Sem stendur er „köfnunarefni“ mikilvægt efni sem ekki er hægt að komast hjá í skólphreinsunariðnaðinum. Margir rekstraraðilar skólphreinsistöðva gefa köfnunarefni mesta athygli, mun hærra en COD og fosfór, því erfiðleikar við að fjarlægja það eru mestir. Meðan á vinnsluferlinu stendur fylgjast þeir með þessum köfnunarefnisvísum á hverjum degi: ammoníak köfnunarefni, heildarköfnunarefni, nítrat köfnunarefni og nítrít köfnunarefni.
En ef allt í einu er spurt: Hversu margar tegundir af köfnunarefni eru í skólpi? Hvert er samband þeirra?
Margir geta í raun verið hissa í smá stund. Flestir hafa aðeins góðan skilning á "ammoníak köfnunarefni, heildarköfnunarefni", og er ekki ljóst um tengsl annarra tegunda köfnunarefnis. Skráðu köfnunarefnisvísana sem við getum komist í snertingu við í skólphreinsun, þar á meðal ammoníak köfnunarefni, heildarköfnunarefni, lífrænt köfnunarefni, ólífrænt köfnunarefni, nítrat köfnunarefni, nítrít köfnunarefni og Kjeldahl köfnunarefni,
Með svo mörgum köfnunarefnisvísum eru tengslin milli þess hver hefur samskipti við hvern, hver hefur samskipti við hvern og hver hefur hvern í för með sér flókin. Í raun er köfnunarefni ekki einfalt efni í frárennslisvatni heldur fjölskyldukerfi sem breytist stöðugt. Ef litið er á skólphreinsun sem ferðalag, þá er köfnunarefnið í skólpi líka að upplifa sitt eigið „líf“. Í dag í þessari grein munum við raða út flóknum samböndum sem taka þátt.
Köfnunarefninu í skólpi má í raun skipta í tvo flokka
Frá víðtæku flokkunarsjónarhorni er köfnunarefni í frárennsli aðallega skipt í tvo flokka:
lífrænt köfnunarefni
ólífrænt köfnunarefni
Að skilja þessar tvær tegundir köfnunarefnis er fyrsta skrefið í að skilja form köfnunarefnis í frárennsli.
Við skulum tala um lífrænt köfnunarefni fyrst. Einfaldlega sagt, lífrænt köfnunarefni er köfnunarefnið sem er falið í lífrænu efni
til dæmis
prótein
amínósýru
þvagefni
lífrænt amín
Peptíðsambönd
Nítró efnasambönd
Þessi efni eru mjög algeng í skólpi heimilisins, matvælaafrennsli og frárennsli fiskeldis.
Til dæmis inniheldur kjötstykki, skál af afgangi af hrísgrjónum, grænmetisþvottavatn og saur úr mönnum mikið magn af lífrænu köfnunarefni.
Og önnur tegund er: ólífrænt köfnunarefni
Það eru þrjár megingerðir ólífræns köfnunarefnis í frárennsli:
ammoníak köfnunarefni
Nítrít köfnunarefni
Nítrat köfnunarefni
Þessar þrjár tegundir köfnunarefnis eru nauðsynlegustu formin í skólphreinsunarferlinu. Margir sinnum eru vísbendingar sem við prófum í raun miðuð við þessar þrjár tegundir köfnunarefnis.
Lífrænt köfnunarefni: „frumstæða form“ köfnunarefnis
Í upphafi inngöngu í skólphreinsistöðina er megnið af köfnunarefninu í raun lífrænt köfnunarefni.
Vegna þess að innlend skólp sjálft er fyllt með ýmsum lífrænum efnasamböndum.
Þessi lífrænu köfnunarefnissambönd verða ekki fjarlægð beint, þau munu fyrst gangast undir ferli: ammonification
Einfaldlega sagt, örverur brjóta niður lífræn efni.
Við þetta ferli brotna efni eins og prótein og amínósýrur niður smám saman og losar að lokum mjög kunnuglegt efni: ammoníak köfnunarefni. Því í skólphreinsikerfi er algengt að sjá aðstæður þar sem ammoníak köfnunarefni minnkar ekki heldur eykst. Margir nýliðar verða mjög stressaðir þegar þeir sjá þessi gögn og halda að kerfið eigi við vandamál að stríða. Reyndar er það óþarfi, stundum er það bara vegna þess að lífræna köfnunarefnið í kerfinu er að brotna niður.
Með öðrum orðum, lífrænt köfnunarefni er að breytast í ammoníak köfnunarefni. ,
Ammoníak köfnunarefni (NH ∝ - N): þekktasti vísirinn fyrir skólphreinsistöðvar
Ef köfnunarefni í skólpi hefur „söguhetju“ hlýtur það að vera ammoníak köfnunarefni. Vegna þess að næstum allar skólphreinsistöðvar munu einbeita sér að þessum vísi. Það eru tvær ástæður fyrir því að ammoníak köfnunarefni er mikilvægt.
Ein ástæðan er sú að það hefur veruleg áhrif á umhverfið. Eftir að ammoníak köfnunarefni hefur farið í vatnið eyðir miklu magni af uppleystu súrefni og getur einnig verið eitrað fiskum.
