Suv havzalarida azot va fosforning haddan tashqari ko'p ifloslanishi evtrofikatsiya, suv o'tlarining gullashi va qizil toshqinlar kabi suv muhiti muammolarining asosiy sababi bo'lib, suv sifatining yomonlashishi, suv ekotizimining nomutanosibligi va ichimlik suvi xavfsizligiga tahdidlar qatoriga olib keladi. Kimyoviy va fizik tozalash jarayonlari bilan solishtirganda, biologik azot va fosforni olib tashlash texnologiyasi barqaror tozalash effektlari, past operatsion xarajatlar, ikkilamchi ifloslanishning yo'qligi va shahar va sanoat oqava suvlarini tozalash stsenariylariga moslashish kabi afzalliklari tufayli hozirgi oqava suvlarni tozalash inshootlarida ilg'or oqava suvlarni tozalashning asosiy jarayoniga aylandi. Oqava suvlarda azot va fosforni biologik yo'qotishning asosiy printsipi organik azot, ammiak azoti yoki gazsimon gaz va gazning umumiy moddasi kabi ifloslantiruvchi moddalarni asta-sekin o'zgartirish uchun boshqariladigan o'zgaruvchan anaerob, anoksik va aerob muhitda turli funktsional mikroorganizmlarning metabolik faolligidan foydalanishdir. suv havzasidan chiqariladigan loyga aylanadi va shu bilan suvning tozalanishiga erishiladi.
I. Oqava suvlardan azotni biologik tozalashning asosiy tamoyillari
Oqava suvlarda azot murakkab shakllarda, asosan organik azot, ammiak azot, nitrit azot va nitrat azotda mavjud. Azotning biologik olib tashlanishi bu bitta reaksiya jarayoni emas, balki uch bosqichli mikrobial biokimyoviy reaksiya-ammonatsiya, nitrifikatsiya va denitrifikatsiya-, natijada azotning turli shakllarini azot gaziga aylantirib, uni suv havzasidan olib tashlaydi va umumiy nitrogen olib tashlashga erishadi. Butun jarayon turli bakterial jamoalarning o'ziga xos muhitdagi metabolik faoliyatiga bog'liq.
(I) Ammiatsiya reaktsiyasi (organik azotga aylanishi)
Aerob yoki anaerob sharoitda oqava suvlar tarkibidagi organik azotli ifloslantiruvchi moddalar, masalan, oqsillar, karbamid va aminokislotalar gidrolizlanadi va ammonifikatsiya qiluvchi bakteriyalarning parchalanishi va metabolizmi natijasida noorganik ammiak azotiga (NH₃-N) oksidlanadi. Bu reaksiya biologik azotni olib tashlashning asosiy pre{2}}reaktsiyasi bo'lib, atrof-muhitga juda moslashadi va erigan kislorod va harorat kabi parametrlarni qattiq nazorat qilishni talab qilmaydi, bu esa oqava suvlarni an'anaviy tozalash sharoitida muammosiz davom etishiga imkon beradi. Reaktsiya jarayoni murakkab organik azotni oddiy noorganik azotga aylantiradi, keyingi nitrifikatsiya va denitrifikatsiya reaktsiyalari uchun substratlar beradi va azotni olib tashlashning birinchi bosqichidir.
(II) Nitrifikatsiya (ammiak azot oksidi)
Nitrifikatsiya - bu aerob avtotrof mikroorganizmlar hukmron bo'lgan oksidlanish reaktsiyasi bo'lib, ikki bosqichdan iborat: nitrifikatsiya va nitrifikatsiya. Jarayon davomida etarli miqdorda kislorod talab qilinadi va mikroorganizmlar sekin o'sish sur'atlarini, uzoq avlod tsikllarini va atrof-muhit harorati, pH va erigan kislorodga yuqori sezuvchanlikni namoyon qiladi. Birinchi bosqich - nitrifikatsiya, bunda nitrifikatsiya qiluvchi bakteriyalar ammiak azotini nitrit azotga oksidlaydi; ikkinchi bosqich - nitrifikatsiya, bu erda nitrifikator bakteriyalar nitrit azotini barqaror nitrat azotga yanada oksidlaydi.
Nitrifikator bakteriyalar avtotrofdir, ya'ni ular oqava suvda organik ifloslantiruvchi moddalarni iste'mol qilmaydi. Buning o'rniga ular ammiak azotining oksidlanishidan hosil bo'lgan kimyoviy energiyadan karbonat angidridni fiksatsiya qilish va o'z moddalarini sintez qilish uchun energiya manbai sifatida foydalanadilar. Bu jarayon azotni yo'qotishning asosiy oksidlanish bosqichi bo'lib, azotni qaytaruvchi azotni oksidlovchi azotga aylantirishni amalga oshiradi va keyingi denitrifikatsiya uchun reaktsiya substratlarini beradi.
