Reoveepuhastuse igapäevases töös kuuleb sageli kahte terminit: nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon. Paljud inimesed, kes on reoveepuhastuses uued, kipuvad need kaks mõistet segamini ajama. Vaatamata nende sarnastele nimedele, mis mõlemad keerlevad tegelase "硝" ümber, mängivad nad reoveepuhastuses tegelikult täiesti erinevaid rolle.
Lihtsamalt öeldes vastutab nitrifikatsioon ammoniaaklämmastiku muutmise eest nitraadiks, denitrifikatsioon aga nitraadi muutmise eest gaasiliseks lämmastiks. Üks on oksüdatsiooniprotsess ja teine redutseerimisprotsess. Need kaks protsessi on nagu teatevõistlus ja ainult siis, kui need on kooskõlastatud, saab reovees sisalduvat lämmastikku tõeliselt eemaldada.
Kui sellest punktist aru saada, muutub erinevate lämmastiku eemaldamise protsesside, nagu A/O, AAO ja oksüdatsioonikraav, taga olev loogika palju selgemaks.
I. Nitrifikatsioon: ammoniaaklämmastiku muutmine nitraadiks
Olmereovees ja paljudes tööstuslikes reovees esineb lämmastikku peamiselt ammoniaaklämmastiku kujul. Kui ammoniaaklämmastik juhitakse otse veekogudesse, võib see kergesti viia eutrofeerumiseni ja avaldada ka toksilist mõju veeorganismidele, näiteks kaladele. Seetõttu peavad reoveepuhastid kõigepealt ammoniaaklämmastiku muundamiseks.
Seda muundamisprotsessi nimetatakse nitrifikatsiooniks.
Nitrifikatsioon on tegelikult mikroorganismide poolt läbiviidav oksüdatsiooniprotsess, mille võib laias laastus jagada kaheks etapiks:
Esimene samm on ammoniaaklämmastiku oksüdeerimine nitritiks
2. etapp: nitrit oksüdeeritakse edasi nitraadiks
Kogu protsess nõuab piisavalt hapnikku, nii et nitrifikatsioon toimub tavaliselt aeroobsetes keskkondades, nagu aeratsioonipaagid või MBR-i biokeemiapaagid.
Selles protsessis osalevad mikroorganismid on tuntud kui nitrifitseerivad bakterid. Need erinevad tavalistest heterotroofsetest bakteritest selle poolest, et kuuluvad autotroofsete bakterite kategooriasse, saades energiat peamiselt anorgaanilistest ainetest. Nende kasvutempo on suhteliselt aeglane ja nad on tundlikud ka keskkonnamuutustele.
See on ka põhjus, miks paljud reoveepuhastid kipuvad talvel kogema nitrifikatsioonivõime langust.
II. Denitrifikatsioon: nitraadi muundamine lämmastikgaasiks
Kuigi nitrifikatsioon on ammoniaaklämmastiku probleemi lahendanud, ei ole lämmastik vees praegusel hetkel päriselt kadunud; see on lihtsalt muutunud ühest vormist teise. Lämmastiku tõeliseks "eemaldamiseks" reoveest tuleb läbida teine etapp - denitrifikatsioon -.
Denitrifikatsioon on redutseerimisprotsess. Anaeroobses keskkonnas kasutavad mikroorganismid nitraadis olevat hapnikku, redutseerides selle järk-järgult lämmastikgaasiks. Reaktsiooni rada on ligikaudu järgmine:
Nitraat → Nitrit → Dilämmastikoksiid → Dilämmastikoksiid → Lämmastik
Lõpuks tekkinud lämmastikgaas (N₂)* paisatakse õhku gaasilisel kujul, seega eemaldatakse reovees sisalduv lämmastik tõeliselt. Mikroorganisme, mis selle protsessi lõpetavad, nimetatakse denitrifitseerivateks bakteriteks. Erinevalt nitrifitseerivatest bakteritest kuuluvad nad heterotroofsete bakterite hulka ja vajavad energiaallikana orgaanilist süsinikku.
See on ka põhjus, miks paljud reoveepuhastid peavad lämmastiku eemaldamisel lisama süsinikuallikaid.
III. Nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni vahel on mitu peamist erinevust
Kui vaatleme neid kahte protsessi koos, avastame, et need on paljudes aspektides diametraalselt vastandlikud.
1. Erinevad hapnikutingimused
Nitrifikatsioon peab toimuma aeroobses keskkonnas, mis nõuab tavaliselt lahustunud hapniku taseme hoidmist umbes 2 mg/l juures.
