เหตุใดไนโตรเจนแอมโมเนียจึงต่ำมากและไนโตรเจนรวมสูงมาก?

วันนี้ฉันต้องการแบ่งปันเกี่ยวกับแอมโมเนียไนโตรเจนและไนโตรเจนทั้งหมด ภายใต้สถานการณ์ปกติ แอมโมเนียไนโตรเจนมักจะคิดเป็นประมาณ 40% - 60% ของไนโตรเจนทั้งหมดในน้ำเสียชุมชนเมือง สำหรับน้ำเสียทางอุตสาหกรรมบางชนิด เช่น น้ำเสียจากการแปรรูปอาหาร น้ำเสียทางเภสัชกรรม ฯลฯ สัดส่วนของแอมโมเนียไนโตรเจนต่อไนโตรเจนทั้งหมดอาจแตกต่างกัน บางส่วนอาจสูงถึง 70% - 80% และบางส่วนอาจค่อนข้างต่ำ

แอมโมเนียไนโตรเจน (NH₄⁺-N) หมายถึงไนโตรเจนในรูปของแอมโมเนียอิสระ (NH₃) และแอมโมเนียมไอออน (NH₄⁺) ในน้ำ และไนโตรเจนทั้งหมด (TN) รวมถึงแอมโมเนียไนโตรเจน ไนโตรเจนอินทรีย์ ไนเตรตไนโตรเจน (NO₃⁻-N) และไนไตรท์ไนโตรเจน (NO₂⁻-N)

ไนโตรเจนแอมโมเนียต่ำในน้ำทิ้งแต่ไนโตรเจนรวมสูงอาจเกิดจากสาเหตุดังต่อไปนี้:

1. การสะสมไนเตรตไนโตรเจน

ในระหว่างกระบวนการไนตริฟิเคชัน แอมโมเนียไนโตรเจนจะถูกแปลงเป็นไนเตรตไนโตรเจน (รวมถึงไนเตรตไนโตรเจนและไนไตรต์ไนโตรเจน) โดยแบคทีเรียไนตริไฟริงภายใต้สภาวะแอโรบิก ภายใต้สถานการณ์ปกติ ไนเตรตไนโตรเจนที่สร้างขึ้นจะลดลงเป็นก๊าซไนโตรเจน และถูกปล่อยออกมาจากระบบโดยการกำจัดแบคทีเรียภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นพิษในกระบวนการดีไนตริฟิเคชันที่ตามมา ดังนั้นจึงบรรลุการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดได้ อย่างไรก็ตาม หากมีปัญหาในกระบวนการดีไนตริฟิเคชัน เช่น การยับยั้งการทำงานของแบคทีเรียดีไนตริไฟอิง สภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษไม่เพียงพอ ปริมาณแหล่งคาร์บอนไม่เพียงพอ เป็นต้น ไนเตรตไนโตรเจนไม่สามารถลดลงเป็นก๊าซไนโตรเจนได้อย่างราบรื่น สิ่งนี้นำไปสู่การสะสมไนเตรตไนโตรเจนอย่างต่อเนื่องในน้ำ ดังนั้นแม้ว่าแอมโมเนียไนโตรเจนที่ส่วนหน้าสามารถเปลี่ยนเป็นไนเตรตไนโตรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งปรากฏว่ามีไนโตรเจนแอมโมเนียต่ำในน้ำทิ้ง แต่ไนโตรเจนไนเตรตที่สะสมอยู่ก็ไม่สามารถกำจัดออกได้ และปริมาณไนโตรเจนรวมยังสูงอยู่

2. ไนโตรเจนอินทรีย์ไม่สามารถกำจัดออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในระหว่างกระบวนการบำบัดน้ำเสีย ไนโตรเจนอินทรีย์จะต้องผ่านปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายชุดเพื่อเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนแอมโมเนีย และกำจัดออกโดยวิธีไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่น หากชุมชนจุลินทรีย์ที่รับผิดชอบในการย่อยสลายไนโตรเจนอินทรีย์ไม่อุดมสมบูรณ์เพียงพอหรือใช้งานไม่เพียงพอในระหว่างกระบวนการบำบัด หรือสภาวะการบำบัด (เช่น อุณหภูมิ ค่า pH ออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ฯลฯ) ไม่เอื้อต่อการสลายตัวและการเปลี่ยนแปลงของไนโตรเจนอินทรีย์ อาจทำให้ไม่สามารถแปลงไนโตรเจนอินทรีย์เป็นแอมโมเนียไนโตรเจนได้เต็มที่

ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิที่ต่ำเกินไปอาจทำให้อัตราการเผาผลาญของจุลินทรีย์ช้าลง ทำให้ปฏิกิริยาการสลายตัวของไนโตรเจนอินทรีย์ไม่สมบูรณ์ ค่า pH ที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์ จึงไปยับยั้งการสลายตัวของไนโตรเจนอินทรีย์โดยจุลินทรีย์

ด้วยวิธีนี้ แม้ว่าแอมโมเนียไนโตรเจนจะถูกกำจัดออกอย่างดีผ่านทางไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่น ซึ่งแสดงออกมาว่ามีแอมโมเนียไนโตรเจนต่ำในน้ำทิ้ง แต่ไนโตรเจนอินทรีย์ดั้งเดิมในน้ำเสียจะไม่ถูกเปลี่ยนและกำจัดออกอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้มีปริมาณไนโตรเจนรวมสูง

3. อัตราส่วนการรีโฟลว์ภายในน้อยเกินไป

การไหลซ้ำภายในหมายถึงการส่งคืนของเหลวผสมที่มีไนเตรตไนโตรเจนที่ส่วนท้ายของสระแอโรบิกไปยังส่วนหน้าของสระที่เป็นพิษเพื่อให้ไนโตรเจนไนเตรตสำหรับปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชัน อัตราส่วนการไหลกลับภายในหมายถึงอัตราส่วนของปริมาณของของเหลวผสมที่ส่งคืนต่ออัตราการไหลของทางเข้า

หากอัตราส่วนการรีโฟลว์ภายในน้อยเกินไป หมายความว่าไนเตรตไนโตรเจนที่ส่งคืนไปยังแหล่งที่เป็นพิษนั้นไม่เพียงพอ ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษ แบคทีเรียที่แยกไนตริไฟอิงจะใช้แหล่งคาร์บอนเพื่อลดไนเตรตไนโตรเจนให้เป็นก๊าซไนโตรเจน การขาดไนเตรตไนโตรเจนที่เพียงพอจะจำกัดปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชัน

ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการทำงานปกติ อัตราส่วนการรีโฟลว์ภายในจะต้องสูงถึง 200% เพื่อตอบสนองความต้องการไนเตรตไนโตรเจนสำหรับการแยกไนตริฟิเคชั่น แต่อัตราส่วนการรีโฟลว์ภายในจริงอยู่ที่เพียง 100% หรือต่ำกว่านั้นด้วยซ้ำ สิ่งนี้ทำให้เป็นไปไม่ได้ที่การแยกไนตริฟิเคชั่นจะมีบทบาทอย่างเต็มที่ และไนเตรตไนโตรเจนจำนวนมากไม่สามารถแปลงเป็นก๊าซไนโตรเจนเพื่อระบายออกได้ ส่งผลให้แอมโมเนียไนโตรเจนในน้ำทิ้งต่ำ แต่ไนโตรเจนรวมยังสูงอยู่ เมื่ออัตราส่วนการรีโฟลว์ภายในถูกควบคุมระหว่าง 200-400% ประสิทธิภาพในการดีไนตริฟิเคชั่นจะดีที่สุด

4. แหล่งคาร์บอนไม่เพียงพอ

ในระหว่างกระบวนการดีไนตริฟิเคชั่น แบคทีเรียที่ทำการดีไนตริฟิเคชั่นต้องการแหล่งคาร์บอนเพื่อใช้เป็นพลังงานและผู้ให้อิเล็กตรอนเพื่อลดไนเตรตไนโตรเจนให้เป็นก๊าซไนโตรเจน หากมีแหล่งคาร์บอนไม่เพียงพอในน้ำเสีย เมแทบอลิซึมและปฏิกิริยาของแบคทีเรียดีไนตริไฟอิงจะถูกจำกัด ในระหว่างกระบวนการดีไนตริฟิเคชั่น ไนเตรตไนโตรเจนและไนไตรท์ไนโตรเจนจะถูกแปลงเป็นก๊าซไนโตรเจน (N₂) และหลบหนีออกไป หากกระบวนการนี้ไม่เพียงพอ ไนเตรตไนโตรเจนในไนโตรเจนทั้งหมดจะไม่สามารถกำจัดออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากข้อมูลการดำเนินงานของโรงบำบัดน้ำเสีย เมื่อประสิทธิภาพการแยกไนตริฟิเคชั่นน้อยกว่า 80% ผลการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดจะลดลงอย่างมาก