(III) denitrifikatsiya (nitrat azotini olib tashlash)
Denitrifikatsiya - bu anaerob geterotrof mikroorganizmlar hukmron bo'lgan qaytarilish reaktsiyasi bo'lib, biologik azotni olib tashlashning yakuniy asosiy bosqichidir. Molekulyar kislorodga ega bo'lmagan, ammo tarkibida nitrat azot bo'lgan anaerob muhitda denitrifikator bakteriyalar nitrifikatsiya reaktsiyasida hosil bo'lgan nitrat azot va nitrit azotini asta-sekin kamaytirish uchun oqava suvdagi organik uglerod manbalaridan elektron donor sifatida foydalanadi va natijada suv yuzasini to'liq gazga aylantiruvchi azot hosil qiladi. oqava suvlardan azot.
Denitrifikatsiya jarayoni anaerob va anoksik muhitni qat'iy ravishda ajratib ko'rsatishi kerak: anaerob muhitda molekulyar kislorod etishmaydi, lekin birlashgan kislorod (nitrat azot) mavjud bo'lib, denitrifikatsiya reaktsiyasining normal sodir bo'lishiga imkon beradi; anaerob muhitda denitrifikatsiya reaktsiyasini oldini oluvchi birlashgan kislorod yetishmaydi. Shu bilan birga, organik uglerod manbai denitrifikatsiyaning asosiy shartidir; uglerod manbalarining etarli emasligi bevosita azotni yo'qotish samaradorligini sezilarli darajada pasayishiga olib keladi. Amaliy muhandislikda azotni olib tashlash samaradorligini ta'minlash uchun ekzogen uglerod manbalari bilan to'ldirish ko'pincha ishlatiladi.
II. Oqava suvlardan biologik fosforni olib tashlashning asosiy tamoyillari
Fosforni biologik olib tashlash uchun asosiy funktsional bakterial guruh bu polifosfat{0}}yig'uvchi bakteriyalardir (PAO). Bu mikroorganizmlar o'ziga xos metabolik xususiyatlarga ega bo'lib, ularga o'zgaruvchan anaerob va aerob muhitda "fosforni ajratish-fosforni o'zlashtirish" siklini yakunlash imkonini beradi va natijada ortiqcha loyni chiqarib yuborish orqali suv havzasidan fosforni to'liq olib tashlashga erishadi. Denitrifikatsiyadan farqli o'laroq, fosforni biologik yo'qotish gazsimon yon mahsulotlarni hosil qilmaydi. Buning o'rniga u mikroorganizmlar ichidagi suvdagi fosfatlarni qotib, ularni loy sifatida chiqaradi.
(I) Anaerob fosforning ajralib chiqish bosqichi
Molekulyar kislorod va nitrat azotdan xoli qat'iy anaerob muhitda polifosfat{0}}yig'uvchi bakteriyalar (PAB) aerob nafas olish uchun tashqi kisloroddan foydalana olmaydi va ularning metabolik energiya manbalarini cheklaydi. Bunday holatda, PPAlar o'z hujayralarida saqlanadigan polifosfatlarni parchalaydi va oqava suvdan uchuvchi yog' kislotalari (VFA) kabi past{2}}molekulyar-organik uglerod manbalarini so'rish uchun energiya chiqaradi va ularni hujayralar ichida saqlash uchun poligidroksialkanoatlarga (PHA) aylantiradi. Bu jarayon davomida hujayra ichidagi fosfatlar oqava suvga chiqariladi, bu esa suvdagi fosfor miqdorining bir zumda oshishiga olib keladi-bu anaerob fosforning ajralib chiqish jarayonidir.
(II) Aerobik ortiqcha fosforni singdirish bosqichi
Atrof-muhit aerob holatga o'tganda, PPA organik uglerod manbalarini o'zlashtirmaydi, aksincha, anaerob bosqichda saqlanadigan PHAlarni parchalaydi va organik moddalarning oksidlanishi va parchalanishi orqali katta miqdorda energiya oladi. Ushbu energiyadan foydalangan holda, polifosfat{1}}yig'uvchi bakteriyalar (PAC) oqava suvdan fosfatni haddan tashqari o'zlashtiradi, bu esa anaerob bosqichda ajralib chiqadigan miqdordan ancha oshadi. Ortiqcha fosfat keyinchalik hujayralar ichida polifosfat sifatida saqlanadi, fosforni boyitish va suvdan olib tashlashga erishiladi.
Oxir-oqibat, fosforga boy PAC-soyqichlar loy bilan birga joylashadi va tizimdan chiqindi loyni oqizish orqali oqava suv tizimidan butunlay chiqarib tashlanadi va shu bilan butun biologik fosforni olib tashlash jarayoni tugallanadi. PAClarning o'zgaruvchan metabolik xususiyatlari fosforni biologik olib tashlashning asosidir va barqaror anaerob{2}}aerob muhitning o'zgarishi fosforni olib tashlash samaradorligini ta'minlash uchun juda muhimdir.
