Oqava suvlarni tozalash sohasida azotning biologik o'zgarishi azot va fosforni olib tashlash va emissiya standartlariga javob berishning asosiy jarayonidir. Bu jarayon bitta reaktsiyani emas, balki uchta asosiy bosqichning muvofiqlashtirilgan bajarilishini o'z ichiga oladi: ammonifikatsiya, nitrifikatsiya va denitrifikatsiya. Bu qadamlar birgalikda oqava suvdagi murakkab organik azot va noorganik azotni asta-sekin zararsiz azot gaziga aylantirib, suv havzalarida azot yukini tubdan kamaytiradi.
Kirish
Kanalizatsiya tarkibidagi azot asosan organik azot (oqsil va karbamid) va ammiak azot shaklida mavjud. To'g'ridan-to'g'ri oqizish suv havzalarining evtrofikatsiyasi kabi ekologik muammolarga olib kelishi mumkin. Biologik tozalash usullari yuqori samaradorlik va tejamkorlik afzalliklari bilan kanalizatsiyadan azotni olib tashlashning asosiy texnologiyasiga aylandi. Asosiy printsip - azot elementlarini asta-sekin o'zgartirish uchun muayyan atrof-muhit sharoitida turli mikroorganizmlarning metabolik faolligidan foydalanish va natijada suv havzalaridan atmosferaga gazni olib tashlashga erishish. Quyida ushbu jarayonning asosiy mexanizmini tizimli ravishda ajratib ko'rsatamiz.
I. Ammonifikasiya: organik azotning ammiakli azotga aylanishi
Ammonifikatsiya - bu organik azot birikmalarini oqava suvdan azotdan tozalashning birinchi bosqichidir.
Jarayon, birinchi navbatda, ammonifikatsiya qiluvchi bakteriyalar tomonidan osonlashtiriladi. Atrofdagi kislorod miqdoriga qarab, uni ikki yo'lga bo'lish mumkin: aerob transformatsiya va anaerob transformatsiya.
1. Aerobik transformatsiya
Aerobik sharoitda Aeromonas hydrophila, Bacillus cereus va fakultativ Proteus vulgaris kabi mikroorganizmlar reaksiyada ishtirok etadi, birinchi navbatda organik azotni ikki asosiy mexanizm orqali parchalaydi:
• Oksidlovchi dezaminlanish: Oksidazalar katalizi ostida aminokislotalar keto kislotalar va ammiak hosil qilish uchun asta-sekin aminokislotalar o'z aminokislotalarini yo'qotadi.
Alaninni misol qilib olish:
CH3CH(NH2)COOH→ CH3C(NH2)COOH → CH3COCOOH + NH3
(Alanin → Iminopropion kislotasi → Pirouzum kislotasi + Ammiak)
• Ammiakning gidrolizi: gidrolitik fermentlar ta'sirida azot{0}}tarkibida karbamid kabi organik birikmalar gidrolizlanadi va ammiak hosil bo'ladi.
Karbamid gidroliz reaktsiyasi:
(NH2)2CO + 2H2O → 2NH3 + CO2 + H2O
Ushbu jarayonda ishtirok etadigan bakteriyalarga Enterococcus faecalis va Bacillus urea kabi aerob bakteriyalar kiradi.
2. Anaerobik konversiya
Anaerob yoki kislorod yetishmaydigan muhitda{0}}anaerob va fakultativ anaerob mikroorganizmlar ammonifikatsiyani uchta yo‘l orqali yakunlaydi:
• Kamaytirish va dezaminatsiya:
RCH(NH2)COOH + 2H → RCH2COOH + NH3
• Ammiakni suvga-tozalash:
RCH(NH2)COOH + 2H2O → RCH(OH)COOH + NH3
• Suvsizlanish va deaminatsiya:
CH2(OH)CH(NH2) → CH3COCOOH + NH3+H2O
II. Nitrifikatsiya: ammiak azotining nitrat azotga oksidlanishi
Nitrifikatsiya - NH3−N ni NOx−N ga oksidlovchi ikkinchi yadro reaksiyasi boʻlib, u nitrit bakteriyalari va nitrat bakteriyalari tomonidan sinergik tarzda yakunlanadi va ikki bosqichga boʻlinadi: nitritatsiya va nitrifikatsiya.
