Nan domèn tretman dlo ize, transfòmasyon byolojik nitwojèn se pwosesis debaz pou reyalize retire nitwojèn ak fosfò ak satisfè estanda emisyon yo. Pwosesis sa a enplike pa yon sèl reyaksyon, men pito yon fini kowòdone nan twa etap kle: amonifikasyon, nitrifikasyon, ak denitrifikasyon. Ansanm, etap sa yo piti piti konvèti nitwojèn òganik konplèks ak nitwojèn inòganik nan dlo ize nan gaz nitwojèn inofansif, fondamantalman diminye chaj nitwojèn nan kò dlo.
Entwodiksyon
Azòt nan dlo egou yo sitou egziste nan fòm nitwojèn òganik (tankou pwoteyin ak ure) ak nitwojèn amonyak. Egzeyat dirèk ka mennen nan pwoblèm anviwonmantal tankou eutrophication nan kò dlo. Metòd tretman byolojik, ak avantaj yo nan efikasite segondè ak ekonomi, yo te vin teknoloji endikap pou retire nitwojèn nan dlo egou. Prensip debaz la se sèvi ak aktivite metabolik diferan mikwo-òganis nan kondisyon espesifik anviwònman an pou transfòme eleman nitwojèn piti piti, finalman reyalize retire gaz nan kò dlo nan atmosfè a. Sa ki anba la yo pral sistematik diseksyon mekanis debaz nan pwosesis sa a.
I. Amonifikasyon: konvèsyon azòt òganik nan nitwojèn amonyakal
Amonifikasyon se premye etap la nan retire nitwojèn nan dlo ize, refere li a konvèsyon nan konpoze nitwojèn òganik nan
Pwosesis la prensipalman fasilite pa bakteri amonifyan. Tou depan de kontni oksijèn nan anviwònman an, li ka klase nan de chemen: transfòmasyon aerobic ak transfòmasyon anaerobik.
1. Aerobic transfòmasyon
Anba kondisyon aerobic, mikwo-òganis tankou Aeromonas hydrophila, Bacillus cereus, ak fakultatif Proteus vulgaris patisipe nan reyaksyon an, sitou degrade nitwojèn òganik atravè de mekanis prensipal:
• Deaminasyon oksidatif: Anba kataliz oksidaz, asid amine piti piti pèdi gwoup amine yo pou jenere asid keto ak amonyak.
Pran alanine kòm yon egzanp:
CH3CH(NH2)COOH→ CH3C(NH2)COOH → CH3COCOOH + NH3
(Alanine → asid iminopropionik → asid piruvik + amonyak)
• Idwoliz amonyak: Anba aksyon anzim idrolitik, nitwojèn -ki gen konpoze òganik tankou ure yo idrolize pou pwodui amonyak.
Reyaksyon idroliz ure:
(NH2)2CO + 2H2O → 2NH{3 + CO2 + H2O
Bakteri ki enplike nan pwosesis sa a gen ladan bakteri aerobic tankou Enterococcus faecalis ak Bacillus urea.
2. konvèsyon anaerobik
Nan anviwònman anaerobik oswa oksijèn-ki manke, mikwo-òganis anaerobik ak anaerobi fakilatif yo konplete amonifikasyon atravè twa chemen:
• Rediksyon ak dezaminasyon:
RCH(NH2)COOH + 2H → RCH2COOH + NH3
• Retire amonyak ki baze sou dlo{0}:
RCH(NH2)COOH + 2H2O → RCH(OH)COOH + NH3
• Dezidratasyon ak dezaminasyon:
CH2(OH)CH(NH2) → CH3COCOOH + NH3+H2O
II. Nitrifikasyon: Oksidasyon nitwojèn amonyak nan nitrat nitrat
Nitrifikasyon se dezyèm reyaksyon debaz ki oksidasyon NH3-N nan NOx-N, ki se sinèrjetik ranpli pa bakteri nitrite ak bakteri nitrat, epi li divize an de etap: nitrifikasyon ak nitrifikasyon.
