Hari ini saya ingin berkongsi perkara tentang ammonia nitrogen dan jumlah nitrogen. Dalam keadaan biasa, nitrogen ammonia biasanya menyumbang kira-kira 40% - 60% daripada jumlah nitrogen dalam kumbahan domestik bandar. Bagi sesetengah air sisa industri, seperti air sisa pemprosesan makanan, air sisa farmaseutikal, dsb., perkadaran nitrogen ammonia kepada jumlah nitrogen mungkin berbeza-beza, sesetengah mungkin setinggi 70% - 80%, dan sesetengahnya mungkin agak rendah.
Nitrogen ammonia (NH₄⁺-N) merujuk kepada nitrogen dalam bentuk ammonia bebas (NH₃) dan ion ammonium (NH₄⁺) dalam air. Dan jumlah nitrogen (TN) termasuk nitrogen ammonia, nitrogen organik, nitrogen nitrat (NO₃⁻-N) dan nitrogen nitrit (NO₂⁻-N).
Nitrogen ammonia yang rendah dalam efluen tetapi jumlah nitrogen yang tinggi mungkin disebabkan oleh sebab berikut:
1. Pengumpulan nitrogen nitrat
Semasa proses nitrifikasi, nitrogen ammonia ditukar kepada nitrogen nitrat (termasuk nitrogen nitrat dan nitrogen nitrit) dengan bakteria nitrifikasi dalam keadaan aerobik. Dalam keadaan biasa, nitrogen nitrat yang dijana akan dikurangkan kepada gas nitrogen dan dilepaskan daripada sistem dengan menyahnitrifikasi bakteria di bawah keadaan anoksik dalam proses denitrifikasi berikutnya, dengan itu mencapai penyingkiran jumlah nitrogen. Walau bagaimanapun, jika terdapat masalah dalam proses denitrifikasi, seperti perencatan aktiviti bakteria denitrifikasi, persekitaran anoksik yang tidak mencukupi, bekalan sumber karbon yang tidak mencukupi, dan lain-lain, nitrogen nitrat tidak dapat dikurangkan dengan lancar kepada gas nitrogen. Ini membawa kepada pengumpulan berterusan nitrogen nitrat di dalam air, supaya walaupun nitrogen ammonia di hujung hadapan boleh ditukar dengan berkesan menjadi nitrogen nitrat, yang ditunjukkan sebagai nitrogen ammonia rendah dalam efluen, nitrogen nitrat terkumpul tidak boleh dikeluarkan, dan jumlah kandungan nitrogen masih tinggi.
2. Nitrogen organik tidak dikeluarkan dengan berkesan
Semasa proses rawatan kumbahan, nitrogen organik perlu menjalani satu siri tindak balas biokimia untuk ditukar kepada nitrogen ammonia, dan kemudian dikeluarkan melalui nitrifikasi dan denitrifikasi. Jika komuniti mikrob yang bertanggungjawab untuk penguraian nitrogen organik tidak cukup kaya atau cukup aktif semasa proses rawatan, atau keadaan rawatan (seperti suhu, nilai pH, oksigen terlarut, dll.) tidak kondusif untuk penguraian dan transformasi nitrogen organik , ia boleh menyebabkan ketidakupayaan untuk menukar sepenuhnya nitrogen organik kepada nitrogen ammonia.
Contohnya, suhu yang terlalu rendah boleh melambatkan kadar metabolisme mikroorganisma, menjadikan tindak balas penguraian nitrogen organik tidak lengkap; nilai pH yang tidak sesuai boleh menjejaskan aktiviti enzim, dengan itu menghalang penguraian nitrogen organik oleh mikroorganisma.
Dengan cara ini, walaupun nitrogen ammonia dialihkan dengan baik melalui nitrifikasi dan denitrifikasi, yang ditunjukkan sebagai nitrogen ammonia rendah dalam efluen, nitrogen organik asal dalam kumbahan tidak ditukar dan dibuang sepenuhnya, menghasilkan jumlah kandungan nitrogen yang tinggi.
3. Nisbah aliran semula dalaman terlalu kecil
Pengaliran semula dalaman merujuk kepada pemulangan cecair campuran yang kaya dengan nitrogen nitrat pada hujung kolam aerobik ke hujung hadapan kolam anoksik untuk menyediakan nitrogen nitrat untuk tindak balas denitrifikasi. Nisbah aliran semula dalaman merujuk kepada nisbah jumlah cecair campuran yang dikembalikan kepada kadar aliran masuk.
