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