Saat ini, "nitrogen" merupakan topik penting yang tidak dapat dihindari dalam industri pengolahan limbah. Banyak operator instalasi pengolahan limbah memberikan perhatian tertinggi terhadap nitrogen, jauh lebih tinggi dibandingkan COD dan fosfor, karena tingkat kesulitan pembuangannya paling tinggi. Selama proses operasi, mereka memantau indikator nitrogen ini setiap hari: nitrogen amonia, nitrogen total, nitrogen nitrat, dan nitrogen nitrit.
Namun jika tiba-tiba ditanya: Berapa jenis nitrogen yang ada di limbah? Apa hubungan mereka?
Banyak orang mungkin terkejut sesaat. Kebanyakan orang hanya memiliki pemahaman yang baik tentang "nitrogen amonia, nitrogen total", dan tidak memahami hubungan antara jenis nitrogen lainnya. Sebutkan indikator nitrogen yang dapat kita gunakan dalam pengolahan limbah, termasuk nitrogen amonia, nitrogen total, nitrogen organik, nitrogen anorganik, nitrogen nitrat, nitrogen nitrit, dan nitrogen Kjeldahl,
Dengan banyaknya indikator nitrogen, hubungan antara siapa yang berinteraksi dengan siapa, siapa yang berinteraksi dengan siapa, dan siapa yang mencakup siapa menjadi kompleks. Faktanya, nitrogen bukanlah zat sederhana dalam air limbah, namun merupakan sistem keluarga yang terus berubah. Jika pengolahan limbah dipandang sebagai sebuah perjalanan, maka nitrogen dalam limbah juga mengalami “kehidupan” tersendiri. Hari ini di artikel ini, kita akan memilah hubungan rumit yang terlibat.
Nitrogen dalam limbah sebenarnya dapat dibagi menjadi dua kategori
Dari perspektif klasifikasi yang luas, nitrogen dalam air limbah dibagi menjadi dua kategori:
nitrogen organik
nitrogen anorganik
Memahami kedua jenis nitrogen ini merupakan langkah awal dalam memahami bentuk nitrogen dalam air limbah.
Mari kita bicara tentang nitrogen organik terlebih dahulu. Sederhananya, nitrogen organik adalah nitrogen yang tersembunyi dalam bahan organik
Misalnya
protein
asam amino
urea
amina organik
Senyawa peptida
Senyawa nitro
Zat-zat ini sangat umum terdapat pada limbah rumah tangga, air limbah makanan, dan air limbah budidaya.
Misalnya sepotong daging, semangkuk sisa nasi, air cucian sayur, dan kotoran manusia semuanya mengandung nitrogen organik dalam jumlah besar.
Dan jenis lainnya adalah: nitrogen anorganik
Ada tiga bentuk utama nitrogen anorganik dalam air limbah:
nitrogen amonia
Nitrogen nitrit
Nitrogen nitrat
Ketiga jenis nitrogen ini merupakan bentuk paling penting dalam proses pengolahan limbah. Seringkali, indikator yang kami uji sebenarnya berpusat pada ketiga jenis nitrogen ini.
Nitrogen organik: "bentuk primitif" nitrogen
Pada awal masuk ke instalasi pengolahan limbah, sebagian besar nitrogen sebenarnya adalah nitrogen organik.
Pasalnya, limbah rumah tangga sendiri banyak mengandung berbagai senyawa organik.
Senyawa nitrogen organik ini tidak akan langsung dihilangkan, melainkan akan melalui proses terlebih dahulu: amonifikasi
Sederhananya, mikroorganisme menguraikan bahan organik.
Selama proses ini, zat seperti protein dan asam amino secara bertahap terdegradasi, yang pada akhirnya melepaskan zat yang sangat familiar: nitrogen amonia. Oleh karena itu, dalam sistem pengolahan limbah, sering kali kita melihat situasi di mana nitrogen amonia tidak berkurang melainkan meningkat. Banyak operator pemula yang akan sangat gugup ketika melihat data ini karena mengira sistemnya bermasalah. Sebenarnya hal ini tidak perlu, terkadang hanya karena nitrogen organik dalam sistem sedang terurai.
Dengan kata lain, nitrogen organik berubah menjadi nitrogen amonia. ,
Nitrogen amonia (NH ∝ - N): indikator yang paling dikenal untuk instalasi pengolahan limbah
Jika nitrogen dalam limbah memiliki "protagonis", itu pasti nitrogen amonia. Karena hampir semua instalasi pengolahan limbah akan fokus pada indikator ini. Ada dua alasan mengapa nitrogen amonia penting.
Salah satu alasannya adalah dampaknya yang signifikan terhadap lingkungan. Setelah memasuki air, nitrogen amonia mengkonsumsi sejumlah besar oksigen terlarut dan juga dapat menjadi racun bagi ikan.
Alasan lainnya adalah nitrogen amonia merupakan titik awal reaksi denitrifikasi.
