jużaw l-enerġija kimika ġġenerata mill-ossidazzjoni tan-nitroġenu tal-ammonja bħala sors ta 'enerġija biex jiffissaw id-dijossidu tal-karbonju u jissintetizzaw is-sustanzi tagħhom stess. Dan il-proċess huwa pass ta 'ossidazzjoni ewlieni fit-tneħħija tan-nitroġenu, li jirrealizza l-konverżjoni tat-tnaqqis tan-nitroġenu għal nitroġenu ossidanti u jipprovdi sottostrati ta' reazzjoni għal denitrifikazzjoni sussegwenti.

(III) Denitrifikazzjoni (Tneħħija tan-Nitroġenu tan-Nitrat)

Id-denitrifikazzjoni hija reazzjoni ta 'tnaqqis iddominata minn mikro-organiżmi eterotrofiċi anerobiċi u hija l-pass ewlieni finali fit-tneħħija tan-nitroġenu bijoloġiku. F'ambjent anerobiku nieqes mill-ossiġnu molekulari iżda li fih nitroġenu nitrat, batterji denitrifikanti jutilizzaw sorsi ta 'karbonju organiku fl-ilma mormi bħala donaturi ta' elettroni biex inaqqsu gradwalment in-nitroġenu nitrat u nitroġenu nitritu prodotti fir-reazzjoni ta 'nitrifikazzjoni, u fl-aħħar mill-aħħar jiġġeneraw gass tan-nitroġenu (N₂) li jaħrab lejn il-wiċċ tal-ilma, u jneħħi kompletament in-nitroġenu mill-ilma mormi.

Il-proċess ta 'denitrifikazzjoni għandu jiddistingwi b'mod strett bejn ambjenti anerobiċi u anossiċi: ambjent anerobiku m'għandux ossiġnu molekulari iżda fih ossiġnu magħqud (nitroġenu tan-nitrat), li jippermetti li r-reazzjoni ta' denitrifikazzjoni sseħħ b'mod normali; filwaqt li ambjent anerobiku m'għandux ossiġnu kombinat, u jipprevjeni r-reazzjoni ta 'denitrifikazzjoni. Fl-istess ħin, sors ta 'karbonju organiku huwa kundizzjoni ewlenija għad-denitrifikazzjoni; sorsi tal-karbonju insuffiċjenti jwasslu direttament għal tnaqqis sinifikanti fl-effiċjenza tat-tneħħija tan-nitroġenu. Fl-inġinerija prattika, is-supplimentazzjoni b'sorsi tal-karbonju eżoġenu spiss tintuża biex tiġi żgurata l-effettività tat-tneħħija tan-nitroġenu.

Il-grupp batterjali funzjonali ewlieni għat-tneħħija bijoloġika tal-fosfru huwa batterji li jakkumulaw il-polifosfat-(PAOs). Dawn il-mikro-organiżmi għandhom karatteristiċi metaboliċi uniċi, li jippermettulhom ilestu ċiklu ta' "rilaxx tal-fosfru-assorbiment tal-fosfru" taħt ambjenti li jalternaw anerobiċi u aerobiċi, u fl-aħħar mill-aħħar jiksbu t-tneħħija totali tal-fosfru mill-korp tal-ilma permezz tal-iskariku ta' ħama żejda. B'differenza mid-denitrifikazzjoni, it-tneħħija bijoloġika tal-fosfru ma tipproduċi l-ebda prodotti sekondarji gassużi. Minflok, tissolidifika l-fosfati fl-ilma fi ħdan il-mikro-organiżmi, u tirrilaxxhom bħala ħama.

