Hoy quiero compartirles cosas sobre el nitrógeno amoniacal y el nitrógeno total. En circunstancias normales, el nitrógeno amoniacal suele representar alrededor del 40% - 60% del nitrógeno total en las aguas residuales domésticas urbanas. Para algunas aguas residuales industriales, como aguas residuales de procesamiento de alimentos, aguas residuales farmacéuticas, etc., la proporción de nitrógeno amoniacal con respecto al nitrógeno total puede variar, algunas pueden llegar hasta el 70% - 80% y otras pueden ser relativamente bajas.
El nitrógeno amoniacal (NH₄⁺-N) se refiere al nitrógeno en forma de amoníaco libre (NH₃) e iones amonio (NH₄⁺) en agua. Y el nitrógeno total (TN) incluye nitrógeno amoniacal, nitrógeno orgánico, nitrógeno nitrato (NO₃⁻-N) y nitrógeno nitrito (NO₂⁻-N).
El nivel bajo de nitrógeno amoniacal en el efluente pero el nivel alto de nitrógeno total pueden deberse a las siguientes razones:
1. Acumulación de nitrógeno nitrato
Durante el proceso de nitrificación, el nitrógeno amoniacal se convierte en nitrógeno nitrato (incluido el nitrógeno nitrato y el nitrógeno nitrito) mediante bacterias nitrificantes en condiciones aeróbicas. En circunstancias normales, el nitrógeno nitrato generado se reducirá a nitrógeno gaseoso y se descargará del sistema mediante bacterias desnitrificantes en condiciones anóxicas en el proceso de desnitrificación posterior, logrando así la eliminación del nitrógeno total. Sin embargo, si hay un problema en el proceso de desnitrificación, como la inhibición de la actividad de las bacterias desnitrificantes, un ambiente anóxico insuficiente, un suministro insuficiente de fuente de carbono, etc., el nitrógeno nitrato no se puede reducir suavemente a gas nitrógeno. Esto conduce a la acumulación continua de nitrógeno nitrato en el agua, de modo que aunque el nitrógeno amoniacal en el extremo frontal se puede convertir efectivamente en nitrógeno nitrato, lo que se manifiesta como nitrógeno bajo en amoniaco en el efluente, el nitrógeno nitrato acumulado no se puede eliminar. y el contenido total de nitrógeno sigue siendo alto.
2. El nitrógeno orgánico no se elimina eficazmente
Durante el proceso de tratamiento de aguas residuales, el nitrógeno orgánico debe someterse a una serie de reacciones bioquímicas para convertirse en nitrógeno amoniacal y luego eliminarse mediante nitrificación y desnitrificación. Si la comunidad microbiana responsable de la descomposición del nitrógeno orgánico no es lo suficientemente rica o activa durante el proceso de tratamiento, o las condiciones de tratamiento (como temperatura, valor de pH, oxígeno disuelto, etc.) no son propicias para la descomposición y transformación del nitrógeno orgánico. , puede provocar la incapacidad de convertir completamente el nitrógeno orgánico en nitrógeno amoniacal.
Por ejemplo, una temperatura demasiado baja puede ralentizar la tasa metabólica de los microorganismos, haciendo que la reacción de descomposición del nitrógeno orgánico sea incompleta; Un valor de pH inadecuado puede afectar la actividad de las enzimas, inhibiendo así la descomposición del nitrógeno orgánico por parte de los microorganismos.
De esta manera, aunque el nitrógeno amoniacal se elimina bien mediante nitrificación y desnitrificación, lo que se manifiesta como un nivel bajo de nitrógeno amoniacal en el efluente, el nitrógeno orgánico original en las aguas residuales no se convierte ni se elimina completamente, lo que resulta en un alto contenido de nitrógeno total.
3. La relación de reflujo interno es demasiado pequeña.
El reflujo interno se refiere al retorno del líquido mezclado rico en nitrógeno nitrato al final de la piscina aeróbica al extremo frontal de la piscina anóxica para proporcionar nitrógeno nitrato para la reacción de desnitrificación. La relación de reflujo interno se refiere a la relación entre la cantidad de líquido mezclado devuelto y el caudal de entrada.