Denitrifikatsioon nõuab anaeroobset keskkonda, kus lahustunud hapnikku hoitakse alla 0,5 mg/l. Kui hapnikku on liiga palju, eelistavad denitrifitseerivad bakterid nitraadi asemel hapnikku kasutada.
Lihtsamalt öeldes õitseb nitrifikatsioon hapnikus, samas kui hapnik pärsib denitrifikatsiooni.
2. Erinevat tüüpi mikroorganismid
Nitrifikatsiooni teostavad peamiselt nitrifitseerivad bakterid, mille hulka kuuluvad nitrosomonas ja nitrobakterid
Need bakterid kuuluvad autotroofsete bakterite hulka, mis kasvavad aeglaselt ja vajavad pikemat muda vanust.
Denitrifikatsiooni viivad läbi denitrifitseerivad bakterid, mis kuuluvad heterotroofsete bakterite kategooriasse ja millel on suhteliselt kiirem kasvukiirus.
3. Erinevad nõuded süsinikuallikale
Nitrifitseerivad bakterid kasutavad energia saamiseks peamiselt anorgaanilisi aineid ega tugine üldiselt orgaanilistele süsinikuallikatele.
Denitrifitseerivad bakterid vajavad elektronidoonorina orgaanilist süsinikku. Seetõttu, kui reovees saadaolevast orgaanilisest ainest ei piisa, on sageli vaja lisada väliseid süsinikuallikaid, nagu naatriumatsetaat, metanool ja glükoos.
Paljude reoveejaamade töös on ebapiisav süsinikuallikas sageli oluline tegur, mis mõjutab lämmastiku eemaldamise tõhusust.
4. Esinemiskoht on erinev
Tavalistes lämmastiku eemaldamise protsessides on need kaks tavaliselt paigutatud erinevatesse reaktsioonitsoonidesse.
Näiteks A/O või AAO protsessides:
Anoksiline paak - Denitrifikatsioon Aeroobne paak - Nitrifikatsioon
Nitrifikatsiooni teel toodetud nitraat naaseb sisemise retsirkulatsiooni kaudu anoksilisse tsooni, kus denitrifitseerivad bakterid seda edasi muundavad.
5. Erinevad lõpptulemused
Nitrifikatsiooni tulemuseks on ammoniaaklämmastiku vähenemine ja nitraadisisalduse suurenemine
Denitrifikatsiooni tulemus on: nitraadi redutseerimine ja gaasilise lämmastiku tootmine
Teisisõnu saab lämmastik veekogust lahkuda alles pärast denitrifikatsiooni lõppu.
IV. need on tegelikult teatevõistlused
Terviklikust vaatenurgast ei ole nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon kaks sõltumatut protsessi, vaid pigem kaks järjestikust etappi bioloogilises lämmastiku eemaldamises.
Kogu lämmastiku muundamise protsessi võib lihtsalt mõista järgmiselt:
Ammooniumlämmastik → nitritlämmastik → nitraatlämmastik → nitritlämmastik → gaaslämmastik
Nitrifikatsioon vastutab ammoniaaklämmastiku muutmise eest nitraadiks, samas kui denitrifikatsioon vastutab nitraadi redutseerimise eest tagasi lämmastikgaasiks.
Need kaks on omavahel seotud nagu teatevõistlus.
Kui toimub ainult nitrifikatsioon ja puudub denitrifikatsioon, põhjustab vees leiduv nitraat ikkagi eutrofeerumist.
Kui nitrifikatsiooni ei toimu, jääb denitrifikatsiooni jaoks puudu "toorainest".
See on ka põhjus, miks enamik lämmastiku eemaldamise protsesse hõlmab nii aeroobseid kui ka anoksilisi tsoone.
V. Järeldus
Reoveepuhastuse valdkonnas võivad paljud mõisted tunduda sarnased, kuid nende aluseks olev loogika on täiesti erinev.
Nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon on tüüpiline paar.
Üks esineb aeroobses keskkonnas, teine aga anaeroobses keskkonnas;
Üks vastutab ammoniaaklämmastiku oksüdeerimise eest ja teine nitraadi redutseerimise eest;
Ainult siis, kui need kaks on ühendatud, saab moodustada täieliku bioloogilise lämmastiku eemaldamise protsessi.
Olles sellest aru saanud, näeme erinevaid lämmastiku eemaldamise protsesse, nagu A/O, AAO ja oksüdatsioonikraav, et need kõik on optimeeritud ja kombineeritud nende kahe etapi ümber.
Paljud reoveepuhastuse keerulised protsessid loovad lõppkokkuvõttes nendele mikroorganismidele sobiva "töökeskkonna".