De term anoxisch verwijst naar een omgeving of proces waarin geen opgeloste zuurstof (O₂) aanwezig is. In tegenstelling tot anaeroob (volledig zonder zuurstof) kunnen anoxische omstandigheden echter andere zuurstofbronnen bevatten, zoals nitraat (NO₃-) als elektronenacceptoren. De term is vooral relevant bij water- en afvalwaterzuivering, vooral bij biologische stikstofverwijdering, zoals denitrificatie. Anoxische omstandigheden worden specifiek gecreëerd om de stikstof in het afvalwater om te zetten in elementaire stikstof (N₂) door de afbraak van nitraat, dat als gas ontsnapt in de atmosfeer.
Inhoudsopgave
Technische achtergrond
In anoxische reactoren of zones wordt de biologische afbraak van organische stoffen uitgevoerd door bacteriën die nitraat (NO₃-) of nitriet (NO₂-) kunnen gebruiken als alternatieve elektronenacceptoren, aangezien zuurstof niet beschikbaar is als elektronenacceptor. Het anoxische milieu wordt vaak gebruikt in biologische afvalwaterzuiveringsprocessen, vooral voor stikstofverwijdering. Het denitrificatieproces is het centrale biologische proces dat plaatsvindt in anoxische zones.
Denitrificatie:
Het denitrificatieproces vindt plaats onder anoxische omstandigheden, waarbij speciale denitrificerende bacteriën nitraat of nitriet kunnen reduceren. Dit proces verloopt in verschillende stappen:
- Nitraatreductie (NO₃- naar NO₂-): De denitrificerende bacteriën gebruiken nitraat als een elektronenacceptor en reduceren het tot nitriet.
- Nitrietreductie (NO₂- tot NO): Het gevormde nitriet wordt verder gereduceerd tot stikstofmonoxide (NO).
Denitrificatie is cruciaal voor het verwijderen van stikstofverbindingen in afvalwater en het voorkomen van overbemesting van waterlichamen, wat kan leiden tot eutrofiëring.
Anoxische omstandigheden in de praktijk
Bij de behandeling van industrieel afvalwater worden anoxische omstandigheden specifiek gebruikt om het stikstofgehalte in afvalwater te verlagen. Dit gebeurt in speciale anoxische reactoren of anoxische zones binnen actiefslibinstallaties of SBR-reactoren (Sequencing Batch Reactor). Anoxische behandeling wordt vaak uitgevoerd als onderdeel van een proces in twee fasen:
- Nitrificatie (aëroob): In een eerste stap wordt ammonium (NH₄⁺) geoxideerd tot nitraat door nitrificerende bacteriën onder aerobe omstandigheden.
- Denitrificatie (anoxisch): In de tweede stap wordt het nitraat gereduceerd tot stikstofgas onder anoxische omstandigheden en ontsnapt het in de atmosfeer.
Anoxische omstandigheden worden meestal gebruikt in de volgende systemen:
1. actief slibproces met anoxische zone:
- In actief-slibinstallaties wordt het afvalwater eerst belucht om de ammoniumstikstof via nitrificatie te oxideren tot nitraat. Vervolgens wordt het water naar een anoxische zone geleid, waar de denitrificerende bacteriën het nitraat reduceren tot stikstofgas.
Afbeelding: Denitrificatie tank van onze ALMA BHU BIO fabriek
2. sequencing batch reactor (SBR):
- De SBR-reactor kan in verschillende fasen werken, waaronder een anoxische fase voor denitrificatie. Hierbij wordt het nitraat in het afvalwater afgebroken tijdens een fase zonder zuurstoftoevoer.
3. membraanbioreactoren (MBR):
- Speciale anoxische zones kunnen worden geïntegreerd in MBR-systemen om stikstofverwijdering te ondersteunen. Deze systemen combineren biologische behandeling met membraanfiltratie om een hogere waterkwaliteit te bereiken.
Afbeelding: Compacte membraanbioreactor in modulair ontwerp(ALMA BIO MBR)
4. denitrificatie filter:
- Denitrificatie filters worden vaak gebruikt in circulatiesystemen of koelcircuits om het nitraatgehalte te verlagen en de stikstofbelasting te verminderen.
Voordelen van anoxische behandeling
Efficiënte verwijdering van stikstof: Anoxische omstandigheden maken de verwijdering van nitraat uit afvalwater mogelijk, wat bijdraagt aan de vermindering van de stikstofbelasting en naleving van de lozingslimieten.
Voorkomen van eutrofiëring: Denitrificatie voorkomt dat hoge stikstofniveaus in waterlichamen terechtkomen en overbemesting veroorzaken, wat het ecologisch evenwicht in rivieren en meren zou kunnen verstoren.
Besparing van hulpbronnen: Het gebruik van nitraat als een elektronenacceptor bespaart energie, omdat er geen externe zuurstoftoevoer nodig is om de micro-organismen in het afbraakproces te ondersteunen.
Uitdagingen en bedieningsinstructies
Optimale omstandigheden: Denitrificatie verloopt alleen optimaal onder strikt anoxische omstandigheden. Dit vereist een nauwkeurige regeling van de zuurstoftoevoer en de koolstofbron die als voedsel dient voor de denitrificerende bacteriën. Methanol of een vergelijkbare koolstofbron wordt vaak toegevoegd om het denitrificatieproces te ondersteunen.
Continue controle: Het controleren van het zuurstofgehalte en de nitraatconcentratie is cruciaal voor de werking van anoxische systemen. Een onjuiste controle kan ertoe leiden dat de denitrificatie inefficiënt verloopt of wordt onderbroken.
Conclusie
Anoxische omstandigheden zijn een onmisbaar onderdeel van biologische stikstofverwijdering in afvalwaterzuivering. Ze maken denitrificatie mogelijk, waarbij nitraat wordt omgezet in onschadelijk stikstofgas. Deze processen zijn vooral belangrijk in industriële watertechnologie om hoge stikstofconcentraties te verwijderen en de stikstofcyclus in afvalwater te sluiten. In combinatie met aerobe processen in actiefslib- en SBR-installaties zijn anoxische processen een effectieve methode om naleving van wettelijke vereisten en duurzame waterzuivering te garanderen.