Jika nisbah pengaliran semula dalaman terlalu kecil, ini bermakna nitrogen nitrat yang dikembalikan ke kolam anoksik tidak mencukupi. Dalam persekitaran anoksik, bakteria denitrifikasi menggunakan sumber karbon untuk mengurangkan nitrogen nitrat kepada gas nitrogen. Kekurangan nitrogen nitrat yang mencukupi akan mengehadkan tindak balas denitrifikasi.
Sebagai contoh, semasa operasi biasa, nisbah aliran semula dalaman perlu mencapai 200% untuk memenuhi permintaan nitrogen nitrat untuk penyahtelan, tetapi nisbah aliran semula dalaman sebenar hanya 100% atau lebih rendah. Ini menjadikannya mustahil untuk denitrifikasi memainkan peranannya sepenuhnya, dan sejumlah besar nitrogen nitrat tidak boleh ditukar menjadi gas nitrogen untuk dilepaskan, mengakibatkan nitrogen ammonia rendah dalam efluen, tetapi jumlah nitrogen masih tinggi. Apabila nisbah aliran semula dalaman dikawal antara 200-400%, kecekapan denitrifikasi adalah yang terbaik.
4. Sumber karbon tidak mencukupi
Semasa proses denitrifikasi, bakteria denitrifikasi memerlukan sumber karbon sebagai tenaga dan penderma elektron untuk mengurangkan nitrogen nitrat kepada gas nitrogen. Jika sumber karbon tidak mencukupi tersedia dalam kumbahan, metabolisme dan tindak balas bakteria denitrifikasi akan terhad. Semasa proses denitrifikasi, nitrogen nitrat dan nitrogen nitrit ditukar kepada gas nitrogen (N₂) dan terlepas. Jika proses ini tidak mencukupi, nitrogen nitrat dalam jumlah nitrogen tidak akan dikeluarkan dengan berkesan. Menurut data operasi loji rawatan kumbahan, apabila kecekapan denitrifikasi kurang daripada 80%, kesan penyingkiran jumlah nitrogen akan dikurangkan dengan banyak.
Sumber karbon biasa yang boleh digunakan oleh bakteria denitrifikasi termasuk bahan organik, seperti metanol, natrium asetat, glukosa, dll. Jika jumlah sumber karbon organik yang terkandung dalam influen itu sendiri tidak mencukupi, atau ia dimakan semasa proses rawatan, dan tiada sumber karbon tambahan ditambah dalam masa, tindak balas denitrifikasi tidak dapat dijalankan sepenuhnya.
Sebagai contoh, nisbah karbon-nitrogen (C/N) bagi sesetengah air sisa industri adalah rendah, dan sumber karbon yang terkandung di dalamnya tidak mencukupi untuk menyokong penyahtelan yang berkesan. Atau semasa proses rawatan, disebabkan reka bentuk proses yang tidak munasabah, sumber karbon digunakan secara berlebihan di bahagian hadapan, dan sumber karbon adalah terhad apabila ia mencapai tahap penyahtelan.
Dalam kes ini, walaupun proses nitrifikasi boleh berjaya menukar nitrogen ammonia kepada nitrogen nitrat, disebabkan kekurangan sumber karbon yang mencukupi untuk penyahtelan, nitrogen nitrat tidak dapat dikeluarkan sepenuhnya, mengakibatkan nitrogen ammonia efluen rendah tetapi jumlah nitrogen yang tinggi.
5. Kawalan oksigen terlarut yang tidak betul
Oksigen terlarut memainkan peranan penting dalam proses nitrifikasi dan denitrifikasi rawatan kumbahan. Tindak balas nitrifikasi perlu dijalankan di bawah keadaan aerobik, dan kepekatan oksigen terlarut yang lebih tinggi diperlukan untuk menyokong bakteria nitrifikasi untuk menukar nitrogen ammonia kepada nitrogen nitrat.
Walau bagaimanapun, tindak balas denitrifikasi perlu dilakukan dalam persekitaran anoksik. Jika kepekatan oksigen terlarut terlalu tinggi, ia akan merencatkan aktiviti bakteria denitrifikasi dan mengganggu proses denitrifikasi.
