Usuwanie Azotu Amonowego: Metody i Znaczenie
- Szczegóły
Obniżenie ilości substancji biogennych odprowadzanych do środowiska naturalnego w ściekach oczyszczonych jest najważniejszym zadaniem oczyszczalni ścieków. Azot, jako związek biogenny, jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania żywych organizmów. Znaczne ilości azotu znajdują się w ściekach komunalnych, głównie w postaci mocznika, który w sieci kanalizacyjnej ulega przekształceniu w postać amonową.
Wprowadzanie nadmiernej ilości azotu do wód powierzchniowych ze ściekami prowadzi do obniżenia ilości dostępnego w odbiorniku tlenu w wyniku utleniania azotu do azotynów i azotanów w procesie nitryfikacji. Zachodzące wskutek procesów mikrobiologicznych utlenianie azotu powoduje zakłócenie równowagi w środowisku wodnym i wywołuje deficyt tlenowy. Zanikają naturalne warunki do samooczyszczania się zbiorników wodnych, co w skrajnym wypadku prowadzi do śnięcia ryb.
Innym ważnym problemem jest „przenawożenie” odbiornika, szczególnie jezior, gdzie substancje biogenne powodują gwałtowny wzrost roślin i zarastanie akwenu. Dlatego tak ważne jest usunięcie ze ścieków azotu i fosforu, będących czynnikami wpływającymi w znacznym stopniu na proces eutrofizacji wód. Ponieważ do wzrostu biomasy jest potrzebny równocześnie azot i fosfor, obniżenie stężenia jednego z nich limituje działanie drugiego.
Zatrucie wód związkami azotu wpływa również na problemy z wodą ujmowaną i uzdatnianą do celów spożywczych, ponieważ woda wodociągowa skażona związkami azotu stanowi problem dezynfekcyjny. Związki azotu reagują z chlorem używanym do dezynfekcji, powstają wówczas związki pochodne amin, które mają właściwości rakotwórcze. Podobnie azotany w wodzie przeznaczonej do spożycia są bardzo niebezpieczne dla zdrowia, w szczególności dla zdrowia dzieci. Wprowadzenie większej ilości azotanów do organizmu człowieka może być przyczyną methemoglobinemii, czyli choroby której skutkiem jest utrata zdolności hemoglobiny do transportu tlenu.
Formy azotu w ściekach
Azot dopływający w ściekach do oczyszczalni znajduje się w formie związków organicznych lub nieorganicznych. Azot w ściekach występuje najczęściej w formie amoniaku (ok. 50% azotu w ściekach) oraz jako azot organiczny (ok. 40-50% azotu w ściekach). Ogólny azot nieutleniony w ściekach oznacza się jako TKN (czyli całkowity azot Kjeldahla), a jego „częściami składowymi” są zarówno azot amonowy, jak i azot występujący w postaci różnych połączeń organicznych. W analityce wody i ścieków wykorzystuje się również pojęcie azotu ogólnego, który stanowi połączenie azotu Kjeldahla oraz azotu azotynowego i azotanowego.
Przeczytaj także: Jak Działa Filtr Powietrza?
Biologiczne metody usuwania azotu
Najczęściej do usuwania azotu metodami biologicznymi wykorzystuje się hodowle glonów oraz osad czynny w reaktorach biologicznych oczyszczalni ścieków. Niestety, hodowla glonów nie jest procesem, który umożliwia wysokoefektywną redukcję azotu. Należy również podkreślić, że wykorzystanie związków azotowych w procesach wzrostu mikroorganizmów osadu czynnego w reaktorach oczyszczalni ścieków nie jest pełne. Nadwyżkę azotu usuwa się ze ścieków w postaci gazowej.
Proces biologicznego usuwania azotu przebiega w etapach. Na początku organiczne związki azotu są przekształcane do amoniaku i soli amonowych (często już w sieci kanalizacyjnej). Następnie w warunkach tlenowych zachodzą procesy utleniania organicznych związków węgla (BZT5) do substratów mineralnych, a związki amonowe (NH4+-N) są utleniane do azotynów (NO2--N) i azotanów (NO3--N) w procesie nitryfikacji. Często podkreśla się, że nitryfikacja pozwala na przejście szkodliwych związków amonowych w azotany, czyli produkt, który jest „lepiej tolerowany” przez środowisko.
