Dusíkové parametry: nitrifikace, denitrifikace apod.
Transkript
Dusíkové parametry: nitrifikace, denitrifikace apod.
APLIKAČNÍ ZPRÁVA LABORATORNÍ ANALÝZA & PROCESNÍ ANALÝZA NUTRIENTY DUSÍKATÉ SLOUČENINY Organický dusík (Norg) Amoniový dusík (NH4-N) Celkový dusík metodou podle Kjeldahla (TKN) Celkový dusík (TN) Dusičnanový dusík (NO3-N) Celkový anorganický dusík (Nanorg) Dusitanový dusík (NO2-N) Dusíkové parametry: nitrifikace, denitrifikace apod. Základním rysem čištění odpadních vod je eliminace dusíkatých látek. Nitrifikaci a denitrifikaci je třeba co nejúčinněji regulovat, aby koncentrace na odtoku splňovaly zákonné požadavky. A právě v této fázi přichází na řadu analýza, neboť trvale stabilní a ekonomický provoz čistírny se neobejde bez cílených a komplexních měření jednotlivých dusíkatých látek. Nejspolehlivější výsledky lze získat pomocí laboratorní analýzy (kyvetové testy) v kombinaci s technologií procesního měření (online senzory) na vhodných měřicích stanovištích a na konci procesu čištění odpadních vod. Autor: Petra Pütz - Diplomovaná inženýrka v oboru chemie - Aplikace laboratorních produktů společnosti HACH LANGE 2 DUSÍK_ZÁKLADNÍ INFORMACE Čištění odpadních vod: odstranění dusíku Právní aspekty Dusíkaté sloučeniny mají na povrchové vody řadu různých účinků: ¾ Norg – výrazně snižuje obsah kyslíku ¾ NH4+ – snižuje obsah kyslíku; při pH > 8 je toxický pro ryby ¾ NO3- – eutrofizující ¾ NO2- – vysoce toxický pro ryby Obr. 1: Ideální pro řízení a monitorování a pro monitorování vody na odtoku – kyvetové testy LATON pro stanovení celkového dusíku (TN) Obr. 2: Spektrofotometr pro přesné vyhodnocení kyvetových testů LANGE, např. při analýze dusíku Zákonodárci proto ustavili limitní hodnoty pro dusíkaté sloučeniny v odpadních vodách vypouštěných do povrchových vod. Podle směrnice EU o čištění městských odpadních vod (91/271/EEC) nesmí koncentrace celkového dusíku (TN) v odtoku z čistírny odpadních vod překročit limitní hodnotu 15 mg/L či případně 10 mg/L (v závislosti na velikosti čistírny), nebo musí být nejméně o 70–80 % nižší než koncentrace v přítoku do čistírny. Ve většině členských zemí se ještě zavádějí další požadavky. Například v Německu Obecná správní rámcová vyhláška o odpadních vodách [Rahmen-Abwasser-Verwaltungsvorschrift] stanovuje minimální požadavky pro hladiny NH4-N a Nanorg. Navíc celkový obsah dusíku v anorganických sloučeninách slouží ke stanovení výše poplatku za odpadní vody. Nitrifikace (aerobní) ¾ Nitrifikace Během biologické fáze čištění odpadních vod dochází v souvislosti s přídavkem kyslíku k přeměně NH4-N na NO2-N a poté na NO3-N. Mikroorganizmy zodpovědné za nitrifikaci (Nitrosomonas a Nitrobacter) jsou však velmi citlivé. Vyžadují stálou teplotu, která by neměla klesnout pod 12 °C, a také příznivý poměr C:N:P a odpovídající koncentraci kyslíku. Stáří kalu by se mělo přizpůsobit pomalému množení nitrifikujících bakterií. Dojde-li k přerušení nitrifikačního procesu, může to trvat i několik dní, než se proces znovu stabilizuje. Denitrifikace (anaerobní) Organické sloučeniny dusíku (močovina, proteiny, atd.) Hydrolýza a amonifikace Obr. 3: NITRATAX sc pro