„Stickstoff“ ist derzeit ein wichtiges Thema, an dem man in der Abwasseraufbereitungsindustrie nicht vorbeikommt. Viele Betreiber von Kläranlagen widmen Stickstoff die größte Aufmerksamkeit, weitaus mehr als CSB und Phosphor, da seine Entfernung am schwierigsten ist. Während des Betriebsprozesses überwachen sie täglich diese Stickstoffindikatoren: Ammoniakstickstoff, Gesamtstickstoff, Nitratstickstoff und Nitritstickstoff.
Aber wenn man plötzlich fragt: Wie viele Arten von Stickstoff gibt es im Abwasser? Wie ist ihre Beziehung?
Viele Menschen sind möglicherweise tatsächlich für einen Moment überrascht. Die meisten Menschen haben nur ein gutes Verständnis von „Ammoniakstickstoff, Gesamtstickstoff“ und sind sich über die Beziehung zwischen anderen Stickstoffarten nicht im Klaren. Listen Sie die Stickstoffindikatoren auf, mit denen wir bei der Abwasserbehandlung in Kontakt kommen können, einschließlich Ammoniakstickstoff, Gesamtstickstoff, organischer Stickstoff, anorganischer Stickstoff, Nitratstickstoff, Nitritstickstoff und Kjeldahl-Stickstoff.
Bei so vielen Stickstoffindikatoren sind die Beziehungen zwischen wer mit wem interagiert, wer mit wem interagiert und wer wen einbezieht, komplex. Tatsächlich ist Stickstoff kein einfacher Stoff im Abwasser, sondern ein sich ständig veränderndes Familiensystem. Betrachtet man die Abwasseraufbereitung als eine Reise, so erlebt auch der Stickstoff im Abwasser ein „Eigenleben“. Heute werden wir in diesem Artikel die komplizierten Zusammenhänge klären.
Der Stickstoff im Abwasser lässt sich eigentlich in zwei Kategorien einteilen
Aus einer breiten Klassifizierungsperspektive wird Stickstoff im Abwasser hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt:
organischer Stickstoff
anorganischer Stickstoff
Das Verständnis dieser beiden Stickstoffarten ist der erste Schritt zum Verständnis der Stickstoffformen im Abwasser.
Lassen Sie uns zunächst über organischen Stickstoff sprechen. Vereinfacht ausgedrückt ist organischer Stickstoff der in organischer Substanz verborgene Stickstoff
Zum Beispiel
Protein
Aminosäure
Harnstoff
organisches Amin
Peptidverbindungen
Nitroverbindungen
Diese Stoffe kommen sehr häufig in häuslichen Abwässern, Lebensmittelabwässern und Aquakulturabwässern vor.
Beispielsweise enthalten ein Stück Fleisch, eine Schüssel mit Reisresten, Gemüsewaschwasser und menschliche Exkremente große Mengen organischen Stickstoffs.
Und eine andere Art ist: anorganischer Stickstoff
Es gibt drei Hauptformen von anorganischem Stickstoff im Abwasser:
Ammoniakstickstoff
Nitritstickstoff
Nitratstickstoff
Diese drei Arten von Stickstoff sind die wichtigsten Formen im Abwasserbehandlungsprozess. Oftmals konzentrieren sich die von uns getesteten Indikatoren tatsächlich auf diese drei Arten von Stickstoff.
Organischer Stickstoff: die „ursprüngliche Form“ von Stickstoff
Zu Beginn des Eintritts in die Kläranlage ist der größte Teil des Stickstoffs tatsächlich organischer Stickstoff.
Denn häusliches Abwasser selbst ist mit verschiedenen organischen Verbindungen gefüllt.
Diese organischen Stickstoffverbindungen werden nicht direkt entfernt, sondern durchlaufen zunächst einen Prozess: die Ammonifikation
Einfach ausgedrückt zersetzen Mikroorganismen organisches Material.
Bei diesem Prozess werden Substanzen wie Proteine und Aminosäuren nach und nach abgebaut, wodurch letztendlich eine sehr bekannte Substanz freigesetzt wird: Ammoniakstickstoff. Daher kommt es in Abwasseraufbereitungssystemen häufig zu einer Situation, in der der Ammoniakstickstoff nicht abnimmt, sondern zunimmt. Viele unerfahrene Bediener werden beim Anblick dieser Daten sehr nervös sein und denken, dass das System ein Problem hat. Eigentlich ist es unnötig, manchmal liegt es einfach daran, dass der organische Stickstoff im System zersetzt wird.
Mit anderen Worten, organischer Stickstoff wandelt sich in Ammoniakstickstoff um. ,
Ammoniakstickstoff (NH ∝ - N): der bekannteste Indikator für Kläranlagen
Wenn Stickstoff im Abwasser einen „Protagonisten“ hat, muss es Ammoniakstickstoff sein. Denn fast alle Kläranlagen werden sich auf diesen Indikator konzentrieren. Es gibt zwei Gründe, warum Ammoniakstickstoff wichtig ist.
Ein Grund dafür ist, dass es erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt hat. Nach dem Eintritt ins Wasser verbraucht Ammoniakstickstoff große Mengen gelösten Sauerstoffs und kann auch für Fische giftig sein.
Ein weiterer Grund ist, dass Ammoniakstickstoff der Ausgangspunkt der Denitrifikationsreaktion ist.
