Механізм процесу нітрифікації-денітрифікації, безкоштовні курсові, реферати, дипломні роботи
Процес трансформації органічного азоту, що надходить з фізіологічними виділеннями людини і тварин, починається в каналізаційній мережі. В результаті аммонификации, що протікає під впливом уробактерій, сечовина -CO (NH2) 2 - основна складова сечі, гідролізується з утворенням вуглекислого амонію.
Вуглекислий амоній дисоціює на аміак, вуглекислий газ і воду
У водному розчині аміак присутній у вигляді гідроксиду амонію
Після ...
повної аммонификации азот присутній в стічної рідини, в залежності від значень рН, у вигляді аміаку (NH3) або іона амонію (NH +). При збільшенні рН концентрація амонію (NH +) знижується, а NH3 збільшується.
Стічна рідина, яка надходить на очисні споруди каналізації, містить розчинні і нерозчинні речовини органічного і мінерального походження. Нерозчинні осідають частинки органічного і мінерального походження затримуються в песколовках і первинних відстійниках. У первинних відстійниках також відбувається зниження азоту органічного, залишок якого в подальшому аммоніфіціруется в аеротенках. З освітленої стічною рідиною в аеротенк направляються легко окислюється органічний субстрат, а також сполуки азоту, фосфору, сірки та ін.
В аеротенках облігатні аероби і факультативні анаероби окислюють легко окислюється живильний субстрат до вугільної кислоти, нестійкого з'єднання, дисоціюють на СО2 і H2 O, при цьому значення БПКполн знижується до 15 мг / л. Якщо фактична тривалість перебування стічної рідини в аеротенках перевищує розрахункову, необхідну для зниження БПКполн до 15мг / л, в спорудженні починає розвиватися процес нітрифікації, тобто окислення азотовмісних сполук.
Окислення азоту здійснюється автотрофними облігатними аеробами, що використовують для синтезу клітини неорганічний вуглець, присутній в стічної рідини у вигляді СО2. HCO і CO. Найбільш легкозасвоюваній формою є бікарбонат. Окислення азоту протікає в дві стадії. На першій стадії утворюються нітрити
У окисленні азоту амонійного до NO беруть участь нітрозні бактерії (Nitrosomonas), що мають грамнегативний заряд. Нітрити відносяться до нестійкого з'єднанню: при нестачі кисню (0,5-1мг / л) вони відновлюються до NO, N2 O, N2 або NH. а при його надлишку (3-4мг / л) нітрити окислюються нітратними бактеріями (Nitrobacter) до нітратів
У будь-якій біологічній системі в ході вилучення забруднень утворюється надлишкова біомаса. На жаль, думки по приросту активного мулу в нитрификаторов розходяться. Одні дослідники вважають, що приріст мулу в нитрификаторов настільки малий, що ним можна знехтувати. Інші дослідники настійно рекомендують визначати приріст з розрахунку 0,15мг мулу на 1 мг окисленого азоту амонійного. У розглянутих далі прикладах приріст мулу в нитрификаторов прийнятий рівним нулю.
На процес нітрифікації істотно впливає температура стічної рідини, початкова концентрація азоту амонійного, розчинений кисень, доза мулу і його зольність. Розрахунок нитрификаторов, як і аеротенках, проводиться на найбільш несприятливий холодний період року. Концентрацію розчиненого кисню можна приймати на рівні 3-4мг / л. Зольність мулу в нитрификаторов в порівнянні з денитрификатори та аеротенків може бути вище на 5-10%.
У денітріфікатори при наявності живильного субстрату і циркулюючого активного мулу, збагаченого нітратами, розвивається процес денітрифікації, тобто відновлення нітратів до елементарного азоту.
В умовах гострого дефіциту кисню (0,1-0,2мг / л) факультативні анаероби здатні використовувати для дихання пов'язаний кисень нітратів. Підтримка активного мулу в підвішеному стані проводиться мішалками. Не допускається перемішування повітрям, так як мікроорганізми активного мулу дуже швидко перебудовуються на використання вільного кисню. У денітріфікатори необхідно підтримувати необхідне співвідношення вуглець і азотовмісних сполук. Це співвідношення повинно бути БПКполн. N-NO3 = 3 ... 6: 1, оптимальним є співвідношення БПКполн. N-NO3 = 4: 1. Процес відновлення азоту нітратного здійснюється факультативними анаеробами. При денітрифікації в результаті розщеплення легко окисляемого субстрату стічна рідина збагачується компонентами вугільної кислоти (СО2. НСО. СО). В якості поживного субстрату в денітріфікатори можуть використовуватися стічна рідина, метанол (СН3 ОН), етанол (С2 Н5 ОН), оцтова кислота (СН 3 СООН) та інші карбонові кислоти. При використанні метанолу він окислюється до елементарних з'єднань, а нітрати відновлюються до N2.
