Momenteel is ‘stikstof’ een belangrijk onderwerp dat niet kan worden vermeden in de rioolwaterzuiveringsindustrie. Veel exploitanten van rioolwaterzuiveringsinstallaties besteden de grootste aandacht aan stikstof, veel hoger dan CZV en fosfor, omdat de verwijderingsmoeilijkheden ervan het grootst zijn. Tijdens het bedrijfsproces monitoren zij dagelijks deze stikstofindicatoren: ammoniakstikstof, totaalstikstof, nitraatstikstof en nitrietstikstof.
Maar als er plotseling gevraagd wordt: hoeveel soorten stikstof zitten er in rioolwater? Wat is hun relatie?
Veel mensen zullen misschien even verbijsterd zijn. De meeste mensen hebben alleen een goed begrip van ‘ammoniakstikstof, totaal-stikstof’, en zijn niet duidelijk over de relatie tussen andere soorten stikstof. Noem de stikstofindicatoren waarmee we in aanraking kunnen komen bij de rioolwaterzuivering, waaronder ammoniakstikstof, totaalstikstof, organische stikstof, anorganische stikstof, nitraatstikstof, nitrietstikstof en Kjeldahl-stikstof.
Met zoveel stikstofindicatoren zijn de relaties tussen wie met wie omgaat, wie met wie omgaat en wie wie omvat, complex. Stikstof is feitelijk geen simpele stof in afvalwater, maar een voortdurend veranderend familiesysteem. Als rioolwaterzuivering wordt gezien als een reis, dan beleeft de stikstof in rioolwater ook een ‘eigen leven’. Vandaag gaan we in dit artikel dieper in op de ingewikkelde relaties die daarbij betrokken zijn.
De stikstof in rioolwater kan eigenlijk in twee categorieën worden verdeeld
Vanuit een breed classificatieperspectief wordt stikstof in afvalwater hoofdzakelijk onderverdeeld in twee categorieën:
organische stikstof
anorganische stikstof
Het begrijpen van deze twee soorten stikstof is de eerste stap in het begrijpen van de vormen van stikstof in afvalwater.
Laten we het eerst hebben over organische stikstof. Simpel gezegd is organische stikstof de stikstof die verborgen zit in organisch materiaal
Bijvoorbeeld
eiwit
aminozuur
ureum
organisch amine
Peptideverbindingen
Nitroverbindingen
Deze stoffen komen veel voor in huishoudelijk afvalwater, voedselafvalwater en afvalwater van de aquacultuur.
Een stuk vlees, een kom rijstresten, groentewaswater en menselijke uitwerpselen bevatten bijvoorbeeld allemaal een grote hoeveelheid organische stikstof.
En een ander type is: anorganische stikstof
Er zijn drie belangrijke vormen van anorganische stikstof in afvalwater:
ammoniak stikstof
Nitriet stikstof
Nitraat stikstof
Deze drie soorten stikstof zijn de meest essentiële vormen in het rioolwaterzuiveringsproces. Vaak zijn de indicatoren die we testen eigenlijk gecentreerd rond deze drie soorten stikstof.
Organische stikstof: de ‘primitieve vorm’ van stikstof
Bij het begin van het binnenkomen in de rioolwaterzuiveringsinstallatie is het grootste deel van de stikstof feitelijk organische stikstof.
Omdat huishoudelijk afvalwater zelf gevuld is met verschillende organische verbindingen.
Deze organische stikstofverbindingen worden niet direct verwijderd, maar ondergaan eerst een proces: ammonificatie
Simpel gezegd: micro-organismen ontbinden organisch materiaal.
Tijdens dit proces worden stoffen als eiwitten en aminozuren geleidelijk afgebroken, waarbij uiteindelijk een zeer bekende stof vrijkomt: ammoniakstikstof. Daarom is het gebruikelijk om in rioolwaterzuiveringssystemen een situatie te zien waarin ammoniakstikstof niet afneemt maar in plaats daarvan toeneemt. Veel beginnende operators zullen erg nerveus zijn als ze deze gegevens zien, omdat ze denken dat het systeem een probleem heeft. Eigenlijk is het niet nodig, soms komt het alleen maar doordat de organische stikstof in het systeem wordt afgebroken.
Met andere woorden: organische stikstof wordt omgezet in ammoniakstikstof. ,
Ammoniakstikstof (NH ∝ - N): de meest bekende indicator voor rioolwaterzuiveringsinstallaties
Als stikstof in rioolwater een "hoofdrolspeler" heeft, moet dit ammoniakstikstof zijn. Omdat bijna alle rioolwaterzuiveringsinstallaties zich op deze indicator zullen concentreren. Er zijn twee redenen waarom ammoniakstikstof belangrijk is.
Eén reden is dat het een aanzienlijke impact heeft op het milieu. Nadat het in het water terechtkomt, verbruikt ammoniakstikstof een grote hoeveelheid opgeloste zuurstof en kan het ook giftig zijn voor vissen.
