Wenn es um die scheinbar mysteriösen Technologien in der Abwasserbehandlung geht, ist die anaerobe Ammonifikation definitiv eine davon. Denken Sie darüber nach, im Allgemeinen gehen wir davon aus, dass wir zur Behandlung von Ammoniakstickstoff entweder kräftig belüften müssen, um ihn in Nitrat umzuwandeln (aerobe Nitrifikation), oder eine Kohlenstoffquelle finden müssen, um ihn in Stickstoff umzuwandeln (Denitrifikation). Die anaerobe Ammonifikation ist jedoch nicht ideal. In einer sauerstofffreien Umgebung kann sie Ammoniakstickstoff direkt mit einer anderen Substanz namens Nitrit vermischen und ihn schließlich in Stickstoff umwandeln und entweichen lassen. Dieser Prozess spart nicht nur Strom für die Belüftung, sondern auch Geld für die Zugabe von Kohlenstoffquellen. Er ist einfach ein "Geldspar-Experte" in der Abwasserbehandlungsindustrie und hat daher in den letzten Jahren besondere Aufmerksamkeit erhalten.
Wie funktioniert das eigentlich? Wir müssen zuerst den 'Helden' dahinter kennenlernen - die anaeroben ammoniakoxidierenden Bakterien. Dieses Ding ist nicht irgendein gewöhnliches Bakterium. Es hat ein sehr seltsames Temperament, scheut sowohl Kälte als auch Hitze und ist besonders "otaku". Es hält sich gerne in anaerobem Schlamm oder Biofilm auf und wächst sehr langsam, viel langsamer als die Bakterien in unserem üblichen Belebtschlamm. Manchmal dauert es eine Woche, bis es sich reproduziert. Da es langsam wächst, ist es schwierig, sich zu erholen, sobald die Bakterien im Verarbeitungssystem zerstört werden.
Der spezifische Reaktionsprozess ist, vereinfacht ausgedrückt, wie eine 'chemische Reaktionsparty'. Anaerobe ammoniakoxidierende Bakterien verwenden Ammoniakstickstoff (NH4+) als "Brennstoff" und Nitrit (NO2-) als "Oxidationsmittel", und die beiden reagieren im Inneren der Bakterien. Dabei verliert Ammoniakstickstoff Elektronen und wird oxidiert, Nitrit erhält Elektronen und wird reduziert. Schließlich verstehen sich die beiden "Personen" sofort, wobei sich der Großteil in Stickstoff (N2) verwandelt und in die Luft entweicht, während der verbleibende kleine Teil sich in Nitrat (NO3-) oder Wasser verwandeln kann. Der gesamte Prozess wird in einer anaeroben Umgebung durchgeführt, ohne Sauerstoff zu verbrauchen oder zusätzliche Kohlenstoffquellen wie Glukose hinzuzufügen. Ist das nicht besonders effizient?
Ob diese 'Party' reibungslos ablaufen kann, wird jedoch von vielen Faktoren beeinflusst. Sprechen wir sie einzeln an.
Erstens die Temperatur. Die angenehmste Temperatur für anaerobe ammoniakoxidierende Bakterien liegt wahrscheinlich zwischen 30 °C und 35 °C, wenn sie am härtesten arbeiten. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, beispielsweise unter 15 °C sinkt, wird die Aktivität der Bakterien stark reduziert und die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich verlangsamt; Wenn die Temperatur jedoch zu hoch ist und 40 °C übersteigt, können die Bakterien "verbrüht" werden oder sogar direkt absterben. Daher ist es im tatsächlichen Betrieb, insbesondere in Kläranlagen im Norden, notwendig, Wege zu finden, um den Reaktionstank im Winter zu isolieren, andernfalls sinkt die Behandlungswirkung definitiv.
Dann gibt es den pH-Wert. Dieses Bakterium reagiert besonders empfindlich auf Säure und Alkalität, mit einem optimalen pH-Bereich von etwa 7,5 bis 8,0, leicht alkalisch. Wenn der pH-Wert zu niedrig ist, beispielsweise unter 6,5 sinkt, oder zu hoch ist und 8,5 übersteigt, nimmt die Aktivität der Bakterien ab. Dies liegt daran, dass pH-Änderungen die Aktivität von Enzymen innerhalb der Bakterienzellen beeinflussen können. Enzyme sind wie die "Werkzeuge" von Bakterien, und wenn die Werkzeuge nicht richtig funktionieren, kann die Arbeit natürlich nicht erledigt werden.
