Heute möchte ich etwas über Ammoniakstickstoff und Gesamtstickstoff erzählen. Unter normalen Umständen macht Ammoniakstickstoff normalerweise etwa 40 % - 60 % des Gesamtstickstoffs im städtischen häuslichen Abwasser aus. Bei manchen industriellen Abwässern, wie z. B. Abwässern aus der Lebensmittelverarbeitung, pharmazeutischen Abwässern usw., kann der Anteil von Ammoniakstickstoff am Gesamtstickstoff variieren, einige können bis zu 70 % - 80 % betragen und andere können relativ niedrig sein.
Ammoniakstickstoff (NH₄⁺-N) bezieht sich auf Stickstoff in Form von freiem Ammoniak (NH₃) und Ammoniumionen (NH₄⁺) in Wasser. Und der Gesamtstickstoff (TN) umfasst Ammoniakstickstoff, organischen Stickstoff, Nitratstickstoff (NO₃⁻-N) und Nitritstickstoff (NO₂⁻-N).
Ein niedriger Ammoniakstickstoffgehalt im Abwasser, aber ein hoher Gesamtstickstoffgehalt kann folgende Ursachen haben:
1. Anreicherung von Nitratstickstoff
Während des Nitrifikationsprozesses wird Ammoniakstickstoff durch nitrifizierende Bakterien unter aeroben Bedingungen in Nitratstickstoff (einschließlich Nitratstickstoff und Nitritstickstoff) umgewandelt. Unter normalen Umständen wird der erzeugte Nitratstickstoff durch denitrifizierende Bakterien unter anoxischen Bedingungen im anschließenden Denitrifikationsprozess zu Stickstoffgas reduziert und aus dem System ausgetragen, wodurch die Entfernung des gesamten Stickstoffs erreicht wird. Wenn es jedoch ein Problem im Denitrifikationsprozess gibt, wie z. B. die Hemmung der Aktivität denitrifizierender Bakterien, unzureichende anoxische Umgebung, unzureichende Versorgung mit Kohlenstoffquellen usw., kann Nitratstickstoff nicht reibungslos zu Stickstoffgas reduziert werden. Dies führt zu einer kontinuierlichen Anreicherung von Nitratstickstoff im Wasser, sodass der Ammoniakstickstoff am vorderen Ende zwar effektiv in Nitratstickstoff umgewandelt werden kann, der sich im Abwasser als arm an Ammoniakstickstoff bemerkbar macht, der angesammelte Nitratstickstoff jedoch nicht entfernt werden kann. und der Gesamtstickstoffgehalt ist immer noch hoch.
2. Organischer Stickstoff wird nicht effektiv entfernt
Während des Abwasserbehandlungsprozesses muss organischer Stickstoff eine Reihe biochemischer Reaktionen durchlaufen, um in Ammoniakstickstoff umgewandelt und dann durch Nitrifikation und Denitrifikation entfernt zu werden. Wenn die mikrobielle Gemeinschaft, die für den Abbau von organischem Stickstoff verantwortlich ist, während des Behandlungsprozesses nicht reich genug oder aktiv genug ist oder die Behandlungsbedingungen (wie Temperatur, pH-Wert, gelöster Sauerstoff usw.) den Abbau und die Umwandlung von organischem Stickstoff nicht begünstigen Dies kann dazu führen, dass organischer Stickstoff nicht vollständig in Ammoniakstickstoff umgewandelt werden kann.
Beispielsweise kann eine zu niedrige Temperatur die Stoffwechselrate von Mikroorganismen verlangsamen und die Zersetzungsreaktion von organischem Stickstoff unvollständig machen; Ein ungeeigneter pH-Wert kann die Aktivität von Enzymen beeinträchtigen und dadurch den Abbau von organischem Stickstoff durch Mikroorganismen hemmen.
Obwohl Ammoniakstickstoff durch Nitrifikation und Denitrifikation gut entfernt wird, was sich in einem niedrigen Ammoniakstickstoffgehalt im Abwasser äußert, wird der ursprüngliche organische Stickstoff im Abwasser nicht vollständig umgewandelt und entfernt, was zu einem hohen Gesamtstickstoffgehalt führt.
3. Das interne Reflow-Verhältnis ist zu klein
Unter internem Rückfluss versteht man die Rückführung der an Nitratstickstoff reichen Mischflüssigkeit am Ende des aeroben Beckens zum vorderen Ende des anoxischen Beckens, um Nitratstickstoff für die Denitrifikationsreaktion bereitzustellen. Das interne Reflow-Verhältnis bezieht sich auf das Verhältnis der Menge der gemischten Flüssigkeit, die zur Einlassflussrate zurückgeführt wird.
