Nitraat is een chemische verbinding en een eindproduct in de biologische stikstofcyclus dat wordt geproduceerd door het oxidatieproces van ammonium en nitriet in afvalwater. Nitraat speelt een centrale rol bij de behandeling van industrieel afvalwater, vooral bij de verwijdering van stikstof, om te voldoen aan de wettelijke vereisten voor de lozing van afvalwater in waterlichamen. Hoewel nitraat minder giftig is dan ammonium en nitriet, is het in hoge concentraties een milieuvervuilende stof, met name door het bevorderen van eutrofiëring (overbelasting met voedingsstoffen) in waterlichamen, waardoor algengroei en zuurstofdepletie kunnen toenemen.
Inhoudsopgave
Technische achtergrond en ontwikkeling
Nitraat wordt gevormd tijdens nitrificatie, een biologisch proces waarbij stikstofhoudende verbindingen worden omgezet door micro-organismen:
- Ammoniumoxidatie (eerste fase van nitrificatie):
- In de eerste fase van nitrificatie wordt ammonium (NH₄⁺) geoxideerd tot nitriet (NO₂-) door ammoniumoxiderende bacteriën (AOB).
- Nitrietoxidatie (tweede fase van nitrificatie):
- In de tweede fase wordt nitriet geoxideerd tot nitraat (NO₃-) door nitrietoxiderende bacteriën (NOB).
- Reactievergelijking:
Nitraat wordt als relatief stabiel beschouwd en hoopt zich op in natuurlijke en kunstmatige waterlichamen als het niet wordt verwijderd. Het kan zich sterk ophopen in drinkwater en landbouwgebieden als gevolg van de toevoer van meststoffen en inadequate behandeling van afvalwater.
Het belang van nitraat in waterbehandeling
De verwijdering van nitraat wordt steeds belangrijker bij de behandeling van afvalwater, omdat hoge nitraatgehaltes kunnen leiden tot vervuiling van waterbronnen. Nitraat zelf is schadelijk voor de gezondheid in hoge concentraties, vooral in drinkwater, omdat het kan leiden tot methemoglobimenie (ook bekend als het "blauwebabysyndroom") bij zuigelingen. In de Europese Unie is de grenswaarde voor nitraat in drinkwater 50 mg/l, wat de noodzaak van efficiënte nitraatverwijdering uit afvalwater benadrukt.
Nitraatverwijdering in afvalwaterbehandeling
De verwijdering van nitraat uit afvalwater wordt meestal bereikt door denitrificatie, een biologisch proces waarbij nitraat wordt gereduceerd tot stikstofgas (N₂) door denitrificerende bacteriën onder anoxische omstandigheden. Dit proces is bijzonder efficiënt in anoxische reactoren of afvalwaterzuiveringsinstallaties waar koolstofbronnen worden toegevoegd om de bacteriën te voorzien van het nodige substraat om nitraat te reduceren.
Foto: Denitrificatie- en nitrificatietank voor industrieel afvalwater van de voedselindustrie in Chili, ALMA BHU BIO plant
Proces van denitrificatie
Denitrificatie is een meerfasig biologisch proces waarbij nitraat door verschillende tussenproducten (NO₂-, NO, N₂O) gereduceerd wordt tot stikstofgas (N₂). Denitrificatie vindt plaats volgens de volgende reactieketen:
Dit proces vereist anoxische omstandigheden, d.w.z. een gebrek aan zuurstof, evenals een organische koolstofbron (bijv. methanol, ethanol of acetaat) om de denitrificerende micro-organismen te voeden.
Uitdagingen en werkomstandigheden voor nitraatverwijdering
Zuurstofgebrek: Denitrificatie kan alleen plaatsvinden in een omgeving zonder vrije zuurstof. Een gebrek aan zuurstof zorgt ervoor dat de micro-organismen nitraat gebruiken als een elektronenacceptor.
Koolstofbron: Omdat het denitrificatieproces een organische koolstofbron vereist, is de toevoeging van substraten vaak noodzakelijk als het afvalwater niet voldoende organische koolstof bevat.
Temperatuur: Denitrificatie is sterk afhankelijk van de temperatuur. De optimale temperatuur ligt tussen 15 °C en 30 °C, hoewel koudere omstandigheden het proces aanzienlijk kunnen vertragen.
Milieurelevantie van nitraat
- Eutrofiëring: Nitraat draagt aanzienlijk bij tot de overbemesting van waterlichamen, wat de groei van algen en andere waterplanten bevordert. Dit leidt tot zuurstofgebrek in de getroffen waterlichamen en brengt het waterleven in gevaar.
- Drinkwatervervuiling: In landbouwgebieden kan nitraat uit meststoffen in het grondwater terechtkomen, waardoor de drinkwatervoorziening in gevaar komt. Hier zijn effectieve afvalwaterbehandelingsprocessen nodig om het nitraat te verwijderen voordat het wordt geloosd.
ALMAWATECH oplossingen voor nitraatverwijdering
ALMAWATECH biedt oplossingen op maat voor de efficiënte verwijdering van nitraat uit industrieel afvalwater. Deze omvatten
ALMA BHU Bio
Onze biologisch geactiveerde actiefslibinstallatie combineert nitrificatie en denitrificatie in een modulair systeem dat ontworpen is voor grote afvalwaterstromen. Deze installatie kan tot 500 m³/u afvalwater met een hoge stikstofbelasting verwerken. Nitrificatie vindt plaats in de beluchte fase, die wordt geregeld door automatische regelsystemen om de zuurstoftoevoer en andere parameters te optimaliseren.
ALMA BioFil Compact
Dit compacte biofiltratiesysteem voor kleinere afvalwaterstromen (tot 100 m³/u) combineert nitrificatie en denitrificatie in één efficiënt systeem. Het is ideaal als voorbehandeling voor downstream membraansystemen en vermindert stikstofverbindingen die kunnen leiden tot vervuiling in omgekeerde osmosesystemen.
Afbeelding: 3D-ontwerp van ons biologisch geactiveerd ALMA BioFil Compact filtratiesysteem
ALMA BHU BAF
De grootschalige biofiltratie-installatie in de betonbouw biedt efficiënte nitrificatie voor afvalwaterstromen tot 1.000 m³/u. Deze installatie maakt gebruik van een geïntegreerd systeem van aerobe en anoxische zones om de stikstofverwijdering te maximaliseren. Bijzonder geschikt voor de voedingsmiddelen- en drankenindustrie en gemeentelijke afvalwaterstromen.
Afbeelding: Foto van onze biologisch geactiveerde filtratie, een combinatieproces van mechanische reiniging en biologische afbraak(ALMA BHU BAF)
Conclusie
Nitraat is een eindproduct in de biologische stikstofcyclus dat in hoge concentraties schadelijk kan zijn voor het milieu en de menselijke gezondheid. De verwijdering van nitraat uit afvalwater is cruciaal om het milieu te beschermen en te voldoen aan wettelijke limieten. Met de geavanceerde technologieën van ALMAWATECH kunnen nitrificatie- en denitrificatieprocessen efficiënt worden geïntegreerd in industriële afvalwaterzuiveringsinstallaties om een volledige verwijdering van stikstof te garanderen.
