1. Der pH-Wert ist ein entscheidender Faktor, der die Nitrifikation beeinflusst
Der wichtigste funktionelle Faktor bei der Nitrifikation ist die bakterielle Aktivität. Nitrifizierende Bakterien sind äußerst pH-empfindlich. Unter neutralen oder leicht alkalischen Bedingungen (pH im Bereich von 8–9) ist ihre biologische Aktivität am stärksten und der Nitrifikationsprozess verläuft schnell.
Unter anderen extremen pH-Bedingungen, beispielsweise bei pH > 9,6 oder < 6,0, wird die biologische Aktivität nitrifizierender Bakterien gehemmt und neigt zur Einstellung. Bei pH > 9,6 erfolgt zwar die Umwandlung von NH₄⁺ in NO₂⁻ und NO₃⁻ weiterhin ungewöhnlich schnell, doch zeigt das Ionisierungsgleichgewicht von NH₄⁺ an, dass die Konzentration von NH₃ rasch ansteigt. Da nitrifizierende Bakterien äußerst empfindlich gegenüber NH₃ sind, wirkt sich dies letztendlich auf die Nitrifikationsrate aus.
Unter sauren Bedingungen, wenn der pH-Wert < 7,0 ist, verlangsamt sich die Nitrifikationsrate. Bei einem pH-Wert < 6,5 nimmt die Nitrifikationsrate deutlich ab. Bei einem pH-Wert < 5,0 nähert sich die Nitrifikationsrate null.
2. Ursachen für den pH-Abfall während der Nitrifikation
Ein pH-Abfall kann auf zwei mögliche Ursachen zurückgeführt werden. Erstens enthält der Zulauf starke Säuren, die den pH-Wert des einströmenden Abwassers senken und dadurch auch den pH-Wert der Belebtschlammaufschlämmung reduzieren.
Zweitens erzeugt – wie aus der Nitrifikationsgleichung hervorgeht – die Umwandlung von NH₃-N in NO₃⁻-N Mineralsäure (H⁺), wodurch ein Teil der Alkalität verbraucht wird. Pro Gramm NH₃-N, das in NO₃⁻-N umgewandelt wird, werden etwa 7,14 Gramm Alkalität (als CaCO₃) verbraucht. Daher kann bei unzureichender Alkalität im Abwasser und relativ hoher TKN-Belastung (Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff) die Alkalität im Abwasser erschöpft werden. Dies führt dazu, dass der pH-Wert der Belebtschlammaufschlämmung unter 7,0 fällt und die Nitrifikationsrate verringert oder gehemmt wird.
Falls keine starken Säuren im Zulauf vorhanden sind, ist normales kommunales Abwasser typischerweise leicht alkalisch, das heißt, der pH-Wert liegt im Allgemeinen über 7,0. In diesem Fall hängt der pH-Wert hauptsächlich von der Alkalinität des einströmenden Abwassers ab.
Daher sollte in einem biologischen Nitrifikationsreaktor alles unternommen werden, um den pH-Wert der Belebtschlamm-Mischung über 7,0 zu halten. Die Aufrechterhaltung eines pH-Werts > 7,0 ist eine Voraussetzung für ein erfolgreiches biologisches Nitrifikationssystem. Um den pH-Wert präzise zu steuern, müssen Alkalinitätsberechnungen durchgeführt werden. Bei einem pH-Wert < 6,5 ist es erforderlich, dem Abwasser Alkali zuzusetzen.
JIDE bietet pH-Sensoren speziell für Abwasserbehandlungsprozesse an. Sie unterstützen digitale Übertragung und präzise Messung. Ausgestattet mit drei externen Signalrelaisfunktionen können diese Sensoren Dosiervorrichtungen je nach voreingestelltem oberem und unterem pH-Wert ein- und ausschalten. Sie werden breit für die pH-Überwachung in Nitrifikationsprozessen eingesetzt.
3. Erweitertes Produkt: Überwachung der organischen Belastung – Online-Analysatoren für CSB/BSB
Die COD- und BSB-Onlinemessgeräte von JIDE werden ebenfalls häufig zur Überwachung von Nitrifikationsreaktionen eingesetzt. Bei Verwendung eines biologischen Belüftungsfilters (BAF) für die Nitrifikation und Stickstoffentfernung hängt die Entfernung von NH₄-N teilweise von der organischen Belastung ab.
Wenn die organische Belastung leicht über 3,0 kg BSB/(m³ Filtermedium•d) liegt, wird die Entfernung von NH₃-N gehemmt. Überschreitet die organische Belastung 4,0 kg BSB/(m³ Filtermedium•d), so wird die Entfernung von NH₃-N deutlich gehemmt. Daher muss bei Verwendung eines biologischen Belüftungsfilters zur gleichzeitigen Kohlenstoffentfernung und Nitrifikation die organische Belastung reduziert werden.
Bei der Auslegung eines biologischen Belüftungsfilters speziell zur Entfernung organischer Stoffe muss zunächst eine geeignete BSB-Volumenbelastung auf Grundlage der Art des zu behandelnden Abwassers und der geforderten Ablaufwasserqualität gewählt werden. Die Auswahl der BSB-Volumenbelastung sollte anhand von tatsächlichen Betriebsdaten vergleichbarer Kläranlagen erfolgen, wobei im Rahmen der Auslegung ein Sicherheitszuschlag vorgesehen werden muss. Bei Einsatz eines biologischen Belüftungsfilters zur gleichzeitigen Kohlenstoffentfernung und Nitrifikation ist die organische Belastung zu reduzieren; es empfiehlt sich, die organische Belastung unter 2,0 kg BSB/(m³ Medien•d) zu halten.
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