Wenn das interne Reflow-Verhältnis zu klein ist, bedeutet dies, dass nicht genügend Nitratstickstoff in das anoxische Becken zurückgeführt wird. In einer anoxischen Umgebung nutzen denitrifizierende Bakterien Kohlenstoffquellen, um Nitratstickstoff zu Stickstoffgas zu reduzieren. Ein Mangel an ausreichend Nitratstickstoff begrenzt die Denitrifikationsreaktion.
Beispielsweise muss im Normalbetrieb das interne Reflow-Verhältnis 200 % erreichen, um den Bedarf an Nitratstickstoff für die Denitrifizierung zu decken, aber das tatsächliche interne Reflow-Verhältnis beträgt nur 100 % oder sogar weniger. Dies macht es unmöglich, dass die Denitrifikation ihre volle Wirkung entfaltet, und eine große Menge an Nitratstickstoff kann nicht in Stickstoffgas für die Ableitung umgewandelt werden, was zu einem niedrigen Ammoniakstickstoffgehalt im Abwasser führt, aber der Gesamtstickstoff ist immer noch hoch. Wenn das interne Reflow-Verhältnis zwischen 200-400 % gesteuert wird, ist die Denitrifikationseffizienz am besten.
4. Unzureichende Kohlenstoffquelle
Während des Denitrifikationsprozesses benötigen denitrifizierende Bakterien Kohlenstoffquellen als Energie- und Elektronenspender, um Nitratstickstoff zu Stickstoffgas zu reduzieren. Steht im Abwasser nicht genügend Kohlenstoffquelle zur Verfügung, sind der Stoffwechsel und die Reaktion denitrifizierender Bakterien eingeschränkt. Während des Denitrifikationsprozesses werden Nitratstickstoff und Nitritstickstoff in Stickstoffgas (N₂) umgewandelt und entweichen. Wenn dieser Prozess nicht ausreicht, wird der Nitratstickstoff im Gesamtstickstoff nicht effektiv entfernt. Den Betriebsdaten der Kläranlage zufolge wird bei einem Denitrifikationswirkungsgrad von weniger als 80 % die Entfernungswirkung des Gesamtstickstoffs stark reduziert.
Zu den üblichen Kohlenstoffquellen, die von denitrifizierenden Bakterien genutzt werden können, gehören organische Stoffe wie Methanol, Natriumacetat, Glucose usw. Wenn die Menge der im Zufluss selbst enthaltenen organischen Kohlenstoffquelle nicht ausreicht oder diese während des Behandlungsprozesses verbraucht wird, und Wird nicht rechtzeitig eine zusätzliche Kohlenstoffquelle zugeführt, kann die Denitrifikationsreaktion nicht vollständig durchgeführt werden.
Beispielsweise ist das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis (C/N) mancher Industrieabwässer niedrig und die darin enthaltene Kohlenstoffquelle reicht nicht aus, um eine wirksame Denitrifizierung zu unterstützen. Oder während des Behandlungsprozesses wird aufgrund einer unangemessenen Prozessgestaltung die Kohlenstoffquelle am Anfang zu stark verbraucht, und die Kohlenstoffquelle ist knapp, wenn sie die Denitrifikationsstufe erreicht.
Selbst wenn in diesem Fall der Nitrifikationsprozess Ammoniakstickstoff erfolgreich in Nitratstickstoff umwandeln kann, kann der Nitratstickstoff mangels ausreichender Kohlenstoffquelle für die Denitrifikation nicht vollständig entfernt werden, was zu einem geringen Ammoniakstickstoffabfluss, aber einem hohen Gesamtstickstoffgehalt führt.
5. Unsachgemäße Kontrolle des gelösten Sauerstoffs
Gelöster Sauerstoff spielt eine Schlüsselrolle im Nitrifikations- und Denitrifikationsprozess der Abwasserbehandlung. Nitrifikationsreaktionen müssen unter aeroben Bedingungen durchgeführt werden und eine höhere Konzentration an gelöstem Sauerstoff ist erforderlich, damit nitrifizierende Bakterien Ammoniakstickstoff in Nitratstickstoff umwandeln können.
Denitrifikationsreaktionen müssen jedoch in anoxischen Umgebungen durchgeführt werden. Wenn die Konzentration an gelöstem Sauerstoff zu hoch ist, wird die Aktivität denitrifizierender Bakterien gehemmt und der Denitrifikationsprozess gestört.