Dalam sistem pengolahan biologis, nitrogen amonia digunakan oleh jenis bakteri khusus yang disebut bakteri nitrifikasi
Dalam kondisi aerobik, bakteri nitrifikasi secara bertahap akan mengoksidasi nitrogen amonia. Namun, proses ini tidak selesai dalam satu langkah. Namun ini memerlukan proses dua-langkah.
Nitrogen nitrit (NO ₂⁻ - N): "stasiun perantara" dalam proses denitrifikasi
Produk pertama dari oksidasi nitrogen amonia adalah nitrogen nitrit, yang sebenarnya tidak stabil di banyak instalasi pengolahan air limbah. Karena begitu terbentuk biasanya terus teroksidasi dengan cepat.
Namun dalam beberapa kasus, nitrogen nitrit bisa meningkat secara tiba-tiba.
Misalnya
Sistem nitrifikasi terpengaruh
Oksigen terlarut tidak mencukupi
perubahan suhu
Usia lumpur tidak stabil
Pada titik ini, nitrogen nitrit dapat terakumulasi dalam sistem.
Nitrogen nitrit memiliki ciri-ciri lebih toksik dibandingkan nitrogen amonia.
Jika konsentrasinya terlalu tinggi, tidak hanya mempengaruhi mikroorganisme, tetapi juga berdampak pada kualitas limbah.
Begitu banyak operator yang merasa gugup saat melihat peningkatan nitrogen nitrit.
Nitrogen nitrat (NO ∝⁻ - N): langkah terakhir denitrifikasi
Pada tahap kedua reaksi nitrifikasi, nitrogen nitrit akan terus teroksidasi.
Formasi akhir: nitrogen nitrat
Proses ini juga membutuhkan oksigen dan keterlibatan bakteri jenis lain.
Ketika sistem berjalan stabil, sebagian besar nitrogen amonia pada akhirnya akan berubah menjadi nitrogen nitrat.
Namun masalahnya belum selesai. Jika berhenti di sini, nitrogen akan tetap tertinggal di dalam air.
Jadi instalasi pengolahan limbah masih memerlukan satu langkah lagi: denitrifikasi.
Dalam kondisi hipoksia, bakteri denitrifikasi secara bertahap mereduksi nitrogen nitrat.
Akhirnya menghasilkan gas: nitrogen
Nitrogen akan dilepaskan dari air dan kembali ke udara.
Pada titik ini, nitrogen benar-benar dihilangkan.
Total nitrogen (TN) sebenarnya merupakan kumpulan besar keluarga nitrogen
Dalam sistem pemantauan online sebelum pengolahan limbah, pemantauan nitrogen total kini menjadi item tetap yang tidak dapat disambar petir, yang menunjukkan pentingnya hal ini. Banyak orang mungkin merasa agak abstrak saat pertama kali menemukan indikator ini. Sebenarnya cukup mudah untuk dipahami. Nitrogen total adalah jumlah semua bentuk nitrogen:
nitrogen organik
nitrogen amonia
Nitrogen nitrit
Nitrogen nitrat
Mereka bersama-sama membentuk kandungan nitrogen total dalam air. Terkadang nitrogen amonia dalam suatu sistem sudah sangat rendah, namun nitrogen total masih tinggi.
Alasannya seringkali karena nitrogen nitrat belum dihilangkan lebih lanjut. Hal ini juga menjadi alasan mengapa banyak instalasi pengolahan limbah perlu memasang sistem denitrifikasi.
Dari Nitrogen Organik ke Nitrogen: Perjalanan Lengkap
Jika proses perubahan nitrogen dalam limbah diplot sebagai rutenya, kira-kira akan menjadi sebagai berikut:
Jalur inilah yang sebenarnya sering kita sebut sebagai proses denitrifikasi biologis.
Tampaknya jalurnya sederhana, di baliknya terdapat proyek kompleks yang diselesaikan oleh mikroorganisme yang tak terhitung jumlahnya yang bekerja sama.
Setiap tahap memerlukan kondisi lingkungan yang sesuai.
oksigen terlarut
suhu
sumber karbon
Usia lumpur
Semua faktor ini akan mempengaruhi 'perjalanan nitrogen' ini.
Kesimpulannya
Dalam pengolahan limbah, "nitrogen" bukanlah indikator sederhana. Ini lebih seperti rantai yang terus berubah.
Dari nitrogen dalam bahan organik, menjadi nitrogen amonia, lalu menjadi nitrogen nitrat, dan akhirnya menjadi gas nitrogen yang kembali ke udara.
Seluruh proses sebenarnya merupakan siklus yang didominasi mikroba.
Ketika kita benar-benar memahami berbagai bentuk nitrogen ini, akan lebih mudah untuk memahami banyak fenomena dalam sistem pengolahan limbah.
Misalnya
Mengapa nitrogen amonia tiba-tiba meningkat
Mengapa nitrit terakumulasi
Mengapa nitrogen total selalu sulit memenuhi standar
Jawaban terhadap banyak permasalahan operasional sebenarnya tersembunyi dalam 'perubahan nitrogen' ini.