Quando si parla delle tecnologie apparentemente misteriose nel trattamento delle acque reflue, l'ammonificazione anaerobica è sicuramente una di queste. Pensateci, generalmente pensiamo che per trattare l'azoto ammoniacale, o dobbiamo aerarlo vigorosamente per trasformarlo in nitrato (nitrificazione aerobica), oppure dobbiamo trovare una fonte di carbonio per trasformarlo in azoto (denitrificazione). Tuttavia, l'ammonificazione anaerobica non è ideale. In un ambiente privo di ossigeno, può mescolare direttamente l'azoto ammoniacale con un'altra sostanza chiamata nitrito, e alla fine trasformarlo in azoto e farlo sfuggire. Questo processo non solo fa risparmiare elettricità per l'aerazione, ma fa anche risparmiare denaro sull'aggiunta di fonti di carbonio. È semplicemente un "esperto di risparmio di denaro" nel settore del trattamento delle acque reflue, quindi ha ricevuto un'attenzione speciale negli ultimi anni.
Come funziona in realtà? Dobbiamo prima conoscere l'"eroe" che c'è dietro: i batteri che ossidano l'ammoniaca in modo anaerobico. Questa cosa non è un batterio qualsiasi. Ha un temperamento molto strano, ha paura sia del freddo che del caldo, ed è particolarmente "otaku". Gli piace stare nel fango anaerobico o nel biofilm, e cresce molto lentamente, molto più lentamente dei batteri nel nostro comune fango attivo. A volte ci vuole una settimana per riprodursi. Poiché cresce lentamente, è difficile da recuperare una volta che i batteri vengono distrutti nel sistema di trattamento.
Lo specifico processo di reazione, per dirla semplicemente, è come una "festa di reazione chimica". I batteri che ossidano l'ammoniaca in modo anaerobico usano l'azoto ammoniacale (NH4+) come "carburante" e il nitrito (NO2-) come "ossidante", e i due reagiscono all'interno dei batteri. Tra questi, l'azoto ammoniacale perde elettroni e viene ossidato, il nitrito ottiene elettroni e viene ridotto. Alla fine, le due "persone" si incontrano immediatamente, la maggior parte delle quali si trasforma in azoto (N2) e corre nell'aria, mentre la restante piccola parte può trasformarsi in nitrato (NO3-) o acqua. L'intero processo viene eseguito in un ambiente anaerobico, senza consumare ossigeno o aggiungere fonti di carbonio aggiuntive come il glucosio. Non è particolarmente efficiente?
Tuttavia, se questa 'festa' può essere tenuta senza problemi è influenzata da molti fattori. Parliamone uno per uno.
Innanzitutto, la temperatura. La temperatura più confortevole per i batteri che ossidano l'ammoniaca in modo anaerobico è probabilmente tra i 30 ℃ e i 35 ℃, quando lavorano di più. Se la temperatura è troppo bassa, ad esempio scende sotto i 15 ℃, l'attività dei batteri sarà notevolmente ridotta e la velocità di reazione rallenterà significativamente; ma se la temperatura è troppo alta, superando i 40 ℃, i batteri potrebbero essere "scottati" o addirittura morire direttamente. Quindi, in pratica, soprattutto negli impianti di trattamento delle acque reflue nel nord, è necessario trovare il modo di isolare il serbatoio di reazione in inverno, altrimenti l'effetto del trattamento diminuirà sicuramente.
Poi c'è il valore del pH. Questo batterio è particolarmente sensibile all'acidità e all'alcalinità, con un intervallo di pH ottimale di circa 7,5-8,0, leggermente alcalino. Se il pH è troppo basso, ad esempio scende sotto 6,5, o troppo alto, superando 8,5, l'attività dei batteri diminuirà. Questo perché le variazioni di pH possono influire sull'attività degli enzimi all'interno delle cellule batteriche. Gli enzimi sono come gli "strumenti" dei batteri, e se gli strumenti non funzionano correttamente, il lavoro naturalmente non sarà in grado di essere svolto.