Sebagai contoh, di kawasan penyahtindahan, jika oksigen terlarut terlalu tinggi disebabkan oleh pengudaraan yang tidak sekata, pengacauan yang tidak mencukupi atau reka bentuk proses yang tidak munasabah, metabolisme normal bakteria penyahnitrifan dan aktiviti enzim penyahtintrifikasi akan dihalang. Ini akan menjadikan tindak balas denitrifikasi tidak dapat diteruskan dengan berkesan. Walaupun proses nitrifikasi bahagian hadapan berjaya menukarkan nitrogen ammonia kepada nitrogen nitrat, nitrogen nitrat tidak akan ditukar sepenuhnya kepada gas nitrogen dan dilepaskan kerana halangan penyahhidratan, mengakibatkan nitrogen ammonia rendah dalam efluen tetapi jumlah nitrogen yang tinggi.
Dengan melaraskan parameter proses, seperti mengawal oksigen terlarut (DO) di bawah 0.5mg/L, untuk mewujudkan persekitaran yang lebih kondusif kepada pertumbuhan bakteria denitrifikasi. Pada masa yang sama, dengan meningkatkan masa tinggal di zon anoksik, dapat dipastikan bahawa nitrogen nitrat mempunyai masa yang mencukupi untuk ditukar menjadi gas nitrogen.
6. Umur enap cemar yang tidak sesuai
Umur enapcemar merujuk kepada purata masa tinggal enapcemar diaktifkan dalam keseluruhan sistem. Mikroorganisma yang berbeza mempunyai kadar pertumbuhan dan pembiakan yang berbeza, dan keperluan untuk umur enapcemar juga berbeza.
Bakteria nitrifikasi tumbuh dengan perlahan dan memerlukan umur enap cemar yang lebih lama untuk memastikan bilangan dan aktivitinya dalam sistem. Jika umur enap cemar terlalu pendek, bakteria nitrifikasi akan dilepaskan daripada sistem sebelum ia dihasilkan semula sepenuhnya, dan tindak balas nitrifikasi tidak dapat dijalankan sepenuhnya, mengakibatkan penurunan dalam kecekapan menukar nitrogen ammonia kepada nitrogen nitrat.
Sebaliknya, jika umur enap cemar terlalu lama, ia boleh menyebabkan penuaan enap cemar dan ketidakseimbangan struktur komuniti mikrob, di mana aktiviti dan kuantiti bakteria denitrifikasi mungkin terjejas, mengakibatkan denitrifikasi yang tidak mencukupi dan penukaran nitrogen nitrat kepada nitrogen yang tidak berkesan. gas, mengakibatkan kesan penyingkiran nitrogen yang lemah.
Sebagai contoh, dalam operasi sebenar, jika umur enapcemar ditetapkan terlalu singkat untuk mengejar kecekapan penyingkiran enapcemar yang berlebihan, nitrifikasi yang tidak lengkap mungkin berlaku dan jumlah nitrogen ammonia yang tidak mencukupi yang ditukar kepada nitrogen nitrat mungkin berlaku; dan jika umur enap cemar dilanjutkan secara berlebihan untuk menjimatkan kos rawatan enap cemar, ia boleh menyebabkan penuaan enap cemar dan kesan denitrifikasi yang lemah.
7. Kecacatan reka bentuk proses
Sesetengah loji rawatan kumbahan mungkin kekurangan pautan denitrifikasi yang berkesan dalam aliran proses kerana anggaran keperluan yang tidak mencukupi untuk penyingkiran jumlah nitrogen semasa reka bentuk, contohnya:
1. Isipadu zon anoksik yang tidak mencukupi: Zon anoksik ialah kawasan utama di mana denitrifikasi berlaku. Jika isipadunya terlalu kecil, ia tidak dapat menyediakan ruang dan masa tindak balas yang mencukupi untuk bakteria denitrifikasi, mengakibatkan denitrifikasi tidak mencukupi dan kesan penyingkiran jumlah nitrogen yang lemah.
2. Kacau tidak sekata dalam zon anoksik: Kacau tidak sekata akan menyebabkan pencampuran kumbahan yang tidak mencukupi dalam zon anoksik, dan sesetengah kawasan mungkin tidak dapat memperoleh sumber karbon dan nitrogen nitrat yang mencukupi, menjejaskan kesan denitrifikasi.
Untuk jumlah masalah penyingkiran nitrogen yang disebabkan oleh kecacatan reka bentuk, adalah mungkin untuk mempertimbangkan untuk menambah atau mengubah suai zon anoksik dan menambah prarawatan hidrolisis dan pengasidan untuk meningkatkan kadar penukaran bahan organik, dengan itu menyediakan lebih banyak sumber karbon untuk menyokong proses penyahtelan.