(I) Stadju ta' Rilaxx ta' Fosfru Anaerobiku

F'ambjent strettament anerobiku, ħieles minn ossiġnu molekulari u nitroġenu nitrat, il-batterji li jakkumulaw il-polifosfat-(PABs) ma jistgħux jutilizzaw l-ossiġnu estern għar-respirazzjoni aerobika, u jillimitaw is-sorsi ta' enerġija metabolika tagħhom. F'dan l-istat, il-PPAs jiddekomponu l-polifosfati maħżuna fiċ-ċelloli tagħhom, u jirrilaxxaw enerġija biex jassorbu sorsi ta' karbonju organiku ta' piż-molekulari-baxx bħal aċidi grassi volatili (VFAs) mill-ilma mormi, u jikkonvertuhom f'polyhydroxyalkanoates (PHAs) għall-ħażna fiċ-ċelloli. Matul dan il-proċess, il-fosfati intraċellulari jiġu rilaxxati fl-ilma tad-drenaġġ, u jikkawżaw żieda momentarja fil-kontenut tal-fosfru tal-ilma-dan huwa l-proċess anerobiku tar-rilaxx tal-fosfru.

(II) Stadju ta 'Assorbiment ta' Fosfru Eċċess Aerobiku

Meta l-ambjent jaqleb għal stat aerobiku, il-PPAs ma jibqgħux jassorbu sorsi ta 'karbonju organiku iżda minflok jiddekomponu l-PHAs maħżuna fl-istadju anerobiku, u jiksbu ammont kbir ta' enerġija permezz tal-ossidazzjoni u d-dekompożizzjoni tal-materja organika. Billi juża din l-enerġija, il-batterji li jakkumulaw il-polifosfat-(PACs) jassorbu b'mod eċċessiv il-fosfat mill-ilma tad-drenaġġ, u jaqbeż ħafna l-ammont rilaxxat matul l-istadju anerobiku. Il-fosfat żejjed imbagħad jinħażen fiċ-ċelloli bħala polifosfat, biex jinkiseb arrikkiment u tneħħija tal-fosfru mill-ilma.

Fl-aħħar mill-aħħar, il-PACs-sinjuri tal-fosfru joqogħdu mal-ħama u jitneħħew kompletament mis-sistema tal-ilma tad-drenaġġ permezz tar-rimi tal-ħama tal-iskart tas-sistema, u b'hekk jitlesta l-proċess kollu tat-tneħħija tal-fosfru bijoloġiku. Il-karatteristiċi metaboliċi li jalternaw tal-PACs huma l-qalba tat-tneħħija bijoloġika tal-fosfru, u bidla ta 'ambjent anerobiku stabbli-aerobiku hija kruċjali biex tiġi żgurata l-effiċjenza tat-tneħħija tal-fosfru.

L-effettività tat-tneħħija bijoloġika tan-nitroġenu u l-fosfru tiddependi kompletament fuq l-attività mikrobjali. Il-karatteristiċi metaboliċi tal-mikro-organiżmi jiddeterminaw il-parametri tal-kontroll tal-qalba tal-operazzjoni tal-proċess. Il-fatturi ewlenin li jinfluwenzaw jinkludu żewġ kategoriji: parametri ambjentali u parametri tal-kwalità tal-ilma.

1. Ossiġenu maħlul: In-nitrifikazzjoni u l-assorbiment aerobiku tal-fosfru jeħtieġu biżżejjed ossiġnu maħlul; denitrifikazzjoni anossika teħtieġ ambjent ta' ossiġnu strettament baxx-; u r-rilaxx anerobiku tal-fosfru jeħtieġ ambjent assolutament anerobiku. Tfixkil fl-ambjent ta 'l-ossiġnu se jwassal direttament għall-falliment tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru.

2. Kontenut tas-Sors tal-Karbonju: Kemm il-batterji denitrifikanti kif ukoll il-batterji li jakkumulaw il-polifosfat-jistrieħ fuq sorsi tal-karbonju organiku għall-metaboliżmu. Meta l-proporzjon tal-karbonju-għal-nitroġenu u l-proporzjon tal-karbonju-per{-fosfru tal-ilma mormi jkunu baxxi wisq, jeħtieġ li jiżdiedu sorsi eżoġeni tal-karbonju bħall-aċetat tas-sodju u l-glukożju; inkella, se jseħħu tneħħija mhux kompluta tan-nitroġenu u effiċjenza baxxa tat-tneħħija tal-fosfru.

