Der Stickstoffkreislauf
Die Entfernung von Stickstoff gehört zu den wichtigsten Schritten der Abwasserbehandlung. Es gibt gesetzlicheNormen, die sich auf die Auswaschung beziehen. Stickstoffkonzentrationen am Ausgang von Anlagen in vielen Ländern. Um diese Konzentrationen einzuhalten, müssen die Nitrifikation und Denitrifikation optimal gesteuert werden.
In Gewässern kann Stickstoff in mineralischer (Ammoniak, Nitrat) oder organischer Form vorkommen. Sein organisches oder ammoniakhaltiges Vorkommen äußert sich in einem Verbrauch Sauerstoff in der natürlichen Umgebung und beeinträchtigt die Lebensbedingungen.
In der Kanalisation durchläuft der Stickstoffkreislauf die verschiedenen Stadien der biogeochemischen Entwicklung der Verbindung. Er führt zur Bildung von gasförmigem Stickstoff (Stickstoff N2) , beginnend mit dem organischen Stickstoff , und weiter über: Ammoniak, Nitrit, Nitrat.
In Kläranlagen kommen verschiedene Formen von Stickstoff vor:
- Nitrit und Nitrat: oxidierter Stickstoff
- nicht oxidierte Formen: Kjeldhal-Stickstoff, der organischen Stickstoff und Ammoniumstickstoff (NH4+) umfasst.
- Ammonifizierbarer organischer Stickstoff
- Refraktärer organischer Stickstoff
Die Messung aller Formen entspricht dem Gesamtstickstoff.
Abwasser besteht im Wesentlichen aus:
- ammonifizierbarer oder refraktärer organischer Stickstoff (in löslicher und teilchenförmiger Form)
- von Ammoniumstickstoff
Ammonifizierbarer organischer Stickstoff
Dies ist die am weitesten verbreitete Form und Ammoniumstickstoff (NH4-H). Es ist diejenige , die im Urin vorkommt.
Das Abwasser , das in eine Kläranlage gelangt , ist enthalten einen großen Anteil an organischemStickstoff (Albumin, Carbamid, etc.). Darüber hinaus ist der von einem Haus freigesetzteStickstoff, Die Konzentration an organischem Ammoniumstickstoff ist etwas höher.
OrganischerStickstoff wird als ammonifizierbar bezeichnet, wenn er sich durch enzymatische Hydrolyse in Ammoniumstickstoffumgewandelt werden kann .
Mit anderen Worten, kann das Verhältnis Ammonifizierbar/Ammoniak von folgenden Faktoren abhängen bestimmten Faktoren wie der Temperatur und der Dauer Inkubationszeit (abhängig von der Länge des Netzes) , da hier die Umwandlung des organischenStickstoffs in NH4-H beginnt.
Während der Behandlung in der Kläranlage geht die Ammonifikation weiter, bis der Großteil des Stickstoffs in NH4-N umgewandelt ist.
Löslicher, teilchenförmiger, refraktärer Stickstoff, der so genannte " harte Stickstoff " .
Der lösliche Refraktärstickstoff ist der biologisch nicht abbaubare Bestandteil des Stickstoffs. Außerdem wird dieser Teil bereits beim Eintritt in die Station nachgewiesen.
Im Übrigen, liegen die Größenordnungen dieses Stickstoffs für ein Standard-Stadtwasser zwischen 1,5 bis 2,5 mg/Liter. Harter oder refraktärerStickstoff in Form von Partikeln hat die gleichen Konzentrationen , wird aber inDieser wird im Schlamm eingefangen.
In einigen Fällen kann die Reihenfolge des löslichen Hart-Stickstoffs größer sein. Dies lässt sich in der Regel durch Rückläufe aus der Schlamm oder ein Netz mit langer Verweildauer.
Zu den Technologien, die sich auf den Gehalt an organischem Hart-Stickstoff auswirken, gibt es Rückläufe aus der thermischen Trocknung.
BiologischeNitrifikation
Es handelt sich um den biologischen Zyklus der Umwandlung von reduziertem Stickstoff in die oxidierte Form Nitrat (NO3-). Und Mikroorganismen spielen in diesem Prozess eine große Rolle.
Die Nitrifikation erfolgt in zwei Schritten:
- die Umwandlung von Ammoniak in Nitrit durch Oxidation
- dann die Entwicklung von Nitrit (NO2-) zu Nitrat (NO3-). Man spricht dann von Nitritation und anschließend von Nitratation.
Die für die Nitrifikation verantwortlichen Mikroorganismen sind Nitrosomonas und Nitrobacter. Diese sind empfindlich und benötigen eine konstante Temperatur (größer oder gleich 12°).
Eine ausreichende Sauerstoffversorgung und eine günstige C/P/N-Zufuhr sind jedoch ebenfalls unerlässlich.
