Нейтрализация азотных соединений в сточных водах

Соединения азота подвергаются биохимическим и физико-химическим изменениям, в результате которых образуется аммиак, токсичный для живых организмов. Поскольку наибольшее количество опасных соединений попадает в поверхностные воды из городских и промышленных сточных вод, эти соединения должны быть удалены в процессе очистки.

Виды азотистых соединений

Азот в сточных водах может быть двух видов: аммиака и азотных соединений.

• Аммонийных.
• Нитратных.
• Нитритных.

Это естественные ионы, которые образуются в результате химических реакций азота. Они попадают в поверхностные воды из различных источников, в основном из канализации с муниципальными, промышленными сточными водами, а также из-за стока с сельскохозяйственных угодий, которые удобряли азотными удобрениями. Некоторое количество азота и фосфора в качестве биогенных (питательных) веществ необходимо, но их избыток опасен.

Воздействие сточных вод на поверхностные

Соединения азота, содержащиеся в бытовых, промышленных и сельскохозяйственных сточных водах, являются источником загрязнения грунтовых и поверхностных вод, могут вызвать множество экологических и санитарных проблем.

Широкое использование удобрений в сельском хозяйстве приводит к увеличению концентрации азотных соединений в грунтовых и поверхностных водах, что приводит к их эвтрофикации, т.е. повышенному росту водорослей и планктона. Это, в свою очередь, становится причиной дефицита кислорода и образования токсичных веществ, таких как аммиак, метан и сероводород.

В результате ухудшаются условия существования водных организмов и снижается способность водоемов к самоочищению. Свободный аммиак (NH3), являющийся результатом высокой концентрации аммония, токсичен для рыб. Длительная эвтрофикация способствует старению водоемов, которые постепенно мелеют или превращаются в болота в результате накопления отложений с остатками отмирающей флоры и фауны.

Ядовитое воздействие на биоценоз в основном связано с возникновением аммиака, который происходит не только от разложения органических веществ. Другим источником являются ионы аммония, которые в щелочной среде переходят в свободный аммиак.

Загрязнение поверхностных вод аммонием приводит к проблемам, связанным с их дезинфекцией в дальнейшем, поскольку хлорирование азотсодержащей воды может сопровождаться образованием канцерогенных соединений. Чрезмерное количество азотсодержащих соединений вредно для человека.

Использование загрязненных поверхностных вод для полива сельскохозяйственных культур может быть причиной заболеваний, которые сопровождаются снижением способности гемоглобина транспортировать кислород.

Показатели аммонийного азота в стоках

В сточных водах повышена концентрация аммонийного азота. Это один из ключевых показателей их загрязнения. Регулярное измерение содержания аммония проводится для оценки качества сточных вод и выбора метода очистки. Источников попадания азота в поверхностные воды множество:

• Промышленные и канализационные стоки.
• Животноводческие фермы.
• Грунтовые воды с полей.
• Атмосферные осадки.

Нормы содержания и ПДК

Для обеспечения экологической безопасности и контроля состояния сточных вод периодически измеряется концентрация в них азотных соединений. СНиП устанавливают нормативы и предельно допустимые концентрации, при которых возможны безопасное использование или сброс стоков. Кроме того, на основании этих показателей рассчитывается норматив платы за сброс.

Организации или индивидуальные предприниматели, сбрасывающие сточные воды, вносят специальную плату, если содержание азотных соединений превышает установленные нормативы. Такой подход стимулирует их внедрять современные эффективные методы очистки.

Методики расчета аммония в сточных водах

Для оценки концентрации аммонийного азота используются различные виды лабораторных исследований, включая визуальную и фотометрическую колориметрию. Регламент проведения анализов прописан в ГОСТах.

Нейтрализация азотных соединений химическими методами

В сточных водах, поступающих на очистные сооружения, азот содержится в органических соединениях и солях аммония. Существует несколько методов очистки, которые позволяют снизить его концентрацию.

Химические процессы удаления азота из сточных вод включают добавление реагентов, которые фиксируют азот, образуя нерастворимые отложения. Затем эти отложения отделяются от воды и удаляются. Выбор метода зависит от типа сточных вод, их состава и требований к качеству очищаемой воды.

Хлорирование – проверенная временем, доступная технология очистки. Под воздествием хлора аммонийный азот окисляется. Метод достаточно эффективен, но при высоких концентрациях азота может привести к образованию канцерогенных соединений.

Озонирование – более современный и безопасный способ нейтрализации аммония. Он также вызывает окисление азота, после чего получившиеся соединения удаляются из сточных вод и направляются на дальнейшую очистку.

Фильтрование – еще один метод задерживания аммонийного азота. Сточные воды в процессе очистки проходят через различные виды фильтров, на которых оседают аммонийные ионы. Хорошо зарекомендовала себя технология обратного осмоса. Через фильтр проходят только молекулы чистой воды. Остальные соединения, включая азотные, оседают на специальных мембранах.

Адсорбция и экстракция предполагают улавливание аммонийных соединений различными адсорбентами, например, смолами, которые затем удяляются из сточных вод.

Метод электролиза основан на применении электрического тока для окисления ионов аммония.

Биотехнологии очистки сточных вод

Растущий интерес к природным методам удаления азота из стоков требует адаптации технологических решений к современным условиям. Биологические методы удаления азотсодержащих соединений включают нитрификацию и денитрификацию.

Эти процессы являются основными звеньями в цепи азотных превращений, которая осуществляется с помощью активного ила. Активный осадок представляет собой консорциум микроорганизмов, среди которых есть бактерии, грибы, инфузории, жгутики, корешки, коловратки, водоросли и черви.

Процесс протекает поэтапно:

1. В ходе нитрификации бактерии в аэробных условиях преобразуют органические соединения азота в аммиак и соли аммония, а затем окисляют их до нитритов и нитратов.
2. Следующим этапом является денитрификация, при которой в анаэробных условиях нитраты восстанавливаются до молекулярного азота.

Нитрифицирующие батареи могут быть способны денитрифицировать и превращать аммонийный азот в молекулярный. Однако потребление ими азотных соединений в процессе роста не слишком велико. Нитрифицирующие бактерии (нитрификаторы) относятся к наиболее уязвимой популяции микробов, участвующих в очистке сточных вод. Их активность определяется такими факторами, как:

• Температура окружающей среды.
• Уровень pH.
• Концентрация растворенного кислорода.
• Возраст активного ила.
• Концентрация токсичных веществ.

Поэтому для стимулирования их жизнедеятельности приходится дополнительно прибегать к аэрации. Обогащение сточных вод кислородом и поддержание оптимальной для жизнедеятельности бактерий температуры помогает микроорганизмам эффективно удалять аммонийный азот, окисляя его до нитратов.

Еще одним биологическим методом очистки сточных вод является фиторемедиация – использование некоторых видов растений. Тростник и другие гидротропы способны поглощать азотные соединения и связывать их в своей биомассе.

Использование соответствующих методов очистки сточных вод, как биологических, так и химических, позволяет эффективно удалять излишки азотных соединений и минимизировать негативные последствия от их присутствия в воде.