In biologischen Aufbereitungssystemen wird Ammoniakstickstoff von einer speziellen Art von Bakterien, den sogenannten nitrifizierenden Bakterien, genutzt
Unter aeroben Bedingungen oxidieren nitrifizierende Bakterien allmählich Ammoniakstickstoff. Allerdings ist dieser Prozess nicht in einem Schritt abgeschlossen. Aber es ist ein zwei-stufiger Prozess.
Nitritstickstoff (NO ₂⁻ - N): die „Zwischenstation“ im Denitrifikationsprozess
Das erste Produkt der Ammoniak-Stickstoff-Oxidation ist Nitritstickstoff, der in vielen Kläranlagen tatsächlich instabil ist. Denn einmal gebildet, oxidiert es meist schnell weiter.
In einigen Fällen kann es jedoch zu einem plötzlichen Anstieg des Nitritstickstoffs kommen.
Zum Beispiel
Das Nitrifikationssystem ist beeinträchtigt
Unzureichend gelöster Sauerstoff
Temperaturänderung
Instabiles Schlammalter
Zu diesem Zeitpunkt kann sich Nitritstickstoff im System ansammeln.
Nitritstickstoff hat eine Eigenschaft: Er ist giftiger als Ammoniakstickstoff.
Eine zu hohe Konzentration kann nicht nur Mikroorganismen beeinträchtigen, sondern auch Auswirkungen auf die Abwasserqualität haben.
So viele Bediener sind nervös, wenn sie einen Anstieg des Nitritstickstoffs feststellen.
Nitratstickstoff (NO ∝⁻ - N): der letzte Schritt der Denitrifikation
Im zweiten Schritt der Nitrifikationsreaktion wird Nitritstickstoff weiter oxidiert.
Endgültige Bildung: Nitratstickstoff
Dieser Prozess erfordert auch Sauerstoff und die Beteiligung einer anderen Art von Bakterien.
Wenn das System stabil läuft, wird der größte Teil des Ammoniakstickstoffs schließlich in Nitratstickstoff umgewandelt.
Aber die Sache ist noch nicht erledigt. Wenn es hier aufhört, verbleibt weiterhin Stickstoff im Wasser.
Die Kläranlage braucht also noch einen weiteren Schritt: die Denitrifikation.
Unter hypoxischen Bedingungen reduzieren denitrifizierende Bakterien allmählich den Nitratstickstoff.
Schließlich entsteht ein Gas: Stickstoff
Stickstoff wird aus dem Wasser freigesetzt und gelangt wieder in die Luft.
An diesem Punkt ist der Stickstoff wirklich entfernt.
Der Gesamtstickstoff (TN) ist eigentlich eine große Sammlung der Stickstofffamilie
Im Online-Überwachungssystem vor der Abwasserbehandlung ist die Gesamtstickstoffüberwachung nun ein fester Bestandteil, der nicht vom Blitz getroffen werden kann, was ihre Bedeutung unterstreicht. Viele Menschen fühlen sich möglicherweise etwas abstrakt, wenn sie zum ersten Mal auf diesen Indikator stoßen. Es ist eigentlich ganz einfach zu verstehen. Gesamtstickstoff ist die Summe aller Stickstoffformen:
organischer Stickstoff
Ammoniakstickstoff
Nitritstickstoff
Nitratstickstoff
Zusammen bilden sie den Gesamtstickstoffgehalt im Wasser. Manchmal ist der Ammoniak-Stickstoff in einem System bereits sehr niedrig, aber der Gesamtstickstoff ist immer noch hoch.
Der Grund liegt häufig darin, dass Nitratstickstoff nicht weiter entfernt wurde. Dies ist auch der Grund, warum viele Kläranlagen Denitrifikationsanlagen installieren müssen.
Vom organischen Stickstoff zum Stickstoff: Eine komplette Reise
Wenn man den Prozess der Stickstoffveränderung im Abwasser als Verlauf aufträgt, sähe er ungefähr wie folgt aus:
Dieser Weg wird eigentlich oft als biologischer Denitrifikationsprozess bezeichnet.
Scheinbar ein einfacher Weg, dahinter verbirgt sich ein komplexes Projekt, das durch die Zusammenarbeit unzähliger Mikroorganismen umgesetzt wird.
Jede Stufe erfordert geeignete Umgebungsbedingungen.
gelöster Sauerstoff
Temperatur
Kohlenstoffquelle
Schlammalter
Diese Faktoren werden alle diese „Stickstoffreise“ beeinflussen.
Abschließend
In der Abwasserbehandlung ist „Stickstoff“ kein einfacher Indikator. Es ist eher eine sich ständig verändernde Kette.
Von Stickstoff in organischem Material über Ammoniakstickstoff, dann zu Nitratstickstoff und schließlich zu Stickstoffgas, das in die Luft zurückkehrt.
Der gesamte Prozess ist eigentlich ein mikrobiell dominierter Zyklus.
Wenn wir diese verschiedenen Formen von Stickstoff wirklich verstehen, wird es einfacher, viele Phänomene in Abwasseraufbereitungssystemen zu verstehen.
Zum Beispiel
Warum steigt der Ammoniakstickstoff plötzlich an?
Warum reichert sich Nitrit an?
Warum ist es immer schwierig, den Standard für den Gesamtstickstoff zu erfüllen?
Die Antworten auf viele betriebliche Probleme liegen tatsächlich in diesen „Stickstoffveränderungen“ verborgen.