Wenn beispielsweise im Denitrifikationsbereich der gelöste Sauerstoff aufgrund ungleichmäßiger Belüftung, unzureichender Rührung oder unangemessener Prozessgestaltung zu hoch ist, wird der normale Stoffwechsel denitrifizierender Bakterien und die Aktivität denitrifizierender Enzyme gehemmt. Dadurch kann die Denitrifikationsreaktion nicht effektiv ablaufen. Selbst wenn der Nitrifikationsprozess am Anfang Ammoniakstickstoff erfolgreich in Nitratstickstoff umwandelt, wird der Nitratstickstoff aufgrund der Behinderung der Denitrifikation nicht vollständig in Stickstoffgas umgewandelt und abgeleitet, was zu einem niedrigen Ammoniakstickstoffgehalt im Abwasser, aber einem hohen Gesamtstickstoffgehalt führt.
Durch Anpassen der Prozessparameter, wie z. B. die Kontrolle des gelösten Sauerstoffs (DO) auf unter 0,5 mg/L, um eine Umgebung zu schaffen, die das Wachstum denitrifizierender Bakterien begünstigt. Gleichzeitig kann durch die Erhöhung der Verweilzeit in der anoxischen Zone sichergestellt werden, dass Nitratstickstoff genügend Zeit hat, sich in Stickstoffgas umzuwandeln.
6. Unangemessenes Schlammalter
Unter Schlammalter versteht man die durchschnittliche Verweilzeit des Belebtschlamms im Gesamtsystem. Verschiedene Mikroorganismen haben unterschiedliche Wachstums- und Reproduktionsraten, und auch die Anforderungen an das Schlammalter sind unterschiedlich.
Nitrifizierende Bakterien wachsen langsam und benötigen eine längere Schlammalterung, um ihre Anzahl und Aktivität im System sicherzustellen. Wenn das Schlammalter zu kurz ist, werden die nitrifizierenden Bakterien aus dem System ausgetragen, bevor sie sich vollständig vermehren, und die Nitrifikationsreaktion kann nicht vollständig durchgeführt werden, was zu einer Verringerung der Effizienz der Umwandlung von Ammoniakstickstoff in Nitratstickstoff führt.
Wenn andererseits das Schlammalter zu lang ist, kann dies zu einer Alterung des Schlamms und einem Ungleichgewicht in der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur führen, wodurch die Aktivität und Menge denitrifizierender Bakterien beeinträchtigt werden kann, was zu einer unzureichenden Denitrifikation und einer ineffektiven Umwandlung von Nitratstickstoff in Stickstoff führt Gas, was zu einer schlechten Gesamtwirkung der Stickstoffentfernung führt.
Wenn beispielsweise im tatsächlichen Betrieb das Schlammalter zu kurz eingestellt wird, um eine übermäßige Schlammentfernungseffizienz zu erreichen, kann es zu einer unvollständigen Nitrifikation kommen und es kann zu einer unzureichenden Menge an Ammoniakstickstoff kommen, der in Nitratstickstoff umgewandelt wird. und wenn das Schlammalter übermäßig verlängert wird, um Kosten für die Schlammbehandlung zu sparen, kann dies zu einer Alterung des Schlamms und einer schlechten Denitrifikationswirkung führen.
7. Mängel im Prozessdesign
In einigen Kläranlagen mangelt es möglicherweise an wirksamen Denitrifikationsverbindungen im Prozessablauf, da die Anforderungen an die Gesamtstickstoffentfernung bei der Planung nicht ausreichend eingeschätzt wurden, zum Beispiel:
1. Unzureichendes Volumen der anoxischen Zone: Die anoxische Zone ist der Hauptbereich, in dem die Denitrifikation stattfindet. Wenn sein Volumen zu klein ist, kann es den denitrifizierenden Bakterien nicht genügend Reaktionsraum und Zeit bieten, was zu einer unzureichenden Denitrifikation und einem schlechten Gesamteffekt der Stickstoffentfernung führt.
2. Ungleichmäßiges Rühren in der anoxischen Zone: Ungleichmäßiges Rühren führt zu einer unzureichenden Durchmischung des Abwassers in der anoxischen Zone und einige Bereiche können möglicherweise nicht ausreichend Kohlenstoffquellen und Nitratstickstoff erhalten, was den Denitrifikationseffekt beeinträchtigt.
Für das durch Konstruktionsfehler verursachte Problem der Gesamtstickstoffentfernung ist es möglich, die Hinzufügung oder Änderung der anoxischen Zone sowie die Hinzufügung einer Hydrolyse- und Ansäuerungsvorbehandlung in Betracht zu ziehen, um die Umwandlungsrate der organischen Substanz zu erhöhen und so mehr Kohlenstoffquellen zur Unterstützung des Denitrifizierungsprozesses bereitzustellen.