แหล่งคาร์บอนทั่วไปที่สามารถนำมาใช้โดยการแยกตัวของแบคทีเรีย ได้แก่ อินทรียวัตถุ เช่น เมทานอล โซเดียมอะซิเตต กลูโคส ฯลฯ หากปริมาณของแหล่งคาร์บอนอินทรีย์ที่มีอยู่ในตัวผลกระทบนั้นไม่เพียงพอ หรือมีการบริโภคไปในระหว่างกระบวนการบำบัด และ ไม่มีการเพิ่มแหล่งคาร์บอนเพิ่มเติมทันเวลา ปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชันไม่สามารถดำเนินการได้เต็มที่

ตัวอย่างเช่น อัตราส่วนคาร์บอน-ไนโตรเจน (C/N) ของน้ำเสียอุตสาหกรรมบางชนิดต่ำ และแหล่งคาร์บอนที่มีอยู่ในน้ำนั้นไม่เพียงพอที่จะสนับสนุนการแยกไนตริฟิเคชั่นอย่างมีประสิทธิผล หรือในระหว่างกระบวนการบำบัด เนื่องจากการออกแบบกระบวนการที่ไม่สมเหตุสมผล แหล่งที่มาของคาร์บอนจึงมีการบริโภคมากเกินไปที่ส่วนหน้า และแหล่งที่มาของคาร์บอนจะขาดแคลนเมื่อถึงขั้นตอนการดีไนตริฟิเคชั่น

ในกรณีนี้ แม้ว่ากระบวนการไนตริฟิเคชันสามารถเปลี่ยนแอมโมเนียไนโตรเจนเป็นไนเตรตไนโตรเจนได้สำเร็จ เนื่องจากขาดแหล่งคาร์บอนที่เพียงพอสำหรับการแยกไนตริฟิเคชัน ไนโตรเจนไนเตรตจึงไม่สามารถกำจัดออกได้ทั้งหมด ส่งผลให้แอมโมเนียไนโตรเจนที่ปล่อยออกมาต่ำ แต่มีไนโตรเจนรวมสูง

5. การควบคุมออกซิเจนละลายน้ำที่ไม่เหมาะสม

ออกซิเจนที่ละลายน้ำมีบทบาทสำคัญในกระบวนการไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันของการบำบัดน้ำเสีย ปฏิกิริยาไนตริฟิเคชั่นจำเป็นต้องดำเนินการภายใต้สภาวะแอโรบิก และจำเป็นต้องมีความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำที่สูงขึ้นเพื่อรองรับแบคทีเรียไนตริไฟริ่งในการเปลี่ยนแอมโมเนียไนโตรเจนเป็นไนเตรตไนโตรเจน

อย่างไรก็ตาม ต้องทำปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชันในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษ หากความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำสูงเกินไป จะยับยั้งการทำงานของแบคทีเรียดีไนตริไฟอิง และรบกวนกระบวนการดีไนตริฟิเคชั่น

ตัวอย่างเช่น ในพื้นที่ดีไนตริฟิเคชั่น หากออกซิเจนที่ละลายในน้ำสูงเกินไปเนื่องจากการเติมอากาศที่ไม่สม่ำเสมอ การกวนไม่เพียงพอ หรือการออกแบบกระบวนการที่ไม่สมเหตุสมผล เมแทบอลิซึมตามปกติของแบคทีเรียดีไนตริไฟติ้งและกิจกรรมของเอนไซม์ดีไนตริไฟติ้งจะถูกยับยั้ง สิ่งนี้จะทำให้ปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชันไม่สามารถดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ว่ากระบวนการไนตริฟิเคชันส่วนหน้าจะแปลงแอมโมเนียไนโตรเจนเป็นไนเตรตไนโตรเจนได้สำเร็จ แต่ไนเตรตไนโตรเจนจะไม่ถูกแปลงเป็นก๊าซไนโตรเจนอย่างสมบูรณ์และถูกปล่อยออกมาเนื่องจากการอุดตันของดีไนตริฟิเคชั่น ส่งผลให้ไนโตรเจนแอมโมเนียต่ำในน้ำทิ้ง แต่มีไนโตรเจนรวมสูง

โดยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการ เช่น การควบคุมออกซิเจนละลายน้ำ (DO) ให้ต่ำกว่า 0.5 มก./ลิตร เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการเติบโตของแบคทีเรียดีไนตริไฟอิงมากขึ้น ในเวลาเดียวกัน โดยการเพิ่มเวลาการคงตัวในโซนที่เป็นพิษ จะทำให้มั่นใจได้ว่าไนเตรตไนโตรเจนมีเวลาเพียงพอที่จะเปลี่ยนเป็นก๊าซไนโตรเจน

