Azotan jest związkiem chemicznym i produktem końcowym w biologicznym cyklu azotowym, który powstaje w procesie utleniania amonu i azotynów w ściekach. Azotany odgrywają kluczową rolę w oczyszczaniu ścieków przemysłowych, zwłaszcza w usuwaniu azotu, w celu spełnienia wymogów prawnych dotyczących odprowadzania ścieków do zbiorników wodnych. Chociaż azotan jest mniej toksyczny niż amon i azotyn, w wysokich stężeniach stanowi zanieczyszczenie środowiska, w szczególności poprzez promowanie eutrofizacji (przeciążenia substancjami odżywczymi) w zbiornikach wodnych, co może zwiększyć wzrost glonów i zubożenie w tlen.
Spis treści
Tło techniczne i rozwój
Azotany powstają podczas nitryfikacji, procesu biologicznego, w którym związki zawierające azot są przekształcane przez mikroorganizmy:
- Utlenianie amonu (pierwszy etap nitryfikacji):
- W pierwszej fazie nitryfikacji amon (NH₄⁺) jest utleniany do azotynów (NO₂-) przez bakterie utleniające amon (AOB).
- Utlenianie azotynów (drugi etap nitryfikacji):
- W drugim etapie azotyny są utleniane do azotanów (NO₃-) przez bakterie utleniające azotyny (NOB).
- Równanie reakcji:
Azotany są uważane za stosunkowo stabilne i gromadzą się w naturalnych i sztucznych zbiornikach wodnych, jeśli nie są usuwane. Może on gromadzić się w dużych ilościach w wodzie pitnej i na obszarach rolniczych z powodu nawożenia i nieodpowiedniego oczyszczania ścieków.
Znaczenie azotanów w uzdatnianiu wody
Usuwanie azotanów staje się coraz ważniejsze w oczyszczaniu ścieków, ponieważ wysoki poziom azotanów może prowadzić do zanieczyszczenia zasobów wodnych. Azotany same w sobie są szkodliwe dla zdrowia w wysokich stężeniach, zwłaszcza w wodzie pitnej, ponieważ mogą prowadzić do methemoglobinemii (znanej również jako "zespół niebieskiego dziecka") u niemowląt. W Unii Europejskiej dopuszczalna wartość azotanów w wodzie pitnej wynosi 50 mg/l, co podkreśla potrzebę skutecznego usuwania azotanów ze ścieków.
Usuwanie azotanów w oczyszczaniu ścieków
Usuwanie azotanów ze ścieków jest zwykle osiągane poprzez denitryfikację, proces biologiczny, w którym azotany są redukowane do azotu gazowego (N₂) przez bakterie denitryfikacyjne w warunkach beztlenowych. Proces ten jest szczególnie skuteczny w reaktorach anoksycznych lub oczyszczalniach ścieków, w których dodaje się źródła węgla, aby zapewnić bakteriom substrat niezbędny do redukcji azotanów.
Zdjęcie: Zbiornik do denitryfikacji i nitryfikacji ścieków przemysłowych z przemysłu spożywczego w Chile, zakład ALMA BHU BIO
Proces denitryfikacji
Denitryfikacja to wieloetapowy proces biologiczny, w którym azotany są redukowane do azotu gazowego (N₂) przez różne produkty pośrednie (NO₂-, NO, N₂O). Denitryfikacja zachodzi zgodnie z następującym łańcuchem reakcji:
Proces ten wymaga warunków beztlenowych, tj. braku tlenu, a także organicznego źródła węgla (np. metanolu, etanolu lub octanu) do zasilania mikroorganizmów denitryfikacyjnych.
Wyzwania i warunki operacyjne usuwania azotanów
Brak tlenu: Denitryfikacja może zachodzić tylko w środowisku, w którym nie ma wolnego tlenu. Brak tlenu sprawia, że mikroorganizmy wykorzystują azotany jako akceptory elektronów.
Źródło węgla: Ponieważ proces denitryfikacji wymaga organicznego źródła węgla, dodanie substratów jest często konieczne, jeśli ścieki nie zawierają wystarczającej ilości węgla organicznego.
Temperatura: Denitryfikacja jest wysoce zależna od temperatury. Optymalna temperatura wynosi od 15 °C do 30 °C, chociaż chłodniejsze warunki mogą znacznie spowolnić proces.
Znaczenie azotanów dla środowiska
- Eutrofizacja: Azotany w znacznym stopniu przyczyniają się do nadmiernego nawożenia zbiorników wodnych, co sprzyja rozwojowi glonów i innych roślin wodnych. Prowadzi to do braku tlenu w dotkniętych zbiornikach wodnych i zagraża życiu wodnemu.
- Zanieczyszczenie wody pitnej: W regionach rolniczych azotany z nawozów mogą przedostawać się do wód gruntowych, zagrażając zaopatrzeniu w wodę pitną. Skuteczne procesy oczyszczania ścieków są tutaj wymagane, aby usunąć azotany przed ich odprowadzeniem.
Rozwiązania ALMAWATECH do usuwania azotanów
ALMAWATECH oferuje dostosowane do Państwa potrzeb rozwiązania w zakresie skutecznego usuwania azotanów ze ścieków przemysłowych. Obejmują one
ALMA BHU Bio
Nasza biologicznie aktywowana oczyszczalnia z osadem czynnym łączy nitryfikację i denitryfikację w modułowym systemie zaprojektowanym dla dużych przepływów ścieków. Instalacja ta może przetwarzać do 500 m³/h ścieków o wysokim obciążeniu azotem. Nitryfikacja odbywa się w fazie napowietrzania, która jest regulowana przez automatyczne systemy sterowania w celu optymalizacji dopływu tlenu i innych parametrów.
ALMA BioFil Compact
Ten kompaktowy system biofiltracji dla mniejszych przepływów ścieków (do 100 m³/h) łączy nitryfikację i denitryfikację w jednym wydajnym systemie. Jest idealny jako wstępne oczyszczanie dla dalszych systemów membranowych i redukuje związki azotu, które mogą prowadzić do zanieczyszczenia systemów odwróconej osmozy.
Zdjęcie: Projekt 3D naszego biologicznie aktywowanego systemu filtracji ALMA BioFil Compact
ALMA BHU BAF
Wielkoskalowa betonowa instalacja do biofiltracji oferuje wydajną nitryfikację ścieków o przepływie do 1000 m³/h. Instalacja ta wykorzystuje zintegrowany system stref tlenowych i beztlenowych, aby zmaksymalizować usuwanie azotu. Szczególnie nadaje się do przemysłu spożywczego i napojów, a także do ścieków komunalnych.
Zdjęcie: Zdjęcie naszej biologicznie aktywowanej filtracji, procesu łączącego czyszczenie mechaniczne i biodegradację(ALMA BHU BAF)
Wnioski
Azotany są produktem końcowym biologicznego cyklu azotowego, który w wysokich stężeniach może być szkodliwy dla środowiska i zdrowia ludzkiego. Usuwanie azotanów ze ścieków ma kluczowe znaczenie dla ochrony środowiska i przestrzegania limitów prawnych. Dzięki zaawansowanym technologiom ALMAWATECH, procesy nitryfikacji i denitryfikacji mogą być skutecznie zintegrowane z przemysłowymi oczyszczalniami ścieków, aby zapewnić całkowite usunięcie azotu.