C'è anche l'ossigeno disciolto, che è il "nemico naturale" dei batteri che ossidano l'ammoniaca in modo anaerobico. La parola 'anaerobico' nel suo nome indica che non può vedere l'ossigeno. Anche una piccola quantità di ossigeno disciolto nell'acqua (ad esempio superiore a 0,1 mg/L) può inibire l'attività batterica e, in casi gravi, causare persino la morte batterica. Quindi l'ossigeno deve essere rigorosamente controllato nel serbatoio di reazione, garantendo generalmente che la concentrazione di ossigeno disciolto sia inferiore a 0,1 mg/L. Ciò richiede la progettazione di un metodo di ingresso dell'acqua ragionevole per evitare l'ingresso di aria e, a volte, è necessario anche il soffiaggio di azoto per rimuovere l'ossigeno.
Successivamente c'è la concentrazione del substrato, che è la concentrazione di azoto ammoniacale e nitrito. Queste due sostanze sono il "cibo" dei batteri, ma non troppo, poiché troppo li "sosterrebbe". La ricerca ha scoperto che quando la concentrazione di nitrito supera un certo limite (ad esempio 200 mg/L o più), inibirà l'attività dei batteri; anche un'elevata concentrazione di azoto ammoniacale non è efficace, poiché può anche avere effetti inibitori. Inoltre, anche il rapporto tra i due è cruciale. In generale, il rapporto di concentrazione tra azoto ammoniacale e nitrito è più adatto tra 1:1 e 1:1,3, proprio come il rapporto appropriato tra sale e salsa di soia durante la cottura, che rende i piatti deliziosi.
Inoltre, anche l'età del fango è importante. Come accennato in precedenza, i batteri che ossidano l'ammoniaca in modo anaerobico crescono lentamente, quindi il fango nel sistema deve essere "conservato per un tempo più lungo", cioè l'età del fango deve essere sufficientemente lunga, di solito mantenuta per almeno 30 giorni, altrimenti verrà scaricato non appena cresce un po', e il numero di batteri nella vasca non sarà sufficiente, il che potrebbe non migliorare l'effetto del trattamento. Questo è anche il motivo per cui i processi di ammonificazione anaerobica utilizzano per lo più apparecchiature come i reattori a batch sequenziali (SBR) o i letti fluidizzati che possono trattenere il fango.
Alcuni inibitori possono anche causare problemi, come i metalli pesanti (come rame, zinco, cromo), alcuni antibiotici e persino composti organici tossici provenienti dalle acque reflue, che possono danneggiare i batteri che ossidano l'ammoniaca in modo anaerobico. Quindi, prima di entrare nell'acqua, è necessario fare un buon lavoro di pretrattamento e cercare di rimuovere queste sostanze nocive il più possibile, altrimenti i batteri che sono stati faticosamente coltivati potrebbero essere "avvelenati".
Infine, il tempo di ritenzione idraulica non può essere ignorato. In parole povere, si riferisce al tempo in cui le acque reflue rimangono nel serbatoio di reazione. Poiché la reazione di ossidazione dell'ammoniaca anaerobica non è particolarmente veloce e i batteri crescono lentamente, le acque reflue devono rimanere nella vasca per un po' più a lungo per consentire ai batteri abbastanza tempo per "mangiare" l'azoto ammoniacale e il nitrito. Se il tempo di permanenza è troppo breve e le acque reflue non vengono completamente trattate prima di defluire, la qualità dell'effluente non soddisferà sicuramente lo standard.
Al giorno d'oggi, la tecnologia di ammonificazione anaerobica è stata applicata in molti luoghi, come il trattamento delle acque reflue ad alto contenuto di azoto ammoniacale, come la liscivia dei rifiuti e le acque reflue degli allevamenti, con risultati particolarmente buoni. Ma non è onnipotente. Ad esempio, quando il nitrato nelle acque reflue non è sufficiente, deve essere combinato con il precedente processo di nitrificazione a breve raggio. Innanzitutto, una parte dell'azoto ammoniacale viene convertita in nitrito, quindi i batteri dell'ammoniaca anaerobica vengono utilizzati per il trattamento.
Nel complesso, la tecnologia di ammonificazione anaerobica è come un "esperto di trattamento delle acque reflue economico ed efficiente", ma per farla funzionare bene, è necessario regolare la temperatura pH、 L'ossigeno disciolto è ben servito, altrimenti non sarebbe disposto a contribuire. Con la crescente maturità della tecnologia, crediamo che in futuro più impianti di trattamento delle acque reflue la utilizzeranno, migliorando il nostro ambiente idrico.