6. อายุตะกอนไม่เหมาะสม

อายุตะกอนหมายถึงระยะเวลาการตกค้างเฉลี่ยของตะกอนเร่งในระบบทั้งหมด จุลินทรีย์ที่แตกต่างกันมีอัตราการเติบโตและการสืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน และข้อกำหนดสำหรับอายุของตะกอนก็แตกต่างกันเช่นกัน

แบคทีเรียไนตริไฟติ้งจะเติบโตช้าและต้องการอายุตะกอนที่นานขึ้นเพื่อให้มั่นใจถึงจำนวนและกิจกรรมของพวกมันในระบบ หากอายุของตะกอนสั้นเกินไป แบคทีเรียไนตริไฟนิ่งจะถูกระบายออกจากระบบก่อนที่จะแพร่พันธุ์อย่างเต็มที่ และปฏิกิริยาไนตริฟิเคชันไม่สามารถดำเนินการได้เต็มที่ ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแอมโมเนียไนโตรเจนเป็นไนเตรตไนโตรเจนลดลง

ในทางกลับกัน หากอายุของตะกอนนานเกินไป ก็อาจทำให้เกิดอายุของตะกอนและความไม่สมดุลของโครงสร้างชุมชนจุลินทรีย์ ซึ่งอาจส่งผลต่อกิจกรรมและปริมาณของแบคทีเรียดีไนตริไฟอิง ส่งผลให้ดีไนตริฟิเคชันไม่เพียงพอและการเปลี่ยนไนเตรตไนโตรเจนเป็นไนโตรเจนไม่ได้ผล ก๊าซ ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการกำจัดไนโตรเจนโดยรวมไม่ดี

ตัวอย่างเช่น ในการใช้งานจริง หากอายุของตะกอนถูกกำหนดไว้สั้นเกินไปเพื่อประสิทธิภาพในการกำจัดตะกอนที่มากเกินไป การเกิดไนตริฟิเคชันที่ไม่สมบูรณ์อาจเกิดขึ้นได้ และอาจเกิดปริมาณแอมโมเนียไนโตรเจนที่แปลงเป็นไนเตรตไนโตรเจนไม่เพียงพอ และหากอายุของตะกอนขยายออกไปมากเกินไปเพื่อประหยัดต้นทุนในการบำบัดตะกอน ก็อาจทำให้เกิดอายุของตะกอนและผลดีไนตริฟิเคชั่นที่ไม่ดี

7. ข้อบกพร่องในการออกแบบกระบวนการ
โรงบำบัดน้ำเสียบางแห่งอาจขาดการเชื่อมโยงการดีไนตริฟิเคชันที่มีประสิทธิภาพในการไหลของกระบวนการ เนื่องจากการประมาณค่าความต้องการในการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดในระหว่างการออกแบบไม่เพียงพอ เช่น:

1. ปริมาตรของโซนแอนซิกไม่เพียงพอ: โซนแอนซิกเป็นพื้นที่หลักที่เกิดการแยกไนตริฟิเคชัน หากปริมาตรน้อยเกินไป ก็จะไม่สามารถให้พื้นที่ปฏิกิริยาและเวลาในการกำจัดแบคทีเรียได้เพียงพอ ส่งผลให้มีการกำจัดไนตริฟิเคชันไม่เพียงพอและผลการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดไม่ดี

2. การกวนที่ไม่สม่ำเสมอในเขตที่เป็นพิษ: การกวนที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้เกิดการผสมของเสียในโซนที่เป็นพิษไม่เพียงพอ และบางพื้นที่อาจไม่สามารถได้รับแหล่งคาร์บอนและไนเตรตไนโตรเจนที่เพียงพอ ซึ่งส่งผลต่อผลการแยกไนตริฟิเคชั่น

สำหรับปัญหาการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดที่เกิดจากข้อบกพร่องในการออกแบบ เป็นไปได้ที่จะพิจารณาเพิ่มหรือปรับเปลี่ยนโซนที่เป็นพิษ และเพิ่มการปรับสภาพด้วยไฮโดรไลซิสและกรดเพื่อเพิ่มอัตราการแปลงของอินทรียวัตถุ ดังนั้นจึงให้แหล่งคาร์บอนมากขึ้นเพื่อสนับสนุนกระบวนการดีไนตริฟิเคชั่น