Hidrológiai Közlöny 1977 (57. évfolyam)
6-7. szám - Dr. Öllős Géza: Nitrogéneltávolítás a szennyvízből
Dr. öllős G.: Nitrogéneltávolítás Hidrológiai Közlöny 1977. 6—7. sz. 249 tása azon alapul, hogy a mikroorganizmusok — ha bizonyos elemek, tápanyagok és környezeti tényezők rendelkezésre állnak —• a nitrogént (és foszfort) szervezetükbe beépítik. Figyelembe véve, hogy a sejtanyag közelítőleg a C 5H 70 2N alakban jellemezhető, kiadódik, hogy például minden 45,4 dkg keletkező sejtanyaghoz 5,9 dkg nitrogén-tápanyag szükséges. (A foszfor mennyisége kb. a nitrogén 1/ s-e.) Ha tehát a tápanyagokat és azok mennyiségét megfelelően lehetne megválasztani, akkor a szennyvíz összes oldható nitrogén (és foszfor) menynyiségét a sejtbeli szerves vegyületekké lehetne átalakítani. A tápanyagok optimális mennyiségét azonban nem tudjuk szabályozni az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítási folyamatban (2. ábra) [23, 24]. Ez pedig azt jelenti, hogy az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítás a kívánt mértékű nitrogéneltávolítást nem tudja biztosítani. Ha szénhidrátok vagy alkoholok szennyvízbe adagolása lehetséges [4], akkor az ammónia sejt anyaggá való asszimilálása az energia, ill. a szintézis-reakció alapján a következőképpen jellemezhető [5]; OH 3OH + 0, — 00 2 + 2 H 20 (1) 5 GH3OH + NH 3 + 0 2 — C 5H 70 2N 4- 8 H,0 (2) Az összes adagolandó metilalkohol végső soron tehát az energia nyeréshez és a szintézishez szükséges mennyiség arányából adódik. Ha például az arány 1 : 3, akkor az adagolandó metilalkohol (CH 3OH) mennyisége a következő reakcióegyenletből számítható [5]: 2OCH3OH+ 150,+ 3NH 3- 3C 5H,0,N+ 500, + + 34H 20 ~ (3) A biológiai tisztítás során a szerves nitrogén zöme ammóniummá alakul, majd ez részben — a tisztítási rendszertől (pl. fajlagos iszapterhelés) függően — tovább alakulhat nitriten keresztül nitráttá. Közben a nitrogén egy része a sejtekbe beépül (sejtanyaggá válik), de a maradék ammónium-koncentráció is jelentős lehet. Az előülepítő a szerves nitrogén egy részét, a tisztítótelepre érkező összes nitrogén legfeljebb 20%-át távolítja el. A biológiai tisztítás, valamint az utóülepítós az összes nitrogén újabb 10—20%-át távolítja el. így az első és második (biológiai) tisztítás együtt az összes nitrogén legfeljebb 30%-át képes eltávolítani [30]. 5.2. Nitrifikáció és denitrifikáció A nitrogén eltávolítása ez esetben egy vagy két lépcsős lehet. Ha tisztítandó szennyvízben a nitrogén ammónia-nitrogén formájában van jelen, a tisztítás kétlépcsős. Az első lépcsőben az ammónia aerob oxidáció révén alakul át nitráttá (nitrifikáció). A második lépcsőben a nitrátok anaerob úton alakulnak át nitrogéngázzá (denitrifikáció). A nitráttá-alakítási igény az eljárás hátránya gazdasági szempontból. Ha a szennyvízben a nitrogén nitrát alakjában van jelen, csak a denitrifikációs lépcső beiktatása szükséges. 5.21. A nitrifikáció során az ammónium-ion a nitrifikáló autotróf baktériumok által két lépcsőben alakul át nitráttá. Ezt a folyamatot a következő energia-reakciók jellemzik [5]: NH, + — O, Nitrosomonas > N0:+2H ++H„O ..„. 1 .. Nitrobakter . T„_ N0 2 -l--^- 0 2 — V N0 3 NH 4 + + 2 O a • NOJ + 2 H + + H 20 2 (4) (5) (6) Miközben a baktériumok az ammónium-ionok egy részét energia szerzés céljaira hasznosítják, másik részét sejtanyaggá asszimilálják [4]: 4 C0 2 + HCOJ + NH 4 + + H 20 - 0 5H 70 2N + 5 0 2 (7) Az ammónium-ion nitráttá oxidálását kifejező teljes reakcióegyenlet [4]: 22 NH 4 + + 37 0 2 + 4 C0 2+ HC0 3~ -0 5H,0 2N + + 21 NO" + 20 H,0 + 42 H + Valamely kétlépcsős nitrifikációs rendszert a 3. ábra szemlélteti [6]. Nitrifikáció Fölösiszap Fölösiszap 3. ábra. Kétlépcsős biológiai rendszer a teljes nitrifikáció eléréséhez Puc. 3. JJeyxcmynemaman öuoAoeutecKan cucmeMu K docmuoKenum momaAbHoü HumpucßuKaiiuu Abb. 3. Zweistufiges biologisches System für die Erreicherung der vollen Nitrifikation Nitrifikációt önmagában, biológiai denitrifikáció nélkül akkor alkalmaznak, ha az igény csupán az ammónia-nitrogén eltávolítása. Az ammónium oxidációja 98%-os is lehet. A nitrifikáció a második vagy a harmadik tisztítási lépcsőben egyaránt megvalósítható, mindkét esetben vagy eleveniszapos vagy csepegtetőtestes rendszer alkalmazható. 5.22. A denitrifikáció a nitrit és nitrát olyan (részleges) redukciója, amelynek során elsősorban elemi nitrogén keletkezik. Tekintettel, hogy a nitrifikáló rendszert elhagyó szennyvíz gyakolatilag nem tartalmaz BOI anyagokat, a denitrifikáció nagyon lassú. Ezért a reakció gyorsítása céljából széntartalmú anyagot — tehát hidrogéndonort — (pl. metilalkoholt, CH 3OH) célszerű a denitrifikáló rendszerbe adagolni [7]. Ekkor a denitrifikáció első és második reakciólépcsőjének energia egyenletei : 6NO3-+ 2CH 3OH-6NO~ +2C0 2 + 4H 20 (9)