Proces nitryfikacji przebiega dwustopniowo, z wykorzystaniem dwóch grup bakterii autotroficznych (samożywnych). Pierwszy typ bakterii w warunkach tlenowych utlenia azot amonowy do azotu azotanowego (bakterie określane w literaturze jako AOB - ammonia oxidizing bacteria lub nitrozobakterie), drugi typ bakterii utlenia azotyny do azotanów (bakterie określane w literaturze jako NOB - ammonia oxidizing bacteria lub nitrobakterie).
Po procesie nitryfikacji ostatnim etapem usuwania azotu ze ścieków jest denitryfikacja. W wyniku denitryfikacji azotany i azotyny redukowane są do azotu cząsteczkowego i w postaci gazu usuwane z układu do atmosfery. Reakcja jest prowadzona w warunkach beztlenowych. Proces denitryfikacji jest prowadzony z udziałem bakterii heterotroficznych (cudzożywnych) z rodzaju: Achrombacter, Aerobacter, Bacillus, Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas celsis.
Na proces nitryfikacji i denitryfikacji ma wpływ bardzo wiele czynników. Usuwanie azotu jest uzależnione od ilości dostępnych w ściekach związków organicznych w ściekach, a także temperatury prowadzenia procesu, pH czy zasadowości. W ramach biologicznego usuwania azotu w reaktorach biologicznych z osadem czynnym efektywność procesu eksploatator reguluje stężeniem tlenu w strefie nitryfikacji, wiekiem osadu i recyrkulacją wewnętrzną (z nitryfikacji do denitryfikacji).
Przeczytaj także: Chlorki w Ściekach: Metody Usuwania
Usuwanie amoniaku z wody pitnej
Amoniak może mieć bardzo niekorzystny wpływ na jakość wody z własnego ujęcia. Woda, która nadaje się do picia, zgodnie z odpowiednim rozporządzeniem Ministra Zdrowia może maksymalnie zawierać 0,5 mgNH4+/dm3. Amoniakiem nazywamy taką substancję, która jest gazem. To czy jest gazem, czy w formie rozpuszczonej zależy od odczynu pH i temperatury wody. Odczyn wody naturalnej, temperatura wody ujmowanej zwykle sprawia, że amoniaku jest ok. 5%, nie więcej. Dlatego tak naprawdę walczymy z jonem amonowym.
Jedną z metod obniżania zawartości jonu amonowego jest wymiana jonowa na kationitach, pracujących w cyklu sodowym (kationy usuwane z wody są wymieniane na jony sodu). Oczywiście podczas wymiany jonowej twardość wody może zostać właściwie całkowicie usunięta, z tego względu stosuje się układy, w których filtracji przez wymienniki jonowe poddaje się tylko wydzielony strumień wody.
Przykładowe rozwiązania filtracyjne
Seria Ecoperla Multitower obejmuje trzy urządzenia w różnych rozmiarach, których dobór zależy od oczekiwanej wydajności, a także ilości zanieczyszczeń obecnych w wodzie. Specjalnie dobrana mieszanka filtracyjna oczyści wodę z nadmiaru żelaza, manganu, substancji organicznych i amoniaku, a dodatkowo zredukuje twardość wody i poprawi jej barwę.
Alternatywa dla dwuczęściowej stacji wielofunkcyjnej to urządzenie Ecoperla Multicab. Kompaktowa stacja wielofunkcyjna ma niewielkie wymiary, a wszystkie elementy są umieszczone w zgrabnej, designerskiej obudowie. Urządzenia tego typu obsługuje się równie łatwo, co zmiękczacze wody, a samo złoże jest regenerowane za pomocą roztworu solanki.
Cristal Right 100 to złoże zeolitowe, które usuwa azot amonowy i jednocześnie obniża twardość wody. Może również usunąć żelazo i mangan.
Przeczytaj także: Metody odmanganiania wody
Tabela. Dopuszczalne stężenia jonu amonowego w wodzie pitnej
| Związek | Dopuszczalne stężenie |
|---|---|
| Jon amonowy (NH4+) | 0,5 mg/dm3 |
| Azot amonowy (N-NH4+) | 0,38 mg/dm3 |
Usuwanie amoniaku z wody użytkowej nie jest trudne i może się odbywać na trzy różne sposoby. Najskuteczniejsza metoda filtracji to w tym przypadku wymiana jonowa.
tags: #usuwanie #azotu #amonowego #metody