5СН3 ОН + 6 NО = 5 НСО +3 N2 + ОН + 7Н2 Про
Приріст активного мулу в денітріфікатори деякі дослідники рекомендують визначати з розрахунку 0,5 мг активного мулу на 1 мг відновленого азоту нітратів. На наш погляд, це помилкові рекомендації, так як кількість що утворюється біомаси залежить від БПКполн стічної рідини, яка надходить в денітрифікатор.
У розглянутих далі прикладах приріст мулу в денітріфікатори (Пi) ден визначається в залежності від виду органічного субстрату:
- в разі використання метанолу, оцтової кислоти, спиртів і ін. Приріст мулу прийнятий рівним БПКполн надходить стічної рідини - (Пi) ден ≈ (Len) ден
- при використанні стічної води - він визначається за формулою визначення приросту мулу в аеротенках.
Якщо денітрифікатор встановлюється на останній стадії очищення, то після нього передбачається постаератор з тривалістю перебування стічної рідини протягом 0,5 -1 години для отдувки азоту (N2), який, потрапивши у вторинний відстійник, ускладнить осадження активного мулу. Отдувка проводиться повітрям, питома витрата якого складає 0,5 м 3 / м 3 на годину. У постаераторе одночасно з отдувкой азоту відбувається часткове доокисление органічних речовин, що надійшли з денітріфікатори в разі передозування поживного субстрату.
Можливі варіанти видалення азоту зі стічної рідини.
Видалення азоту методом нітрифікації-денітрифікації (по Людзак-Еттінгера) може здійснюватися за трьома схемами (рис.1).
При видаленні зі стічної рідини азоту за схемою «а» денітрифікатор встановлюється на початку. Причому в якості поживного субстрату використовуються забруднення надходить на очистку стічної рідини. У разі нестачі живильного субстрату вводиться штучний субстрат. Якщо кількість поживного субстрату стічної рідини перевищує кількість, необхідну для відновлення надходить в денітрифікатор азоту нітратного, то після денитрификации бажано передбачити аеротенк, в якому БПКполн. стічної рідини буде знижуватися до 15 мг / л. Пристрій нитрификаторов на останній стадії очищення стоків не дозволяє видалити з стічної рідини азот, як в схемі «б». а може лише забезпечити повне окислення азоту амонійного до азоту нітратного. Концентрація N-NO3 в очищеної стічної рідини залежить від ступеня рециркуляції активного мулу: чим вона вища, тим нижче концентрація азоту нітратного.
Застосовуючи технологічну схему «б». в якій денітрифікатор розташований в кінці і застосовується штучний органічний субстрат, зі стічної рідини можна видалити практично весь азот.
Схема «в» відрізняється від схеми «б» тим, що надходить з первинних відстійників стічна рідина ділиться на два потоки: один іде в аеротенк, інший - в денітрифікатор. При високих значеннях БПКполн. освітленої стічної рідини виключається застосування штучного поживного субстрату. Недоліком цієї схеми є присутність в очищеної стічної рідини, що скидається у водойму, азоту амонійного, що надійшов в денітрифікатор з освітленої водою. Його концентрація також залежить від ступеня рециркуляції.
До складу споруд з видалення азоту методом нітрифікації-денітрифікації входять: аеротенки, нітріфікатори, денітріфікатори, постаератори.
Розрахунок споруд з видалення зі стічної рідини азоту зводиться до визначення:
-обсягів аеротенках, нитрификаторов, денітріфікатори, постаератора;
-необхідного обсягу повітря для аеротенках, нитрификаторов і постаератора;
-необхідної кількості поживного субстрату для відновлення окисленої форми азоту (NO) до елементарного (N2);
-сухої речовини і обсягу надлишкового мулу, що утворюється в аеротенках, нитрификаторов, денітріфікторах в результаті вилучення зі стічної рідини органічних забруднень і азоту.
Нижче наводяться алгоритми розрахунку нитрификаторов-денітрифікатори за двома схемами ( «а» і «в»).
Розшифровка буквених позначень, використаних в розрахункових формулах, приведена в алгоритмі розрахунку за схемою «а».
При виконанні курсового проекту в повному обсязі підбір повітродувок проводиться з урахуванням витрати повітря на всі технологічні потреби.
Рис.1. Можливі схеми видалення зі стічної рідини азоту методом нітрифікації-денітрифікації.
1-первинний відстійник; 2-аеротенк; 3-нитрификаторов;
4-денітрифікатор; 5-постаератор; 6-вторинний відстійник;
7-насосна станція циркулюючого активного мулу;
8-циркулює активний мул.