Si la relación de reflujo interno es demasiado pequeña, significa que el nitrógeno nitrato devuelto al conjunto anóxico es insuficiente. En un ambiente anóxico, las bacterias desnitrificantes utilizan fuentes de carbono para reducir el nitrógeno nitrato a gas nitrógeno. La falta de suficiente nitrógeno nitrato limitará la reacción de desnitrificación.
Por ejemplo, durante el funcionamiento normal, la relación de reflujo interno debe alcanzar el 200 % para satisfacer la demanda de nitrógeno nitrato para la desnitrificación, pero la relación de reflujo interno real es sólo del 100 % o incluso inferior. Esto hace imposible que la desnitrificación desempeñe plenamente su función, y una gran cantidad de nitrógeno nitrato no se puede convertir en gas nitrógeno para su descarga, lo que da como resultado un nivel bajo de nitrógeno amoniacal en el efluente, pero el nitrógeno total sigue siendo alto. Cuando la relación de reflujo interno se controla entre el 200-400%, la eficiencia de la desnitrificación es la mejor.
4. Fuente de carbono insuficiente
Durante el proceso de desnitrificación, las bacterias desnitrificantes necesitan fuentes de carbono como energía y donantes de electrones para reducir el nitrógeno nitrato a gas nitrógeno. Si no hay suficiente fuente de carbono disponible en las aguas residuales, el metabolismo y la reacción de las bacterias desnitrificantes serán limitados. Durante el proceso de desnitrificación, el nitrógeno nitrato y el nitrógeno nitrito se convierten en gas nitrógeno (N₂) y escapan. Si este proceso no es suficiente, el nitrógeno nitrato del nitrógeno total no se eliminará eficazmente. Según los datos operativos de la planta de tratamiento de aguas residuales, cuando la eficiencia de desnitrificación es inferior al 80%, el efecto de eliminación del nitrógeno total se reducirá considerablemente.
Las fuentes de carbono comunes que pueden ser utilizadas por las bacterias desnitrificantes incluyen materia orgánica, como metanol, acetato de sodio, glucosa, etc. Si la cantidad de fuente de carbono orgánico contenida en el propio afluente es insuficiente o se consume durante el proceso de tratamiento, y Si no se añade ninguna fuente de carbono adicional a tiempo, la reacción de desnitrificación no se puede llevar a cabo por completo.
Por ejemplo, la relación carbono-nitrógeno (C/N) de algunas aguas residuales industriales es baja y la fuente de carbono que contienen no es suficiente para sustentar una desnitrificación eficaz. O durante el proceso de tratamiento, debido a un diseño del proceso irrazonable, la fuente de carbono se consume en exceso en la parte inicial y la fuente de carbono es escasa cuando llega a la etapa de desnitrificación.
En este caso, incluso si el proceso de nitrificación puede convertir con éxito el nitrógeno amoniacal en nitrógeno nitrato, debido a la falta de una fuente de carbono suficiente para la desnitrificación, el nitrógeno nitrato no se puede eliminar por completo, lo que da como resultado un bajo nitrógeno amoniacal efluente pero un alto nivel de nitrógeno total.
5. Control inadecuado del oxígeno disuelto
El oxígeno disuelto juega un papel clave en el proceso de nitrificación y desnitrificación del tratamiento de aguas residuales. Las reacciones de nitrificación deben llevarse a cabo en condiciones aeróbicas y se requiere una mayor concentración de oxígeno disuelto para ayudar a las bacterias nitrificantes a convertir el nitrógeno amoniacal en nitrógeno nitrato.
Sin embargo, las reacciones de desnitrificación deben llevarse a cabo en ambientes anóxicos. Si la concentración de oxígeno disuelto es demasiado alta, inhibirá la actividad de las bacterias desnitrificantes e interferirá con el proceso de desnitrificación.