Die maximale Wachstumsrate von nitrifizierenden Bakterien ist deutlich niedriger geringer als die der heterotrophen Bakterien (solche, die sich von kohlenstoffhaltigem Substrat ernähren). In einer Aufbereitungsanlage, steht die Masse der nitrifizierenden Bakterien in direktem Zusammenhang mit der Menge des Substrats, das sie erhält, und der Wassertemperatur. Die Wachstumsgeschwindigkeit der nitrifizierenden Populationen passt sich mehr oder weniger schnell an die zu behandelnde Stickstoffmasse an .
Die biologische Nitrifikation von 1 kg Ammoniumstickstoff:
- benötigt theoretisch 4,2 kg Sauerstoff , von denen 80% in den gebildeten Nitraten enthalten sind,
- geht mit einer Abnahme der Alkalinität einher (ausgleichbar durch 3,9 kg Branntkalk CaO),
- produziert 170 g nitrifizierende Bakterien, was im Vergleich zum Schlamm sehr gering ist. Die Anzahl der Nitrifikanten ist sehr gering, verglichen mit der Schlammproduktion, die durch den Abbau der organischen Kohlenstoffbelastung entsteht.
Zusammenfassendlässt sich sagen, dass eine gute Nitrifikation ohne zusätzliche Chemikalien gewährleistet werden kann, muss man:
- Ammoniak
- Eine Temperatur von mindestens 12°C
- Eine ausreichende natürliche Alkalinität im Rohwasser
- Viel Sauerstoff
- Ausreichend nitrifizierende Bakterien
- pH-Wert zwischen 7,2 und 8,5
BiologischeDenitrifikation
Das Ziel der biologischen Denitrifikation ist die vollständige Entfernung des im Abwasser enthaltenen Stickstoffs . Bei diesem Behandlungsschritt verdunstet der Stickstoff in seiner molekularen Form N2 in die Atmosphäre.
Denitrifikation ist der anaerobe Mechanismus , der ermöglicht es einer großen Anzahl heterotropher Bakterien ihren Energiebedarf aus Nitraten zu decken , wenn es an gelöstem Sauerstoff mangelt.
Einfach ausgedrückt: Da es ihnen an O2 mangelt, fehlt , müssen diese Bakterien den in den Nitraten enthaltenen Sauerstoff zum Atmen verwenden.
Sie atmen Nitrate ein. Und um eine gute Denitrifikation zu gewährleisten, muss daher O2 im zu behandelnden Wasser vermieden werden.
Die Bakterien , die am Denitrifikationszyklus beteiligt sind, sind auch an der Veränderung des Kohlenstoffs beteiligt. Da sie sich “ ausgewogen “ ernähren brauchen sie eine Kohlenstoffquelle , um ihren stickstoffhaltigen Speiseplan zu ergänzen. In den Kläranlagen, werden häufig Methanol oder Essig, um den Mangel an Kohlenstoff auszugleichen.
Einer der weiteren Vorteile bei der Denitrifikation, ist die Rückgewinnung von Alkalinität (ein Teil der Alkalinität, die im Nitrifikationsschritt verloren geht ). In der Tat, sorgt die Denitrifikation für eine Alkalinitätsrückgabe in Höhe von die Hälfte des Verbrauchs, der für die Nitrifikation erforderlich ist. d . h. 1 kg denitrifizierter Nitratstickstoff entspricht der Zugabe von 1,95 kg Branntkalk CaO.
Des Weiteren, ist es interessant, ein Kreislaufsystem einzurichten. in den Wasseraufbereitungsprozess einzubeziehen , um diese Alkalinität wiederzuverwenden.
Zusammenfassendlässt sich sagen, dass eine gute Denitrifikation nur dann gewährleistet werden kann, wenn:
- Nitrate
- Kein Sauerstoff
- Ausreichend denitrifizierende Bakterien
- Eine zusätzliche, leicht assimilierbare Kohlenstoffquelle. (es sollte ein Verhältnis von kohlenstoffhaltiger Verschmutzung BSB5 / NO3- Mindestwert von mehr als 2).
CSB/NTK-Verhältnis
Wie bereits erläutert, ernähren sich die Bakterien ausgewogen. Das CSB/NTK-Verhältnis dient dazu, dieses Gleichgewicht zu messen.
Jedoch, ein niedriges CSB/NTK-Verhältnis hat einen negativen Einfluss auf die Biotransformation vonStickstoff in oxidierten und gasförmigen Stickstoff. Anders ausgedrückt: Diese Art von Abwasser kann keine gute Denitrifikation fördern.
Im Gegensatz dazu, wird ein hohes Verhältnis zu einer vollständigen Assimilation des Stickstoffs führen. aber es wird eine kohlenstoffhaltige Restverschmutzung geben.
Bei kommunalem Abwasser liegt das CSB/NTK-Verhältnis also zwischen 7 und 20. DasbedeutetJe niedriger das Verhältnis , desto mehr Stickstoff muss hinzugefügt werden. eine zusätzliche Kohlenstoffquelle während des Denitrifikationsschritts.