1. Mekanis reyaksyon
• Reyaksyon nitritasyon (domine pa bakteri nitrite):
NH3 + 1.5O2 → NO2− + H+ + H2O + 273.5kJ
• Reyaksyon nitrifikasyon (domine pa nitrobakteri):
NO2− + 0.5O2 → NO3− + 73.19kJ
• Fòmil reyaksyon jeneral:
NH3 + 2O2 → NO3− + H+ + H2O + 346.69kJ
2. Karakteristik pwosesis kle
• Demann oksijèn segondè: Konsomasyon teyorik nan 4.2g pou chak retire 1g, kidonk reyaksyon nitrifikasyon an bezwen fèt nan kondisyon ase aere.
• Pousantaj kwasans ki ba: Bakteri nitrifyan yo gen yon pwodiksyon selil ki ba anpil, epi yo gen plis tandans fè aktivite ensifizan pandan mwa ivè frèt yo. Se poutèt sa, li nesesè kenbe yon konsantrasyon depo segondè asire efikasite tretman an.
• Konsomasyon alkalinite: Reyaksyon an jenere yon gwo kantite H+. Teyorikman, 7.54g alkalinite (kalkile kòm CaCO3) konsome pou chak 1g oksidasyon. Li nesesè pou kenbe sistèm pH estabilite lè w ajoute ajan alkalin.
III. Denitrifikasyon: Rediksyon azòt nitrat nan gaz nitwojèn
Denitrifikasyon se etap final la nan retire nitwojèn nan dlo ize. Li refere a pwosesis kote bakteri denitrifye diminye NOx-N ak lòt oksid nitwojèn nan gaz nitwojèn oswa oksid nitwojèn gaz kòm aseptè elektwon nan kondisyon anaerobik oswa oksijèn -defisi (DO < 0.3 ~ 0.5mg/L).
1. Mekanis reyaksyon
𝑁𝑂3−→𝑁𝑂2−→>𝑁𝑂→𝑁2𝑂→𝑁2
Reyaksyon rediksyon konplè (pran konpoze òganik kòm donatè elèktron kòm egzanp):
NO3−+5[H] (donatè elèktron) → 0.5N2 + 2H2O + OH−
NO2− + 3[H] (donatè elèktron) → 0.5N2 + H2O + OH−
2. Kondisyon sous kabòn ak karakteristik mikwòb
• Konsomasyon sous kabòn: Teyorikman, 2.86g sous kabòn oblije konvèti 1g azòt nitrat nan N2, epi li nesesè 1.71g matyè òganik pou konvèti 1g azòt nitrat.
• Divèsite donatè elèktron: [H] ka bay pa konpoze òganik, sulfid, elatriye, ki ofri plizyè opsyon sous kabòn pou optimize pwosesis.
• Karakteristik mikwòb: Bakteri denitrifikasyon yo se sitou bakteri fakilatif, ki respire lè l sèvi avèk O2 kòm aseptè elèktron tèminal nan prezans oksijèn, epi sèvi ak NOx−N pou respirasyon nan absans oksijèn. Karakteristik sa a se fondasyon debaz pwosesis denitrifikasyon anoksik la.
Rezime
Transfòmasyon byolojik nan nitwojèn nan dlo egou se yon pwosesis chèn ki konekte:
Amonifikasyon kraze molekil nitwojèn òganik, lage nitwojèn amonyak;
Nitrifikasyon enplike nan oksidasyon gradyèl nan nitwojèn amonyakal nitrat nitrat nan yon anviwònman aerobic;
Denitrifikasyon diminye nitrat nitwojèn nan gaz nitwojèn nan anviwònman anoksik, finalman reyalize retire nitwojèn nan kò dlo nan atmosfè a.
Operasyon efikas nan pwosesis sa a depann sou kontwòl egzak sou paramèt kle tankou kontni oksijèn, alkalinite, sous kabòn, ak tanperati, epi li sèvi kòm sipò teknik debaz pou reyalize retire nitwojèn ki estab nan plant modèn dlo ize iben ak tretman dlo ize endistriyèl.