III. Biologik azot va fosforni olib tashlashga ta'sir qiluvchi asosiy omillar
Biologik azot va fosforni olib tashlash samaradorligi butunlay mikrob faolligiga bog'liq. Mikroorganizmlarning metabolik xususiyatlari jarayonning asosiy nazorat parametrlarini belgilaydi. Asosiy ta'sir etuvchi omillar ikkita toifani o'z ichiga oladi: atrof-muhit parametrlari va suv sifati parametrlari.
1. Eritilgan kislorod: nitrifikatsiya va aerob fosforni o'zlashtirish uchun etarli miqdorda erigan kislorod kerak; anoksik denitrifikatsiya qat'iy past-kislorodli muhitni talab qiladi; va anaerob fosforni chiqarish uchun mutlaqo anaerob muhit kerak. Kislorod muhitidagi buzilishlar bevosita azot va fosforni olib tashlashning muvaffaqiyatsizligiga olib keladi.
2. Uglerod manbai tarkibi: denitrifikator bakteriyalar ham, polifosfat{1}}to‘playdigan bakteriyalar ham metabolizm uchun organik uglerod manbalariga tayanadi. Oqava suvlarning uglerod{3}}azotga-va uglerod-fosforga nisbati juda past bo'lsa, natriy asetat va glyukoza kabi ekzogen uglerod manbalarini qo'shish kerak; aks holda, azotni to'liq yo'qotish va fosforni olib tashlash samaradorligi past bo'ladi.
3. pH va harorat: Nitrifikator bakteriyalar uchun optimal pH 7,5-8,5, polifosfat to'playdigan bakteriyalar uchun optimal pH esa 6,5-8,0. Mikroorganizmlar uchun optimal harorat 20-30 daraja . Past haroratlar bakterial faollikni va davolash samaradorligini sezilarli darajada kamaytiradi.
4. Loy yoshi: Nitrifikatsion bakteriyalar uzoq avlod davriga ega bo'lib, bakterial omon qolishni ta'minlash uchun uzoqroq loy yoshini talab qiladi. Polifosfat{2}}yig'uvchi bakteriyalar esa, loy yoshi qisqaroq; loyning haddan tashqari uzoq umr ko'rishi loydan fosforning chiqishiga olib kelishi mumkin. Shu sababli, haqiqiy jarayon azot va fosforni olib tashlash samaradorligini ta'minlash uchun loy yoshini muvozanatlashi kerak.
IV. Asosiy jarayonlarni qo'llash tamoyillari
Azot va fosforni olib tashlashning yuqoridagi asosiy tamoyillariga asoslanib, sanoat turli etuk jarayonlarni ishlab chiqdi, ularning barchasi o'zgaruvchan anaerob, anoksik va aerob reaktsiya muhitlarini yaratishga qaratilgan. A²/O jarayoni azot va fosforni bir vaqtda olib tashlashning eng klassik jarayonidir. U anaerob zonada polifosfat{2}}yig'uvchi bakteriyalar, anoksik zonada denitrifikatsiya va aerob zonada polifosfat-to'planadigan bakteriyalar tomonidan nitrifikatsiya va ortiqcha fosforni o'zlashtirish orqali fosforning ajralib chiqishi va uglerodning saqlanishini ketma-ket yakunlaydi. Nihoyat, bir vaqtning o'zida azot va fosforni olib tashlash loyni cho'ktirish va tushirish orqali amalga oshiriladi. Bundan tashqari, modifikatsiyalangan A²/O, SBR va oksidlanish kanali jarayonlari suv sifatini tozalashning turli ehtiyojlariga moslashish uchun tank tuzilishi va ish ketma-ketligini optimallashtiradigan asosiy biokimyoviy tamoyillarga asoslanadi.
V. Xulosa
Oqava suvlardan azot va fosforni biologik tozalashning mohiyati funktsional mikroorganizmlarning differentsial metabolik xususiyatlaridan foydalanish va azot va fosfor ifloslantiruvchi moddalarning o'zgarishiga va ularni suv havzasidan olib tashlashga erishish uchun suv muhitini sun'iy tartibga solishdan iborat. Azotni olib tashlash gaz holida olib tashlanishiga erishish uchun ammonifikatsiya, nitrifikatsiya va denitrifikatsiyaning bosqichma-bosqich reaktsiyalariga tayanadi, fosforni olib tashlash esa polifosfat{1}}to'planadigan bakteriyalarning-anaerob fosforning ajralishi va aerobik{3}fosforning ajralishining tsiklik metabolizmiga tayanadi. qattiqlashuv va olib tashlash. Uning biokimyoviy tamoyillarini to'liq tushunish oqava suvlarni tozalash jarayonlarini optimallashtirish, azot va fosforni yo'qotish samaradorligini oshirish va suv havzalarida evtrofikatsiya muammosini hal qilishning asosiy asosidir. Shuningdek, u energiyani tejash, chiqindilarni kamaytirish va oqava suvlarni tozalashni yaxshilash uchun muhim nazariy yordam beradi.