Termin anoksyczny odnosi się do środowiska lub procesu, w którym nie występuje rozpuszczony tlen (O₂). W przeciwieństwie do warunków beztlenowych (całkowicie pozbawionych tlenu), warunki anoksyczne mogą jednak zawierać inne źródła tlenu, takie jak azotany (NO₃-) jako akceptory elektronów. Termin ten jest szczególnie istotny w oczyszczaniu wody i ścieków, zwłaszcza w biologicznym usuwaniu azotu, takim jak denitryfikacja. Warunki beztlenowe są specjalnie tworzone w celu przekształcenia azotu w ściekach w azot pierwiastkowy (N₂) poprzez rozkład azotanu, który ulatnia się do atmosfery w postaci gazu.

Zaplecze techniczne

W reaktorach lub strefach beztlenowych biodegradacja substancji organicznych jest przeprowadzana przez bakterie, które są w stanie wykorzystać azotany (NO₃-) lub azotyny (NO₂-) jako alternatywne akceptory elektron ów, ponieważ tlen nie jest dostępny jako akceptor elektronów. Środowisko beztlenowe jest często wykorzystywane w biologicznych procesach oczyszczania ścieków, zwłaszcza do usuwania azotu. Proces denitryfikacji jest głównym procesem biologicznym zachodzącym w strefach beztlenowych.

Denitryfikacja:

Proces denitryfikacji zachodzi w warunkach beztlenowych, w których specjalne bakterie denitryfikacyjne mają zdolność redukcji azotanów lub azotynów. Proces ten przebiega w kilku etapach:

  1. Redukcja azotanów (NO₃- do NO₂-): Bakterie denitryfikacyjne wykorzystują azotany jako akceptory elektronów i redukują je do azotynów.
  2. Redukcja azotynów (NO₂- do NO): Utworzony azotyn jest dalej redukowany do tlenku azotu (NO).

Denitryfikacja ma kluczowe znaczenie dla usuwania związków azotu ze ścieków i zapobiegania nadmiernemu nawożeniu zbiorników wodnych, co może prowadzić do eutrofizacji.

Warunki beztlenowe w praktyce

W oczyszczaniu ścieków przemysłowych warunki anoksyczne są wykorzystywane w szczególności w celu zmniejszenia zawartości azotu w ściekach. Odbywa się to w specjalnych reaktorach anoksycznych lub strefach anoksycznych w oczyszczalniach z osadem czynnym lub reaktorach SBR (Sequencing Batch Reactor). Oczyszczanie anoksyczne jest często przeprowadzane w ramach procesu dwuetapowego:

  1. Nitryfikacja (tlenowa): W pierwszym etapie amon (NH₄⁺) jest utleniany do azotanu przez bakterie nitryfikacyjne w warunkach tlenowych.
  2. Denitryfikacja (beztlenowa): W drugim etapie azotan jest redukowany do azotu gazowego w warunkach beztlenowych i ulatnia się do atmosfery.

Warunki beztlenowe są zwykle stosowane w następujących systemach:

1. proces osadu czynnego ze strefą beztlenową:
  • W oczyszczalniach z osadem czynnym ścieki są najpierw napowietrzane w celu utlenienia azotu amonowego do azotanów w procesie nitryfikacji. Następnie woda kierowana jest do strefy beztlenowej, gdzie bakterie denitryfikacyjne redukują azotany do azotu gazowego.
Biologiczna eliminacja fosforu w celu zmniejszenia ilości fosforu wprowadzanego do zbiorników wodnych

Zdjęcie: Zbiornik denitryfikacyjny naszej instalacji ALMA BHU BIO 

2. sekwencyjny reaktor porcjowy (SBR):
  • Reaktor SBR może pracować w różnych fazach, w tym w fazie beztlenowej do denitryfikacji. W tym przypadku azotany w ściekach są rozkładane w fazie bez dopływu tlenu.
3. bioreaktory membranowe (MBR):
  • Specjalne strefy anoksyczne mogą być zintegrowane z systemami MBR w celu wspomagania usuwania azotu. Systemy te łączą oczyszczanie biologiczne z filtracją membranową, aby osiągnąć wyższą jakość wody.
ALMA BIO Compact z MODUŁEM ALMA

Zdjęcie: Kompaktowy bioreaktor membranowy o modułowej konstrukcji(ALMA BIO MBR)

4. filtr denitryfikacyjny:

  • Filtry denitryfikacyjne są często stosowane w systemach cyrkulacji lub obiegach chłodzenia w celu obniżenia zawartości azotanów i zmniejszenia obciążenia azotem.

Zalety leczenia beztlenowego

  • Skuteczne usuwanie azotu: Warunki beztlenowe umożliwiają usuwanie azotanów ze ścieków, co przyczynia się do zmniejszenia ładunków azotu i zgodności z limitami zrzutów.

  • Zapobieganie eutrofizacji: Denitryfikacja zapobiega przedostawaniu się wysokich poziomów azotu do zbiorników wodnych i powodowaniu nadmiernego nawożenia, co mogłoby zakłócić równowagę ekologiczną w rzekach i jeziorach.

  • Oszczędność zasobów: Wykorzystanie azotanu jako akceptora elektronów oszczędza energię, ponieważ do wsparcia mikroorganizmów w procesie degradacji nie jest wymagany zewnętrzny dopływ tlenu.

Wyzwania i instrukcje obsługi

  • Optymalne warunki: Denitryfikacja przebiega optymalnie tylko w ściśle określonych warunkach beztlenowych. Wymaga to precyzyjnej kontroli dopływu tlenu i źródła węgla, które służy jako pożywienie dla bakterii denitryfikacyjnych. Metanol lub podobne źródło węgla jest często dodawane w celu wsparcia procesu denitryfikacji.

  • Ciągłe monitorowanie: Monitorowanie zawartości tlenu i stężenia azotanów ma kluczowe znaczenie dla działania systemów beztlenowych. Nieprawidłowa kontrola może prowadzić do tego, że denitryfikacja będzie przebiegać nieefektywnie lub zostanie przerwana.

Wnioski

Warunki beztlenowe są niezbędnym elementem biologicznego usuwania azotu w oczyszczaniu ścieków. Umożliwiają one denitryfikację, w której azotany są przekształcane w nieszkodliwy azot gazowy. Procesy te są szczególnie ważne w technologii wody przemysłowej w celu usunięcia wysokich stężeń azotu i zamknięcia obiegu azotu w ściekach. W połączeniu z procesami tlenowymi w instalacjach osadu czynnego i SBR, procesy anoksyczne są skuteczną metodą zapewnienia zgodności z wymogami prawnymi i zrównoważonego uzdatniania wody.