في الوقت الحاضر، يعد "النيتروجين" موضوعًا مهمًا لا يمكن تجنبه في صناعة معالجة مياه الصرف الصحي. يولي العديد من مشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي أقصى اهتمام للنيتروجين، وهو أعلى بكثير من COD والفوسفور، لأن صعوبة إزالته هي الأعلى. أثناء عملية التشغيل، يقومون بمراقبة مؤشرات النيتروجين هذه يوميًا: نيتروجين الأمونيا، والنيتروجين الكلي، ونيتروجين النترات، ونيتروجين النتريت.
ولكن إذا سُئل فجأة: ما عدد أنواع النيتروجين الموجودة في مياه الصرف الصحي؟ ما هي علاقتهم؟
قد يتفاجأ الكثير من الناس للحظة. معظم الناس ليس لديهم سوى فهم جيد لـ "نيتروجين الأمونيا، والنيتروجين الكلي"، وليس لديهم فكرة واضحة عن العلاقة بين الأنواع الأخرى من النيتروجين. قائمة مؤشرات النيتروجين التي يمكن أن نتعامل معها في معالجة مياه الصرف الصحي، بما في ذلك نيتروجين الأمونيا، والنيتروجين الكلي، والنيتروجين العضوي، والنيتروجين غير العضوي، ونيتروجين النترات، ونيتروجين النتريت، ونيتروجين كيلدال،
مع وجود الكثير من مؤشرات النيتروجين، فإن العلاقات بين من يتفاعل مع من، ومن يتفاعل مع من، ومن يتضمن من، أصبحت معقدة. في الواقع، النيتروجين ليس مادة بسيطة في مياه الصرف الصحي، ولكنه نظام عائلي يتغير باستمرار. إذا تم النظر إلى معالجة مياه الصرف الصحي على أنها رحلة، فإن النيتروجين الموجود في مياه الصرف الصحي يشهد أيضًا "حياة" خاصة به. اليوم في هذه المقالة، سوف نقوم بفرز العلاقات المعقدة المعنية.
يمكن في الواقع تقسيم النيتروجين الموجود في مياه الصرف الصحي إلى فئتين
من منظور تصنيفي واسع، ينقسم النيتروجين الموجود في مياه الصرف الصحي بشكل أساسي إلى فئتين:
النيتروجين العضوي
النيتروجين غير العضوي
إن فهم هذين النوعين من النيتروجين هو الخطوة الأولى في فهم أشكال النيتروجين في مياه الصرف الصحي.
دعونا نتحدث عن النيتروجين العضوي أولا. ببساطة، النيتروجين العضوي هو النيتروجين المخفي في المادة العضوية
على سبيل المثال
بروتين
حمض أميني
اليوريا
أمين عضوي
مركبات الببتيد
مركبات النيترو
هذه المواد شائعة جدًا في مياه الصرف الصحي المنزلية ومياه الصرف الصحي ومياه الصرف الصحي الخاصة بتربية الأحياء المائية.
على سبيل المثال، تحتوي قطعة من اللحم، ووعاء من بقايا الأرز، ومياه غسل الخضروات، وبراز الإنسان على كمية كبيرة من النيتروجين العضوي.
ونوع آخر هو: النيتروجين غير العضوي
هناك ثلاثة أشكال رئيسية للنيتروجين غير العضوي في مياه الصرف الصحي:
نيتروجين الأمونيا
نيتروجين النتريت
نترات النيتروجين
هذه الأنواع الثلاثة من النيتروجين هي الأشكال الأكثر أهمية في عملية معالجة مياه الصرف الصحي. في كثير من الأحيان، تتمحور المؤشرات التي نختبرها حول هذه الأنواع الثلاثة من النيتروجين.
النيتروجين العضوي: "الشكل البدائي" للنيتروجين
في بداية دخول محطة معالجة مياه الصرف الصحي، فإن معظم النيتروجين هو في الواقع نيتروجين عضوي.
لأن مياه الصرف الصحي المنزلية نفسها مليئة بالمركبات العضوية المختلفة.
لن تتم إزالة مركبات النتروجين العضوية هذه مباشرة، بل ستخضع أولاً لعملية: الأمونيا
ببساطة، الكائنات الحية الدقيقة تحلل المواد العضوية.
خلال هذه العملية، تتحلل مواد مثل البروتينات والأحماض الأمينية تدريجيًا، مما يؤدي في النهاية إلى إطلاق مادة مألوفة جدًا: نيتروجين الأمونيا. لذلك، في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي، من الشائع رؤية حالة لا ينخفض فيها نيتروجين الأمونيا بل يزيد بدلاً من ذلك. سيكون العديد من المشغلين المبتدئين متوترين للغاية عندما يرون هذه البيانات، معتقدين أن النظام به مشكلة. في الواقع، هذا غير ضروري، وأحيانًا يكون ذلك فقط بسبب تحلل النيتروجين العضوي في النظام.
وبعبارة أخرى، يتحول النيتروجين العضوي إلى نيتروجين الأمونيا. ,
نيتروجين الأمونيا (NH ∝ - N): المؤشر الأكثر شهرة لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي
إذا كان للنيتروجين في مياه الصرف الصحي "بطل الرواية"، فيجب أن يكون نيتروجين الأمونيا. لأن جميع محطات معالجة مياه الصرف الصحي تقريبًا ستركز على هذا المؤشر. هناك سببان لأهمية نيتروجين الأمونيا.
أحد الأسباب هو أن لها تأثيرًا كبيرًا على البيئة. بعد دخول الماء، يستهلك نيتروجين الأمونيا كمية كبيرة من الأكسجين المذاب ويمكن أن يكون أيضًا سامًا للأسماك.