kontinuální sledování dusičnanového dusíku a pro regulaci procesu nitrifikace Odstranění dusíku Dusík v přítoku do městské čistírny odpadních vod je většinou přítomný ve formě organického amonia (tj. močoviny, proteinů, atd.) a amoniového dusíku. Vzájemný vztah mezi těmito dvěma parametry závisí na různých faktorech, mezi něž také patří délka kanalizační sítě, kde začíná přeměna Norg na NH4-N. Proces amonifikace dále probíhá i v čistírně odpadních vod, takže převážná část dusíku v přítoku do aerační nádrže se nachází ve formě NH4-N. Amoniový dusík NH4-N Dusičnanový dusík NO3-N Nitrátreduktáza - kyslík Dusitanový dusík NO2-N Dusitanový dusík NO2-N Nitrobacter + kyslík Dusičnanový dusík NO3-N Obr. 4: Rozkladné procesy v souvislosti s eliminací dusíku www.hach-lange.com Nitritreduktáza - kyslík Nitrosomonas + kyslík NO, N2O NO-reduktáza, N2Oreduktáza - kyslík Elementární dusík N2‹ 3 Tabulka 1: Přehled jednotlivých dusíkových parametrů a možností jejich stanovení N sloučeniny Organický dusík Vzorec Norg Amoniový dusík NH4-N Příprava vzorku Homogenizace, rozklad Filtrace Dusičnanový dusík NO3-N Filtrace Nitrifikace dusitanů NO2-N Filtrace Anorganický dusík (= NH4-N + NO3-N + NO2-N) Nanorg (v legislativě se často nesprávně označuje jako Ntotal) TKN Filtrace Kyvetové testy Procesní přístroje LCK302 LCK303 LCK304 LCK305 LCK339 LCK340 AISE sc AN-ISE sc AMTAX sc NISE sc AN-ISE sc NITRATAX sc LCK341 LCK342 LCK541 LCK302/303/ 304/305 + LCK339/340 + LCK341/342/541 Měřící místa, význam Přítok do čistírny odpadních vod; přeměna na NH4-N v průběhu čištění odpadní vody Přítok do čistírny odpadních vod, aerace, odtok z čistírny odpadních vod; regulace nitrifikace/denitrifikace, sledování limitních hodnot Aerace, odtok z čistírny odpadních vod; regulace nitrifikace/denitrifikace, sledování limitních hodnot Aerace, odtok z čistírny odpadních vod; relativně nestabilní meziprodukt nitrifikace/ denitrifikace, sledování limitních hodnot Odtok z čistírny odpadních vod; sledování limitních hodnot, důležitý parametr z hlediska stanovení výše poplatků za odpadní vody Přítok do čistírny odpadních vod; řízení Dusík metodou podle Homogenizace, Kjeldahla rozklad = Norg + NH4-N Přítok do čistírny odpadních vod, odtok TN Homogenizace, LCK138 Celkový dusík z čistírny odpadních vod; řízení, sledování rozklad LCK238 (= Norg + NH4-N + limitních hodnot v souladu se směrnicí EU LCK338 NO3-N + NO2-N) Důležité: Při analýze odpadních vod se koncentrace vyjádřují vždy pomocí obsahu N! Výsledky jsou tedy vyjádřeny jako xx N (konverzní faktory: NH4-N × 1,3 = NH4+ / NO3-N × 4,4 = NO3- / NO2-N × 3,3 = NO2-). ¾ Denitrifikace Za anoxických podmínek se NO3-N přeměňuje přes meziprodukty NO2-N a NO/N2O na elementární dusík. Denitrifikace probíhá buď před fází biologického čištění (na horním toku), během ní (současně) nebo po ní (na dolním toku, výjimečně). V tomto procesu hraje důležitou roli přítomnost dostatečného množství snadno biologicky odbouratelného uhlíku, zatímco rozpuštěný kyslík nesmí být přítomen. Literatura - Aplikační zpráva HACH LANGE „Optimální poměry nutrientů pro čištění odpadních vod“, DOC040.85.10005.Mar08. - Aplikační zpráva