Por ejemplo, en el área de desnitrificación, si el oxígeno disuelto es demasiado alto debido a una aireación desigual, una agitación insuficiente o un diseño de proceso irrazonable, se inhibirá el metabolismo normal de las bacterias desnitrificantes y la actividad de las enzimas desnitrificantes. Esto hará que la reacción de desnitrificación no pueda desarrollarse de manera efectiva. Incluso si el proceso de nitrificación inicial convierte con éxito el nitrógeno amoniacal en nitrógeno nitrato, el nitrógeno nitrato no se convertirá completamente en nitrógeno gaseoso ni se descargará debido a la obstrucción de la desnitrificación, lo que dará como resultado un nivel bajo de nitrógeno amoniacal en el efluente pero un nivel alto de nitrógeno total.
Ajustando los parámetros del proceso, como controlar el oxígeno disuelto (OD) por debajo de 0.5 mg/L, para crear un ambiente más propicio para el crecimiento de bacterias desnitrificantes. Al mismo tiempo, aumentando el tiempo de residencia en la zona anóxica, se puede garantizar que el nitrógeno nitrato tenga tiempo suficiente para convertirse en gas nitrógeno.
6. Edad inadecuada de los lodos
La edad del lodo se refiere al tiempo medio de residencia del lodo activado en todo el sistema. Los diferentes microorganismos tienen diferentes tasas de crecimiento y reproducción, y los requisitos de edad de los lodos también son diferentes.
Las bacterias nitrificantes crecen lentamente y requieren una edad más prolongada del lodo para asegurar su número y actividad en el sistema. Si la edad del lodo es demasiado corta, las bacterias nitrificantes se descargarán del sistema antes de que se reproduzcan por completo y la reacción de nitrificación no podrá llevarse a cabo por completo, lo que dará como resultado una disminución en la eficiencia de convertir el nitrógeno amoniacal en nitrógeno nitrato.
Por otro lado, si la edad del lodo es demasiado larga, puede provocar su envejecimiento y un desequilibrio de la estructura de la comunidad microbiana, en el que la actividad y la cantidad de bacterias desnitrificantes pueden verse afectadas, lo que resulta en una desnitrificación insuficiente y una conversión ineficaz del nitrógeno nitrato en nitrógeno. gas, lo que resulta en un pobre efecto de eliminación de nitrógeno total.
Por ejemplo, en la operación real, si la edad del lodo se establece demasiado corta para lograr una eficiencia excesiva de eliminación de lodo, puede ocurrir una nitrificación incompleta y puede ocurrir una cantidad insuficiente de nitrógeno amoniacal convertido en nitrógeno nitrato; y si la edad de los lodos se extiende excesivamente para ahorrar costos de tratamiento de lodos, puede causar envejecimiento de los lodos y un efecto de desnitrificación deficiente.
7. Defectos de diseño del proceso
Algunas plantas de tratamiento de aguas residuales pueden carecer de enlaces de desnitrificación efectivos en el flujo del proceso debido a una estimación insuficiente de los requisitos para la eliminación total de nitrógeno durante el diseño, por ejemplo:
1. Volumen insuficiente de la zona anóxica: La zona anóxica es el área principal donde ocurre la desnitrificación. Si su volumen es demasiado pequeño, no puede proporcionar suficiente espacio y tiempo de reacción para las bacterias desnitrificantes, lo que resulta en una desnitrificación insuficiente y un efecto deficiente de eliminación de nitrógeno total.
2. Agitación desigual en la zona anóxica: la agitación desigual provocará una mezcla inadecuada de las aguas residuales en la zona anóxica y es posible que algunas áreas no puedan obtener suficientes fuentes de carbono y nitrógeno nitrato, lo que afectará el efecto de desnitrificación.
Para el problema de eliminación total de nitrógeno causado por defectos de diseño, es posible considerar agregar o modificar la zona anóxica y agregar un pretratamiento de hidrólisis y acidificación para aumentar la tasa de conversión de materia orgánica, proporcionando así más fuentes de carbono para respaldar el proceso de desnitrificación.