Een andere reden is dat ammoniakstikstof het startpunt is van de denitrificatiereactie.
In biologische zuiveringssystemen wordt ammoniakstikstof gebruikt door een speciaal soort bacteriën, de nitrificerende bacteriën
Onder aërobe omstandigheden zullen nitrificerende bacteriën geleidelijk ammoniakstikstof oxideren. Dit proces wordt echter niet in één stap voltooid. Maar het is een proces in twee- stappen.
Nitrietstikstof (NO ₂⁻ - N): het "tussenstation" in het denitrificatieproces
Het eerste product van ammoniakstikstofoxidatie is nitrietstikstof, dat in veel afvalwaterzuiveringsinstallaties feitelijk onstabiel is. Omdat het, eenmaal gevormd, meestal snel blijft oxideren.
Maar in sommige gevallen kan de nitrietstikstof plotseling toenemen.
Bijvoorbeeld
Het nitrificatiesysteem wordt beïnvloed
Onvoldoende opgeloste zuurstof
temperatuur verandering
Instabiele slibleeftijd
Op dit punt kan nitrietstikstof zich in het systeem ophopen.
Nitrietstikstof heeft een kenmerk: het is giftiger dan ammoniakstikstof.
Als de concentratie te hoog is, kan dit niet alleen micro-organismen aantasten, maar ook gevolgen hebben voor de effluentkwaliteit.
Veel operators worden nerveus als ze een toename van nitrietstikstof zien.
Nitraatstikstof (NO ∝⁻ - N): de laatste stap van denitrificatie
In de tweede stap van de nitrificatiereactie zal nitrietstikstof verder worden geoxideerd.
Eindvorming: nitraatstikstof
Dit proces vereist ook zuurstof en de betrokkenheid van een ander type bacterie.
Wanneer het systeem stabiel draait, zal het grootste deel van de ammoniakstikstof uiteindelijk veranderen in nitraatstikstof.
Maar de zaak is nog niet voorbij. Als het hier stopt, blijft er nog steeds stikstof in het water achter.
De rioolwaterzuiveringsinstallatie heeft dus nog één stap nodig: denitrificatie.
Onder hypoxische omstandigheden verminderen denitrificerende bacteriën geleidelijk de nitraatstikstof.
Genereer uiteindelijk een gas: stikstof
Stikstof komt vrij uit het water en keert terug naar de lucht.
Op dit punt wordt stikstof echt verwijderd.
Totaal stikstof (TN) is eigenlijk een grote verzameling stikstoffamilies
In het online monitoringsysteem vóór de rioolwaterzuivering is de totale stikstofmonitoring nu een vast onderdeel dat niet door de bliksem kan worden getroffen, wat het belang ervan aangeeft. Veel mensen voelen zich misschien een beetje abstract als ze deze indicator voor het eerst tegenkomen. Het is eigenlijk heel gemakkelijk te begrijpen. Totaal stikstof is de som van alle vormen van stikstof:
organische stikstof
ammoniak stikstof
Nitriet stikstof
Nitraat stikstof
Samen vormen ze het totale stikstofgehalte in water. Soms is de ammoniakstikstof in een systeem al erg laag, maar de totaalstikstof nog steeds hoog.
De reden hiervoor is vaak dat nitraatstikstof niet verder is verwijderd. Dit is ook de reden waarom veel rioolwaterzuiveringsinstallaties denitrificatiesystemen moeten installeren.
Van organische stikstof naar stikstof: een complete reis
Als het proces van stikstofverandering in rioolwater als route wordt uitgezet, ziet het er grofweg als volgt uit:
Deze route is eigenlijk wat we vaak het biologische denitrificatieproces noemen.
Ogenschijnlijk een eenvoudig pad, daarachter schuilt een complex project dat wordt voltooid door talloze micro-organismen die samenwerken.
Elke fase vereist geschikte omgevingsomstandigheden.
opgeloste zuurstof
temperatuur
koolstof bron
Slib leeftijd
Deze factoren zullen allemaal van invloed zijn op deze ‘stikstofreis’.
Tot slot
Bij rioolwaterzuivering is "stikstof" geen eenvoudige indicator. Het is meer een voortdurend veranderende keten.
Van stikstof in organisch materiaal, via ammoniakstikstof, vervolgens naar nitraatstikstof en uiteindelijk naar stikstofgas dat terugkeert naar de lucht.
Het hele proces is eigenlijk een door microben gedomineerde cyclus.
Wanneer we deze verschillende vormen van stikstof echt begrijpen, wordt het gemakkelijker om veel fenomenen in rioolwaterzuiveringssystemen te begrijpen.
Bijvoorbeeld
Waarom neemt ammoniakstikstof plotseling toe?
Waarom hoopt nitriet zich op?
Waarom is het voor totaal stikstof altijd lastig om aan de norm te voldoen?
De antwoorden op veel operationele problemen liggen feitelijk verborgen in deze 'stikstofveranderingen'.