Önnur ástæða er sú að ammoníak köfnunarefni er upphafspunktur denitrification viðbragða.
Í líffræðilegum meðhöndlunarkerfum er ammoníak köfnunarefni nýtt af sérstakri gerð baktería sem kallast nítrandi bakteríur
Við loftháðar aðstæður munu nítrandi bakteríur smám saman oxa ammoníak köfnunarefni. Hins vegar er þessu ferli ekki lokið í einu skrefi. En þetta er tveggja-þrepa ferli.
Nítrít köfnunarefni (NO ₂⁻ - N): „millistöðin“ í afnítrunarferlinu
Fyrsta afurð ammoníak köfnunarefnisoxunar er nítrít köfnunarefni, sem er í raun óstöðugt í mörgum skólphreinsistöðvum. Vegna þess að þegar það hefur myndast heldur það venjulega áfram að oxast hratt.
En í sumum tilfellum getur nítrít köfnunarefni skyndilega aukist.
til dæmis
Nitrunarkerfið hefur áhrif
Ófullnægjandi uppleyst súrefni
hitabreyting
Óstöðugur seyrualdur
Á þessum tímapunkti getur nítrít köfnunarefni safnast fyrir í kerfinu.
Nítrít köfnunarefni hefur einkenni: það er eitraðra en ammoníak köfnunarefni.
Ef styrkurinn er of hár getur það ekki aðeins haft áhrif á örverur heldur einnig áhrif á gæði frárennslis.
Svo margir rekstraraðilar finna fyrir kvíða þegar þeir sjá aukningu á nítrít köfnunarefni.
Nítratköfnunarefni (NO ∝⁻ - N): lokaskref nítrunar
Í öðru skrefi nítrunarviðbragða mun nítrítköfnunarefni halda áfram að oxast.
Lokamyndun: nítrat köfnunarefni
Þetta ferli krefst einnig súrefnis og þátttöku annarrar tegundar baktería.
Þegar kerfið gengur stöðugt mun mest af ammoníak köfnunarefninu að lokum breytast í nítrat köfnunarefni.
En málinu er ekki lokið enn. Ef það hættir hér verður köfnunarefni enn eftir í vatninu.
Þannig að skólphreinsistöðin þarf enn eitt skrefið í viðbót: denitrification.
Við súrefnisskortsaðstæður minnka nítrunargerlar smám saman nítratköfnunarefni.
Að lokum mynda gas: köfnunarefni
Köfnunarefni losnar úr vatni og fer aftur í loftið.
Á þessum tímapunkti er köfnunarefni sannarlega fjarlægt.
Heildarköfnunarefni (TN) er í raun stórt safn köfnunarefnisfjölskyldu
Í netvöktunarkerfinu fyrir skólphreinsun er heildarköfnunarefnisvöktun nú fastur liður sem ekki verður fyrir eldingu, sem gefur til kynna mikilvægi þess. Mörgum kann að finnast dálítið óhlutbundið þegar þeir lenda fyrst í þessum vísi. Það er reyndar frekar auðvelt að skilja það. Heildarköfnunarefni er summa allra mynda köfnunarefnis:
lífrænt köfnunarefni
ammoníak köfnunarefni
Nítrít köfnunarefni
Nítrat köfnunarefni
Þau mynda samanlagt heildarniturmagn í vatni. Stundum er ammoníak köfnunarefni í kerfi þegar mjög lágt, en heildarnitur er enn hátt.
Ástæðan er oft sú að nítratköfnunarefni hefur ekki verið fjarlægt frekar. Þetta er líka ástæðan fyrir því að margar skólphreinsistöðvar þurfa að setja upp afrennsliskerfi.
Frá lífrænu köfnunarefni til köfnunarefnis: Heildarferð
Ef köfnunarefnisbreytingarferlið í skólpi er teiknað upp sem leið væri það í grófum dráttum sem hér segir:
Þessi leið er í raun það sem við vísum oft til sem líffræðilega denitrification ferli.
Að því er virðist einföld leið, á bak við hana liggur flókið verkefni sem óteljandi örverur vinna saman.
Hvert stig krefst viðeigandi umhverfisaðstæðna.
uppleyst súrefni
hitastig
kolefnisgjafa
Seyru aldur
Þessir þættir munu allir hafa áhrif á þessa „köfnunarefnisferð“.
Að lokum
Í skólphreinsun er "köfnunarefni" ekki einfaldur vísir. Þetta er meira eins og keðja sem breytist stöðugt.
Frá köfnunarefni í lífrænum efnum, yfir í ammoníak köfnunarefni, síðan í nítrat köfnunarefni og að lokum til köfnunarefnisgas sem fer aftur út í loftið.
Allt ferlið er í raun örveruráðandi hringrás.
Þegar við skiljum raunverulega þessar mismunandi gerðir köfnunarefnis, verður auðveldara að skilja mörg fyrirbæri í skólphreinsikerfi.
til dæmis
Af hverju eykst ammoníak köfnunarefni skyndilega
Hvers vegna safnast nítrít upp
Hvers vegna er heildarköfnunarefni alltaf erfitt að uppfylla staðalinn
Svörin við mörgum rekstrarvandamálum eru í raun falin innan þessara „köfnunarefnisbreytinga“.