نیتریفیکاسیون در تصفیه فاضلاب
نیتریفیکاسیون اصطلاح مورد استفاده برای توصیف یک فرآیند بیولوژیکی دو مرحله ای است که در آن ازت آمونیاکی به نیتریت و نیتریت به نیترات اکسید می شود. ضرورت نیتریفیکاسیون در تصفیه فاضلاب با توجه به نگرانی های مربوط به کیفیت آب از جمله موارد زیر است:
- اثر آمونیاک بر آب های پذیرنده با توجه به تاثیر آن بر روی غلظت اکسیژن محلول و سمیت برای ماهی ها
- ضرورت حذف نیتروژن برای کنترل اتروفیکاسیون
- ضرورت کنترل نیتروژن برای استفاده مجدد آب از جمله تغذیه آب های زیرزمینی
در حال حاضر حداکثر غلظت آلاینده (MCL) برای نیترات در آب آشامیدنی، معادل 45mg/L برحسب نیترات و 10mg/L برحسب نیتروژن است.
غلظت کل نیتروژن آلی و غلظت نیتروژن آمونیاکی در فاضلاب های شهری معمولا در گستره 25 تا 45mg/L برحسب نیتروژن براساس میزان جریان 450L/d هر نفر است. در بسیاری از نقاط جهان با منابع آب محدود، غلظت نیتروژن کل بیش از 200mg/l در فاضلاب های خانگی اندازه گیری شده است.
توصیف فرآیند نیتریفیکاسیون بیولوژیکی
نیتریفیکاسیون نیز مشابه حذف BOD می تواند در هر دو فرآیند بیولوژیکی رشد معلق و رشد چسبیده انجام شود. در فرایندهای رشد معلق رویکرد معمول حذف همزمان BOD و نیتریفیکاسیون در فرآیند تک مرحله ای لجن فعال متشکل از یک حوضچه هوادهی، زلال ساز و سیستم برگشت لجن است. در مواردی که احتمال حضور مواد سمی و بازدارنده در فاضلاب زیاد است، ممکن است از سیستم رشد معلق دو لجنی استفاده شود.
در سیستم های رشد چسبیده مورد استفاده برای نیتریفیکاسیون، بیشتر BOD باید قبل از غالب شدن ارگانیزم های نیترات ساز حذف شود. باکتری های هتروتروف دارای بازده جرم سلولی بیشتری بوده و در نتیجه می توانند نسبت به نیتریفایرها در سطح لایه بیولوژیکی غالب شوند. در یک راکتور رشد چسبیده، نیتریفیکاسیون می تواند بعد از حذف BOD یا در یک سیستم رشد چسبیده مجزا مختص نیتریفیکاسیون انجام شود.
میکروب شناسی فرآیند نیتریفیکاسیون
در لجن فعال و فرآیندهای رشد چسبیده، باکتری های اتوتروف هوازی مسئول نیتریفیکاسیون هستند. نیتریفیکاسیون یک فرآیند دو مرحله ای است که دو گروه باکتری در آن دخیل هستند. در مرحله نخست آمونیاک به وسیله گروهی از باکتری های اتوتروف به نیتریت اکسید می شود. در مرحله دوم نیتریت توسط گروهی از باکتری های اتوتروف به نیترات اکسید می شود. باید توجه شود که این دو گروه از باکتری های اتوتروف کاملا با هم متفاوتند. با توجه به آزمایش های انجام شده در گذشته درباره نیتریفیکاسیون جنس های باکتری هایی که فرآیند نیتریفیکاسیون را در تصفیه فاضلاب انجام می دهند، باکتری های اتوتروف نیتروزموناس و نیتروباکتر هستند که اولی آمونیوم را به نیتریت و دومی نیتریت را به نیترات اکسید می کند.
سایر باکتری های اتوتروف که قادرند انرژی مورد نیاز خود را از اکسیداسیون آمونیاک به نیتریت به دست آورند، شامل باکتری های با پیشوند نیتروزو نظیر نیتروزوکوکوس، نیتروزوسپیرا، نیتروزولوباس و نیترورویبریو هستند. علاوه بر نیتروباکتر، نیتریت می تواند به وسیله سایر باکتری اتوتروف شامل گونه های نیترو از قبیل نیتروکوکوس، نیتروسپیرا و نیتروسپینا و نیتروایستیس اکسید شود.
عوامل محیطی موثر بر نیتریفیکاسیون
نیتریفیکاسیون به وسیله عوامل محیطی متعددی از جمله pH، سمیت، فلزات و آمونیاک غیر یونی تحت تاثیر قرار می گیرد.
-
غلظت یون هیدروژن pH
نیتریفیکاسیون نسبت به pH حساس است و سرعت آن به میزان قابل توجهی در pH زیر 6/8 کاهش می یابد. در pH نزدیک 5/8 تا 6، سرعت نیتریفیکاسیون ممکن است 10 تا 20 درصد سرعت در pH برابر 7 باشد. سرعت بهینه نیتریفیکاسیون در pH حدود 7/5 تا 8 رخ می دهد. برای حفظ نیتریفیکاسیون در حد قابل قبول معمولا pH بین 7 تا 7/2 تنظیم می شود. همچنین در مواقعی که قلیاییت فاضلاب کم باشد، در تصفیه خانه به فاضلاب قلیاییت اضافه می شود تا pH در حد بهینه تنظیم گردد. میزان ماده قلیایی اضافه شده به غلظت اولیه قلیاییت و میزان آمونیاکی که قرار است اکسید شود بستگی دارد. قلیاییت بسته به هزینه و مشکلات بهره برداری ممکن است به شکل آهک، کربنات سدیم، بی کربنات سدیم یه هیدروکسید منیزیم اضافه شود.
-
سمیت
ارگانیزم های نیترات ساز به طیف گسترده ای از ترکیبات آلی و معدنی در غلظت های خیلی پایین تر از آنچه که ممکن است ارگانیزم های هتروتروف هوازی را تحت تاثیر قرار دهد،حساس هستند. در موارد متعددی حتی با وجود تداوم رشد باکتری و اکسیداسیون آمونیاک و نیتریت، سرعت نیتریفیکاسیون کاهش می یابد. در برخی موارد سمیت ممکن است به اندازه ای باشد که باعث کشته شدن باکتری های نیترات ساز گردد.
-
فلزات
فلزات نیز برای نیتریفایرها مشکل ساز هستند
-
آمونیاک غیریونی
آمونیاک غیریونی یا آزاد و اسید نیترو غیریونی نیز از عوامل بازدارنده نیتریفیکاسیون هستند. اثرات بازدارندگی به غلظت گونه های نیتروژن کل، درجه حرارت و pH بستگی دارد.