سبب آخر هو أن نيتروجين الأمونيا هو نقطة البداية لتفاعل نزع النتروجين.
في أنظمة المعالجة البيولوجية، يتم استخدام نيتروجين الأمونيا بواسطة نوع خاص من البكتيريا تسمى البكتيريا الآزوتية
في ظل الظروف الهوائية، ستقوم البكتيريا الآزوتية بأكسدة نيتروجين الأمونيا تدريجيا. ومع ذلك، لا تكتمل هذه العملية في خطوة واحدة. ولكنها عملية مكونة من -خطوتين.
نيتروجين النتريت (NO ₂⁻ - N): "المحطة المتوسطة" في عملية نزع النتروجين
المنتج الأول لأكسدة نيتروجين الأمونيا هو نيتروجين النتريت، وهو في الواقع غير مستقر في العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي. لأنه بمجرد تشكيله، عادة ما يستمر في التأكسد بسرعة.
لكن في بعض الحالات، قد يزيد نيتروجين النتريت فجأة.
على سبيل المثال
يتأثر نظام النترجة
عدم كفاية الأكسجين المذاب
تغير درجة الحرارة
عمر الحمأة غير المستقر
عند هذه النقطة، قد يتراكم النيتروجين النتريت في النظام.
يتميز نيتروجين النتريت بخاصية مميزة: فهو أكثر سمية من نيتروجين الأمونيا.
إذا كان التركيز مرتفعًا جدًا، فقد لا يؤثر ذلك على الكائنات الحية الدقيقة فحسب، بل يكون له أيضًا تأثير على جودة النفايات السائلة.
يشعر العديد من المشغلين بالتوتر عندما يرون زيادة في نيتروجين النتريت.
نترات النيتروجين (NO ∝⁻ - N): الخطوة النهائية لنزع النتروجين
في الخطوة الثانية من تفاعل النترجة، سيستمر أكسدة نيتروجين النتريت.
التكوين النهائي : نترات النيتروجين
تتطلب هذه العملية أيضًا الأكسجين ومشاركة نوع آخر من البكتيريا.
عندما يعمل النظام بثبات، فإن معظم نيتروجين الأمونيا سيتحول في النهاية إلى نيتروجين نترات.
لكن الأمر لم ينته بعد. وإذا توقف الأمر هنا، فسيظل النيتروجين موجودًا في الماء.
لذلك لا تزال محطة معالجة مياه الصرف الصحي بحاجة إلى خطوة أخرى: إزالة النتروجين.
في ظل ظروف نقص الأكسجين، تعمل البكتيريا النازعة للنتروجين على تقليل نترات النيتروجين تدريجيًا.
وأخيرًا تولد غازًا: النيتروجين
سيتم إطلاق النيتروجين من الماء ويعود إلى الهواء.
عند هذه النقطة، تتم إزالة النيتروجين حقا.
النيتروجين الكلي (TN) هو في الواقع مجموعة كبيرة من عائلة النيتروجين
في نظام المراقبة عبر الإنترنت قبل معالجة مياه الصرف الصحي، أصبحت مراقبة النيتروجين الإجمالي الآن عنصرًا ثابتًا لا يمكن أن يضربه البرق، مما يشير إلى أهميته. قد يشعر الكثير من الناس بالتجريد قليلاً عندما يواجهون هذا المؤشر لأول مرة. إنه في الواقع سهل الفهم. إجمالي النيتروجين هو مجموع جميع أشكال النيتروجين:
النيتروجين العضوي
نيتروجين الأمونيا
نيتروجين النتريت
نترات النيتروجين
أنها تشكل معا محتوى النيتروجين الكلي في الماء. في بعض الأحيان يكون نيتروجين الأمونيا في النظام منخفضًا جدًا بالفعل، لكن إجمالي النيتروجين لا يزال مرتفعًا.
والسبب في كثير من الأحيان هو أن نترات النيتروجين لم تتم إزالتها بشكل أكبر. وهذا أيضًا هو السبب وراء حاجة العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي إلى تركيب أنظمة إزالة النتروجين.
من النيتروجين العضوي إلى النيتروجين: رحلة كاملة
إذا تم رسم عملية تغير النيتروجين في مياه الصرف الصحي كمسار، فستكون تقريبًا كما يلي:
هذا المسار هو في الواقع ما نشير إليه غالبًا بعملية نزع النتروجين البيولوجي.
يبدو مسارًا بسيطًا، خلفه يكمن مشروع معقد أكمله عدد لا يحصى من الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل معًا.
وتتطلب كل مرحلة الظروف البيئية المناسبة.
الأكسجين المذاب
درجة حرارة
مصدر الكربون
سن الحمأة
ستؤثر جميع هذه العوامل على "رحلة النيتروجين" هذه.
ختاماً
في معالجة مياه الصرف الصحي، "النيتروجين" ليس مؤشرا بسيطا. إنها أشبه بسلسلة تتغير باستمرار.
من النيتروجين في المواد العضوية، إلى نيتروجين الأمونيا، ثم إلى نترات النيتروجين، وأخيرا إلى غاز النيتروجين العائد إلى الهواء.
العملية برمتها هي في الواقع دورة تهيمن عليها الميكروبات.
عندما نفهم حقًا هذه الأشكال المختلفة للنيتروجين، يصبح من الأسهل فهم العديد من الظواهر في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي.
على سبيل المثال
لماذا يرتفع نيتروجين الأمونيا فجأة؟
لماذا يتراكم النتريت
لماذا يصعب دائمًا تلبية النيتروجين الكلي للمعايير
إن الإجابات على العديد من المشكلات التشغيلية مخفية بالفعل ضمن "تغيرات النيتروجين" هذه.