Es gibt auch gelösten Sauerstoff, der der "natürliche Feind" der anaeroben ammoniakoxidierenden Bakterien ist. Das Wort 'anaerob' in seinem Namen weist darauf hin, dass es keinen Sauerstoff sehen kann. Selbst eine geringe Menge an gelöstem Sauerstoff im Wasser (z. B. über 0,1 mg/L) kann die Bakterienaktivität hemmen und in schweren Fällen sogar zum Absterben der Bakterien führen. Daher muss Sauerstoff im Reaktionstank streng kontrolliert werden, wobei im Allgemeinen sichergestellt wird, dass die Konzentration an gelöstem Sauerstoff unter 0,1 mg/L liegt. Dies erfordert die Entwicklung einer vernünftigen Wassereinlassmethode, um das Eindringen von Luft zu vermeiden, und manchmal ist auch das Einblasen von Stickstoff erforderlich, um Sauerstoff zu entfernen.
Als Nächstes kommt die Substratkonzentration, also die Konzentration von Ammoniakstickstoff und Nitrit. Diese beiden Stoffe sind die "Nahrung" der Bakterien, aber nicht zu viel, da zu viel sie "unterstützen" wird. Untersuchungen haben ergeben, dass die Aktivität der Bakterien gehemmt wird, wenn die Nitritkonzentration einen bestimmten Grenzwert (z. B. 200 mg/L oder mehr) überschreitet; Eine hohe Konzentration an Ammoniakstickstoff ist ebenfalls nicht effektiv, da sie ebenfalls hemmende Wirkungen haben kann. Darüber hinaus ist auch das Verhältnis der beiden entscheidend. Im Allgemeinen ist das Konzentrationsverhältnis von Ammoniakstickstoff zu Nitrit am besten zwischen 1:1 und 1:1,3 geeignet, genau wie das richtige Verhältnis von Salz und Sojasauce beim Kochen, wodurch Gerichte köstlich werden.
Darüber hinaus ist das Alter des Schlamms ebenfalls wichtig. Wie bereits erwähnt, wachsen anaerobe ammoniakoxidierende Bakterien langsam, daher muss der Schlamm im System "länger aufbewahrt werden", d. h. das Schlammalter muss ausreichend lang sein, in der Regel mindestens 30 Tage, andernfalls wird er entladen, sobald er ein wenig gewachsen ist, und die Bakterienzahl im Becken reicht nicht aus, was die Behandlungswirkung möglicherweise nicht verbessert. Dies ist auch der Grund, warum anaerobe Ammonifikationsprozesse meist Geräte wie Sequencing Batch Reaktoren (SBR) oder Wirbelschichten verwenden, die Schlamm zurückhalten können.
Einige Inhibitoren können ebenfalls Probleme verursachen, wie z. B. Schwermetalle (wie Kupfer, Zink, Chrom), bestimmte Antibiotika und sogar toxische organische Verbindungen, die aus Abwasser eingebracht werden und anaeroben ammoniakoxidierenden Bakterien schaden können. Daher ist es vor dem Einleiten des Wassers notwendig, eine gute Vorbehandlung durchzuführen und zu versuchen, diese schädlichen Stoffe so weit wie möglich zu entfernen, andernfalls können die mühsam gezüchteten Bakterien "vergiftet" werden.
Schließlich darf die hydraulische Verweilzeit nicht ignoriert werden. Einfach ausgedrückt, bezieht sie sich auf die Zeit, die das Abwasser im Reaktionstank verbleibt. Da die anaerobe Ammonoxidationsreaktion nicht besonders schnell ist und Bakterien langsam wachsen, muss das Abwasser eine Weile länger im Becken verbleiben, damit die Bakterien genügend Zeit haben, Ammoniakstickstoff und Nitrit zu "fressen". Wenn die Verweilzeit zu kurz ist und das Abwasser nicht vollständig behandelt wird, bevor es abfließt, wird die Qualität des Ablaufs definitiv nicht den Standardanforderungen entsprechen.
Heutzutage wird die anaerobe Ammonifikationstechnologie an vielen Orten eingesetzt, beispielsweise zur Behandlung von Abwässern mit hohem Ammoniakstickstoffgehalt wie Sickerwasser aus Müll und Abwasser aus Viehzuchtbetrieben, mit besonders guten Ergebnissen. Aber sie ist auch nicht allmächtig. Wenn beispielsweise das Nitrat im Abwasser nicht ausreicht, muss es mit dem vorherigen Kurzstrecken-Nitrifikationsprozess kombiniert werden. Zuerst wird ein Teil des Ammoniakstickstoffs in Nitrit umgewandelt, und dann werden anaerobe Ammoniakbakterien zur Behandlung eingesetzt.
Insgesamt ist die anaerobe Ammonifikationstechnologie wie ein "kostengünstiger und effizienter" Experte für die Abwasserbehandlung, aber um sie gut funktionieren zu lassen, ist es notwendig, die Temperatur, den pH-Wert und den gelösten Sauerstoff gut zu steuern, andernfalls wäre sie nicht bereit, einen Beitrag zu leisten. Mit der zunehmenden Reife der Technologie glauben wir, dass in Zukunft mehr Kläranlagen sie einsetzen werden, um unsere Wasserumwelt zu verbessern.
