1. Principio di Degradazione del COD
Il COD si riferisce alla quantità totale di materia organica ossidabile e sostanze inorganiche riducibili nell'acqua. Il nucleo della degradazione consiste nel scomporre la materia organica in piccole molecole innocue, che possono essere classificate in due tipi
1. Degradazione biochimica: i microrganismi aerobici (come i batteri flocculenti nel fango attivo) metabolizzano la materia organica, scomponendola in CO₂ e H₂O mentre sintetizzano le proprie cellule; i microrganismi anaerobici decompongono la materia organica macromolecolare in metano, CO₂ e altre sostanze in condizioni prive di ossigeno. Questo si applica al COD facilmente degradabile (ad esempio, carboidrati e proteine nelle acque reflue domestiche).
2. Degradazione fisico-chimica: per il COD refrattario (come idrocarburi aromatici e composti eterociclici nelle acque reflue industriali), viene impiegata l'ossidazione avanzata (Fenton, ossidazione con ozono) per rompere i legami chimici della materia organica, o viene utilizzata l'adsorbimento (carbone attivo) per separare direttamente gli inquinanti, riducendo così il valore di COD nei corpi idrici.
La composizione della Domanda Chimica di Ossigeno (COD) consiste principalmente in () nei corpi idrici
A. Tutta la materia organica
B. Materia organica ossidabile da agenti ossidanti forti + materia inorganica parzialmente riducibile
C. Tutte le sostanze inorganiche
D. Degradazione della materia organica recalcitrante II. Principi di Degradazione dell'Azoto Ammoniacale
La degradazione dell'azoto ammoniacale (NH₃-N) coinvolge principalmente la trasformazione degli elementi azotati, con percorsi biochimici come metodo dominante, mentre approcci fisico-chimici vengono occasionalmente impiegati in casi specifici
Nitrification-denitrification biochimica
Nitrification: in condizioni aerobiche con pH (7,5-8,5) e temperatura (15-30°C) adatti, i batteri nitrificanti autotrofi (batteri ossidanti del nitrito + batteri ossidanti del nitrato) convertono prima NH₃-N in azoto nitrito (NO₂⁻-N), quindi lo trasformano ulteriormente in azoto nitrato (NO₃⁻-N).
Reazione di Denitrification: i batteri denitrificanti eterotrofi, in condizioni anossiche, utilizzano l'azoto nitrato come accettore di elettroni, riducendolo a N₂, che viene rilasciato nell'atmosfera, completando così la rimozione dell'azoto.
2. Metodo di Fisicalizzazione
◦ Metodo di stripping: regolare il pH delle acque reflue a 10,5-11,5, convertendo gli ioni ammonio (NH₄⁺) in ammoniaca libera (NH₃) e spogliando l'ammoniaca nell'atmosfera tramite aerazione.
Metodo di clorurazione al punto di rottura: aggiunta di ossidanti come il cloro per ossidare l'azoto ammoniacale in N₂, adatta per il trattamento di emergenza di acque reflue a bassa concentrazione di azoto ammoniacale.
III. Fattori Chiave che Influenzano la Degradazione del COD
Caratteristiche della Qualità dell'Acqua: il COD facilmente degradabile (carboidrati, proteine) è significativamente influenzato dall'attività microbica; il COD difficile da degradare (idrocarburi aromatici, composti eterociclici) si basa sull'intensità di ossidazione dei processi di ossidazione avanzata, che non possono essere efficacemente decomposti dai metodi biochimici convenzionali.
2. Condizioni Microbiche: i processi aerobici richiedono sufficiente ossigeno disciolto (DO 2-4mg/L) e concentrazione di fanghi appropriata (MLSS 2000-4000mg/L); i processi anaerobici richiedono un ambiente rigorosamente privo di ossigeno e un tempo di ritenzione dei fanghi (SRT) adeguato. Popolazioni microbiche sbilanciate ridurranno direttamente l'efficienza di degradazione.
3. Parametri Ambientali: temperatura dell'acqua (intervallo ottimale: 20-35°C), pH (6,5-8,5). Basse temperature o acidi/alcali forti possono inibire il metabolismo microbico; sostanze tossiche (metalli pesanti, fenoli) possono danneggiare le popolazioni batteriche, portando a un brusco calo dell'efficienza di rimozione del COD.
4. Operazione del Processo: il tempo di ritenzione idraulica (HRT) e il rapporto di ricircolo nei metodi biochimici, così come il dosaggio dei reagenti chimici (ad esempio, il rapporto Fe²⁺ a H₂O₂ nel reagente di Fenton) e il tempo di reazione nei metodi fisico-chimici, influenzano tutti l'efficienza di degradazione del COD.
4. Fattori Chiave che Influenzano la Degradazione dell'Azoto Ammoniacale
Attività dei batteri nitrosanti: i batteri nitrosanti sono autotrofi, crescono lentamente e sono sensibili alle condizioni ambientali. Richiedono sufficiente ossigeno disciolto (DO ≥2mg/L) e un tempo di ritenzione dei fanghi più lungo (SRT 10-20d). Condizioni anossiche o un tempo di ritenzione dei fanghi eccessivamente breve possono portare a una stagnazione della reazione di nitrosazione.
2. Parametri Ambientali: temperatura dell'acqua (15-30°C), al di sotto dei 10°C riduce significativamente i tassi di nitrificazione; pH (7,5-8,5), condizioni acide inibiscono l'attività dei batteri nitrificanti; sostanze tossiche (come metalli pesanti, cianuro) uccidono direttamente i batteri nitrificanti.
3. Condizioni di Denitrification: i batteri denitrificanti richiedono un ambiente privo di ossigeno e una fonte di carbonio sufficiente (rapporto C/N ≥ 5:1). Una fonte di carbonio inadeguata impedisce la completa denitrification, portando a nitrato residuo dalla conversione dell'azoto ammoniacale e difficoltà nel soddisfare gli standard di azoto totale.
4. Parametri di processo: il tempo di ritenzione idraulica e l'intensità di aerazione nella fase di nitrificazione, così come l'accuratezza della regolazione del pH (10,5-11,5) e il volume d'aria di aerazione nel metodo fisico-chimico (metodo di stripping), influenzano tutti l'efficienza di rimozione dell'azoto ammoniacale.
V. Fattori Comuni che Influenzano
• Carico in ingresso: fluttuazioni eccessive nelle concentrazioni di COD e azoto ammoniacale, che superano la capacità del processo di trattamento, comporteranno una qualità dell'acqua in efflusso 超标.
• Effetto del pretrattamento: se i processi di pretrattamento come griglie e camere di ghiaia non riescono a rimuovere efficacemente i solidi sospesi e le impurità particolate grossolane, possono ostruire i reattori, compromettere l'efficienza del trasferimento di massa e ridurre indirettamente le prestazioni di degradazione.