3. pH u Temperatura: Il-pH ottimali għal batterji nitrifikanti huwa 7.5-8.5, filwaqt li l-pH ottimali għal batterji li jakkumulaw il-polifosfat huwa 6.5-8.0. L-aħjar temperatura għall-mikro-organiżmi hija 20-30 grad. Temperaturi baxxi se jnaqqsu b'mod sinifikanti l-attività batterika u l-effiċjenza tat-trattament.

4. Età tal-ħama: Il-batterji nitrifikanti għandhom ċiklu ta 'ġenerazzjoni twil, li jeħtieġu età itwal tal-ħama biex jiżguraw is-sopravivenza tal-batterja. Il-batterji li jakkumulaw il-polifosfat-, min-naħa l-oħra, għandhom età tal-ħama iqsar; etajiet tal-ħama eċċessivament twal jistgħu jwasslu għal rilaxx tal-fosfru mill-ħama. Għalhekk, il-proċess attwali jeħtieġ li jibbilanċja l-età tal-ħama biex jiżgura kemm l-effiċjenza tat-tneħħija tan-nitroġenu kif ukoll tal-fosfru.

Ibbażat fuq il-prinċipji ewlenin ta 'hawn fuq tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru, l-industrija żviluppat diversi proċessi maturi, li kollha għandhom l-għan li joħolqu ambjenti alternanti ta' reazzjoni anerobika, anossika u aerobika. Il-proċess A²/O huwa l-aktar proċess klassiku simultanju tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru. Tlesti b'mod sekwenzjali r-rilaxx tal-fosfru u l-ħażna tal-karbonju permezz ta' batterji li jakkumulaw polifosfat- fiż-żona anerobika, denitrifikazzjoni fiż-żona anosika, u nitrifikazzjoni u assorbiment eċċessiv tal-fosfru minn batterji li jakkumulaw polifosfat- fiż-żona aerobika. Fl-aħħarnett, it-tneħħija simultanja tan-nitroġenu u tal-fosfru tinkiseb permezz tas-sedimentazzjoni u l-iskariku tal-ħama. Barra minn hekk, modifikati A²/O, SBR, u proċessi foss ossidazzjoni huma kollha bbażati fuq prinċipji bijokimiċi ewlenin, l-ottimizzazzjoni ta ' l-istruttura tat-tank u sekwenza operattiva biex jadattaw għall-bżonnijiet differenti ta ' trattament ta ' kwalità ta ' l-ilma.

L-essenza tat-tneħħija bijoloġika tan-nitroġenu u l-fosfru mill-ilma tad-drenaġġ hija li tutilizza l-karatteristiċi metaboliċi differenzjati ta 'mikro-organiżmi funzjonali u tirregola artifiċjalment l-ambjent akkwatiku biex tinkiseb it-trasformazzjoni ta' inkwinanti tan-nitroġenu u fosfru u t-tneħħija tagħhom mill-korp tal-ilma. It-tneħħija tan-nitroġenu tiddependi fuq ir-reazzjonijiet gradwali ta 'ammonifikazzjoni, nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni biex tinkiseb tneħħija tal-gass, filwaqt li t-tneħħija tal-fosfru tiddependi fuq il-metaboliżmu ċikliku tal-polifosfat-batterji li jakkumulaw-rilaxx anerobiku tal-fosfru u l-assorbiment aerobiku tal-fosfru u t-tneħħija tal-fosfru{3}}solidifikat. Fehim sħiħ tal-prinċipji bijokimiċi tiegħu huwa l-pedament ewlieni għall-ottimizzazzjoni tal-proċessi tat-trattament tal-ilma mormi, it-titjib tal-effiċjenza tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru, u s-soluzzjoni tal-problema tal-ewtrofikazzjoni fil-korpi tal-ilma. Jipprovdi wkoll appoġġ teoretiku importanti għall-konservazzjoni tal-enerġija, it-tnaqqis tal-emissjonijiet, u l-aġġornament tat-trattament tal-ilma mormi.