1. pH jest kluczowym czynnikiem wpływającym na nitryfikację
Najważniejszym czynnikiem funkcjonalnym w procesie nitryfikacji jest aktywność bakteryjna. Bakterie nitryfikujące są bardzo wrażliwe na pH. W warunkach obojętnych lub lekko zasadowych (pH w zakresie 8–9) ich aktywność biologiczna jest najwyższa, a proces nitryfikacji przebiega szybko.
W innych skrajnych warunkach pH, np. przy pH > 9,6 lub < 6,0, aktywność biologiczna bakterii nitryfikujących jest hamowana i zaczyna ustawać. Przy pH > 9,6 przemiana NH₄⁺ na NO₂⁻ i NO₃⁻ nadal zachodzi niezwykle szybko, jednak równowaga jonizacji NH₄⁺ wskazuje na gwałtowny wzrost stężenia NH₃. Ponieważ bakterie nitryfikujące są wyjątkowo wrażliwe na NH₃, ostatecznie wpływa to na szybkość nitryfikacji.
W warunkach kwasowych, gdy pH < 7,0, szybkość nitryfikacji spada. Gdy pH < 6,5, szybkość nitryfikacji znacznie się obniża. Gdy pH < 5,0, szybkość nitryfikacji zbliża się do zera.
2. Przyczyny spadku pH podczas nitryfikacji
Spadek pH może wynikać z dwóch możliwych przyczyn. Po pierwsze, dopływ zawiera mocne kwasy, które obniżają pH napływających ścieków i w konsekwencji obniżają pH mieszanki ściekowej.
Po drugie, jak wynika z równania nitryfikacji, przekształcenie NH₃-N w NO₃⁻-N generuje kwasowość mineralną (H⁺), która zużywa część alkaliczności. Każda przekształcona gram NH₃-N w NO₃⁻-N zużywa około 7,14 g alkaliczności (wyrażonej jako CaCO₃). W związku z tym, gdy alkaliczność ścieków jest niewystarczająca, a obciążenie TKN (całkowity azot Kjeldahla) jest stosunkowo wysokie, alkaliczność ścieków może zostać wyczerpana. Powoduje to spadek pH mieszanki ściekowej poniżej 7,0, co prowadzi do obniżenia lub hamowania szybkości nitryfikacji.
Jeśli w dopływających ściekach nie występują silne kwasy, typowe ścieki miejskie są zazwyczaj lekko zasadowe, co oznacza, że pH jest zwykle powyżej 7,0. W takim przypadku pH zależy przede wszystkim od zasadowości dopływających ścieków.
Dlatego w bioreaktorze do nitryfikacji należy podjąć wszelkie starania, aby kontrolować pH mieszaniny czynnej na poziomie powyżej 7,0. Utrzymanie pH > 7,0 jest warunkiem koniecznym dla skutecznego działania biologicznego systemu nitryfikacji. Aby precyzyjnie kontrolować pH, konieczne jest wykonanie obliczeń zasadowości. Gdy pH < 6,5, konieczne jest dodawanie odczynnika zasadowego do ścieków.
JIDE oferuje czujniki pH specjalnie zaprojektowane do procesów oczyszczania ścieków. Obsługują one transmisję cyfrową i zapewniają dokładne pomiary. Wyposażone w trzy zewnętrzne przekaźniki sygnałowe pozwalają te czujniki na uruchamianie i zatrzymywanie pomp dozujących na podstawie zadanych wartości progowych pH (górnego i dolnego). Są one szeroko stosowane do monitorowania pH w procesach nitryfikacji.
3. Rozszerzony produkt: Monitorowanie obciążenia organicznego – analizatory online COD/BOD
Analizatory online COD i BOD firmy JIDE są również powszechnie stosowane do monitorowania reakcji nitryfikacji. W przypadku zastosowania procesu biologicznego filtra aerowanego (BAF) do nitryfikacji i usuwania azotu, usunięcie NH₄-N zależy w pewnym stopniu od obciążenia organicznego.
Gdy obciążenie organiczne przekracza nieznacznie 3,0 kg BOD/(m³ medium•d), usunięcie NH₃-N jest hamowane. Gdy obciążenie organiczne przekracza 4,0 kg BOD/(m³ medium•d), usunięcie NH₃-N jest znacznie hamowane. Dlatego przy stosowaniu biologicznego filtra aerowanego do jednoczesnego usuwania węgla i nitryfikacji konieczne jest obniżenie obciążenia organicznego.
Przy projektowaniu procesu biologicznego filtra aerowanego przeznaczonego specjalnie do usuwania materii organicznej należy najpierw wybrać odpowiednie obciążenie objętościowe BOD, bazując na typie oczyszczanych ścieków oraz wymaganej jakości wody odprowadzanej. Dobór obciążenia objętościowego BOD powinien opierać się na analizie rzeczywistych danych eksploatacyjnych z podobnych oczyszczalni ścieków, a w projekcie należy zaprojektować zapas bezpieczeństwa. W przypadku stosowania biologicznego filtra aerowanego do jednoczesnego usuwania węgla i nitryfikacji należy zmniejszyć obciążenie organiczne, a najlepiej utrzymać je poniżej 2,0 kg BOD/(m³ medium•d).
EN