HACH LANGE „The right process measurement technology for N and P degradation (en)“, DOC043.52.30007.Feb08 - Směrnice EU ze dne 21. května 1991 o čištění městských odpadních vod (91/271/EEC) Obr. 5: Iontově selektivní senzor s novou technologií CARTRICAL pro stabilní, kontinuální sledování obsahu amoniového dusíku DUSÍK_ANALÝZA V ODPADNÍCH VODÁCH Eliminace N: optimální provozní spolehlivost díky optimalizované analýze Pouze pravidelná, cílená měření jednotlivých dusíkových parametrů mohou zajistit, že eliminace dusíku bude neustále funkční a ekonomická: Online za využití procesních senzorů (NH4-N, NO3-N) a v laboratoři pomocí systému kyvetových testů LANGE (NH4-N, NO3-N, NO2-N, TN). Změny v čistírně či výkyvy v přítoku vyvolávají nutnost důkladnějšího monitorování procesu, protože mikroorganizmy se novým podmínkám přizpůsobují jen velmi pomalu. To se zvláště týká citlivých nitrifikujících bakterií. Adaptace biologického systému na danou změnu a obnovení maximální účinnosti biodegradace může trvat i několik dní. To samé platí v situacích, kdy dojde k narušení biologického systému (např. při náhlém vzrůstu přítoku nebo při vysoké koncentraci toxických látek v přítoku). Náhlý vzrůst přítoku může způsobit vyplavení mikroorganizmů z aerační nádrže a následně vést k dlouhodobému zhoršení nitrifikačního procesu Nejlepším způsobem jak dosáhnout stabilních a spolehlivých limitních hodnot v odtoku je udržovat rovnoměrnou zátěž biologického systému. Přesné (analytické) vyhodnocení jednotlivých procesů rozkladu dusíkatých sloučenin je tedy nezbytné pro rychlé odhalení možných nepříznivých vlivů v souvislosti se sítí odpadních vod, zatížením čistírny či pracovními postupy dané čistírny. Poté lze ihned zavést příslušná protiopatření a zabránit tak možnému přerušení biologických procesů, které by mělo neblahé účinky. Typická stanoviště pro měření dusíkových parametrů ¾ Přítok do čistírny odpadních vod: TN ¾ Přítok do aerační nádrže: TN, TKN, NH4-N ¾ Odtok z fáze denitrifikace: NH4-N ¾ Odtok z fáze nitrifikace: NO3-N, NO2-N ¾ Odtok z čistírny odpadních vod: TN, Nanorg (NH4-N + NO3-N + NO2-N), NH4-N TN, Nanorg (NH4-N + NO3-N + NO2-N), NH4-N „Efektivita a ekonomickosť činnosti čistiarne odpadových vôd je žiadanou súčasťou prevádzky. Jedným z najsledovanejších dejov je odstraňovanie dusíkatých látok. Nitrifikácia a denitrifikácia sú procesy sledované kvôli kontrole dodržania prespísaných limitov na odtoku. Pre sledovanie koncentrácie dusíkatých zlúčenín je potrebné zvoliť efektívny a spoľahlivý spôsob, zásadnú rolu hrá voľba umiestnenia online merača a miesto odberu vzorky pre analýzu. HACH LANGE prináša riešenie pre monitoring dusíkatých zlúčenín kontinuálne i v laboratóriu.“ Ing. Milena Ouzká Specialistka technické podpory HACH LANGE s.r.o. ¾ TN ¾ TN, TKN, NH4-N ¾ NH4-N, NO3-N, NO2-N Obr. 6: Vhodný rozsah měření pro každou aplikaci – kyvetové testy pro stanovení amonia v koncentracích od 0,015 do 130 mg/L NH4-N Žíravý (LCK339/340/138/238/338) Zdraví škodlivý (LCK302/303/304/305) Dráždivý (LCK341/342) Nebezpečný pro životní prostředí (LCK302/303/304/305) DOC040.85.10015.Oct12 ¾ Symboly klasifikace rizika