1. Reaktsiya mexanizmi
• Nitritsiya reaktsiyasi (nitrit bakteriyalari ustunlik qiladi):
NH3 + 1.5O2 → NO2− + H+ + H2O + 273.5kJ
• Nitrifikatsiya reaktsiyasi (nitrobakteriyalar ustunlik qiladi):
NO2− + 0.5O2 → NO3− + 73.19kJ
• Umumiy reaksiya formulasi:
NH3 + 2O2 → NO3− + H+ + H2O + 346.69kJ
2. Jarayonning asosiy xususiyatlari
• Yuqori kislorodga bo'lgan talab: 1 g olib tashlash uchun nazariy iste'mol 4,2 g, shuning uchun nitrifikatsiya reaktsiyasi etarli aeratsiya sharoitida amalga oshirilishi kerak.
• Past o'sish tezligi: Nitrifikator bakteriyalar juda past hujayra hosildorligiga ega va ular sovuq qish oylarida etarli darajada faollikka moyil bo'ladi. Shuning uchun tozalash samaradorligini ta'minlash uchun yuqori loy konsentratsiyasini saqlash kerak.
• Ishqoriylik iste'moli: Reaksiya katta miqdorda H+. hosil qiladi Nazariy jihatdan har 1g oksidlanish uchun 7,54 g ishqoriylik (CaCO3 sifatida hisoblangan) sarflanadi. Ishqoriy moddalarni qo'shish orqali tizimning pH barqarorligini ta'minlash kerak.
III. Denitrifikatsiya: nitrat azotining azot gaziga aylanishi
Denitrifikatsiya oqava suvdan azotni olib tashlashning yakuniy bosqichidir. Bu denitrifikator bakteriyalar NOx−N va boshqa azot oksidlarini anaerob yoki kislorod tanqisligi (DO < 0,3 ~ 0,5 mg/L) sharoitida elektron qabul qiluvchilar sifatida azot gazi yoki gazsimon azot oksidlariga aylantiradigan jarayonga ishora qiladi.
1. Reaktsiya mexanizmi
𝑁𝑂3−→𝑁𝑂2−→>𝑁𝑂→𝑁2𝑂→𝑁2
To'liq qaytarilish reaktsiyasi (misol sifatida organik birikmalarni elektron donor sifatida olish):
NO3−+5[H] (elektron donor) → 0,5N2 + 2H2O + OH−
NO2− + 3[H] (elektron donor) → 0,5N2 + H2O + OH−
2. Uglerod manbalariga bo'lgan talablar va mikrob xususiyatlari
• Uglerod manbasini iste'mol qilish: Nazariy jihatdan 1 g nitrat azotni N2 ga aylantirish uchun 2,86 g uglerod manbai, 1 g nitrit azotini aylantirish uchun esa 1,71 g organik moddalar kerak bo'ladi.
• Elektron donorlarning xilma-xilligi: [H] jarayonni optimallashtirish uchun bir nechta uglerod manbalari variantlarini taklif qiluvchi organik birikmalar, sulfidlar va boshqalar bilan ta'minlanishi mumkin.
• Mikrob xususiyatlari: Denitrifikator bakteriyalar asosan fakultativ bakteriyalar bo'lib, ular kislorod ishtirokida terminal elektron qabul qiluvchi sifatida O2 dan foydalanib nafas oladi va kislorod bo'lmaganda nafas olish uchun NOx−N dan foydalanadi. Bu xususiyat anoksik denitrifikatsiya jarayonining asosiy asosidir.
Xulosa
Kanalizatsiyadagi azotning biologik o'zgarishi o'zaro bog'liq bo'lgan zanjirli jarayondir:
Ammonifikatsiya organik azot molekulalarini parchalaydi, ammiak azotini chiqaradi;
Nitrifikatsiya aerob muhitda ammiakli azotning nitrat azotga bosqichma-bosqich oksidlanishini o'z ichiga oladi;
Denitrifikatsiya anoksik muhitda nitrat azotini azot gaziga kamaytiradi, natijada azotning suv havzalaridan atmosferaga chiqarilishiga erishiladi.
Ushbu jarayonning samarali ishlashi kislorod miqdori, ishqoriylik, uglerod manbai va harorat kabi asosiy parametrlarni aniq nazorat qilishga tayanadi va zamonaviy shahar oqava suv zavodlarida va sanoat oqava suvlarini tozalashda azotni barqaror olib tashlashga erishish uchun asosiy texnik yordam bo'lib xizmat qiladi.