Hari ini saya ingin berbagi tentang nitrogen amonia dan nitrogen total. Dalam keadaan normal, nitrogen amonia biasanya menyumbang sekitar 40% - 60% dari total nitrogen dalam limbah domestik perkotaan. Untuk beberapa air limbah industri, seperti air limbah pengolahan makanan, air limbah farmasi, dll., proporsi nitrogen amonia terhadap nitrogen total dapat bervariasi, beberapa mungkin mencapai 70% - 80%, dan beberapa mungkin relatif rendah.
Nitrogen amonia (NH₄⁺-N) mengacu pada nitrogen dalam bentuk amonia bebas (NH₃) dan ion amonium (NH₄⁺) dalam air. Dan nitrogen total (TN) meliputi nitrogen amonia, nitrogen organik, nitrogen nitrat (NO₃⁻-N) dan nitrogen nitrit (NO₂⁻-N).
Nitrogen amonia yang rendah dalam limbah tetapi nitrogen total yang tinggi mungkin disebabkan oleh alasan berikut:
1. Akumulasi nitrogen nitrat
Selama proses nitrifikasi, nitrogen amonia diubah menjadi nitrogen nitrat (termasuk nitrogen nitrat dan nitrogen nitrit) oleh bakteri nitrifikasi dalam kondisi aerobik. Dalam keadaan normal, nitrogen nitrat yang dihasilkan akan direduksi menjadi gas nitrogen dan dibuang dari sistem oleh bakteri denitrifikasi dalam kondisi anoksik dalam proses denitrifikasi berikutnya, sehingga mencapai penghilangan total nitrogen. Namun jika terjadi kendala pada proses denitrifikasi, seperti terhambatnya aktivitas bakteri denitrifikasi, lingkungan anoksik yang tidak mencukupi, pasokan sumber karbon yang tidak mencukupi, dan lain-lain, nitrogen nitrat tidak dapat direduksi dengan lancar menjadi gas nitrogen. Hal ini menyebabkan akumulasi nitrogen nitrat secara terus menerus di dalam air, sehingga meskipun nitrogen amonia di ujung depan dapat secara efektif diubah menjadi nitrogen nitrat, yang diwujudkan sebagai nitrogen amonia rendah dalam limbah, akumulasi nitrogen nitrat tidak dapat dihilangkan, dan kandungan nitrogen totalnya masih tinggi.
2. Nitrogen organik tidak dihilangkan secara efektif
Selama proses pengolahan limbah, nitrogen organik perlu menjalani serangkaian reaksi biokimia untuk diubah menjadi nitrogen amonia, dan kemudian dihilangkan melalui nitrifikasi dan denitrifikasi. Jika komunitas mikroba yang bertanggung jawab untuk menguraikan nitrogen organik tidak cukup kaya atau cukup aktif selama proses pengolahan, atau kondisi pengolahan (seperti suhu, nilai pH, oksigen terlarut, dll.) tidak kondusif untuk penguraian dan transformasi nitrogen organik , hal ini dapat menyebabkan ketidakmampuan untuk sepenuhnya mengubah nitrogen organik menjadi nitrogen amonia.
Misalnya, suhu yang terlalu rendah dapat memperlambat laju metabolisme mikroorganisme, sehingga membuat reaksi penguraian nitrogen organik menjadi tidak lengkap; nilai pH yang tidak tepat dapat mempengaruhi aktivitas enzim, sehingga menghambat penguraian nitrogen organik oleh mikroorganisme.
Dengan cara ini, meskipun nitrogen amonia dihilangkan dengan baik melalui nitrifikasi dan denitrifikasi, yang diwujudkan sebagai nitrogen amonia rendah dalam limbah, nitrogen organik asli dalam limbah tidak sepenuhnya diubah dan dihilangkan, sehingga menghasilkan kandungan nitrogen total yang tinggi.
3. Rasio reflow internal terlalu kecil
Reflow internal mengacu pada kembalinya cairan campuran yang kaya akan nitrogen nitrat di ujung kolam aerobik ke ujung depan kolam anoksik untuk menyediakan nitrogen nitrat untuk reaksi denitrifikasi. Rasio reflow internal mengacu pada rasio jumlah cairan campuran yang dikembalikan ke laju aliran masuk.
Jika rasio reflow internal terlalu kecil, berarti nitrogen nitrat yang dikembalikan ke kolam anoksik tidak mencukupi. Dalam lingkungan anoksik, bakteri denitrifikasi menggunakan sumber karbon untuk mereduksi nitrogen nitrat menjadi gas nitrogen. Kurangnya nitrogen nitrat yang cukup akan membatasi reaksi denitrifikasi.
Misalnya, selama pengoperasian normal, rasio reflow internal harus mencapai 200% untuk memenuhi kebutuhan nitrogen nitrat untuk denitrifikasi, namun rasio reflow internal sebenarnya hanya 100% atau bahkan lebih rendah. Hal ini membuat denitrifikasi tidak dapat sepenuhnya menjalankan perannya, dan sejumlah besar nitrogen nitrat tidak dapat diubah menjadi gas nitrogen untuk dibuang, sehingga nitrogen amonia rendah dalam limbah, tetapi total nitrogen masih tinggi. Ketika rasio reflow internal dikontrol antara 200-400%, efisiensi denitrifikasi adalah yang terbaik.
4. Sumber karbon tidak mencukupi
Selama proses denitrifikasi, bakteri denitrifikasi memerlukan sumber karbon sebagai donor energi dan elektron untuk mereduksi nitrogen nitrat menjadi gas nitrogen. Jika sumber karbon dalam limbah tidak mencukupi, metabolisme dan reaksi bakteri denitrifikasi akan terbatas. Selama proses denitrifikasi, nitrogen nitrat dan nitrogen nitrit diubah menjadi gas nitrogen (N₂) dan keluar. Jika proses ini tidak mencukupi, nitrogen nitrat dalam total nitrogen tidak akan dihilangkan secara efektif. Menurut data pengoperasian instalasi pengolahan limbah, bila efisiensi denitrifikasi kurang dari 80%, efek penghilangan total nitrogen akan sangat berkurang.
Sumber karbon umum yang dapat digunakan oleh bakteri denitrifikasi antara lain bahan organik, seperti metanol, natrium asetat, glukosa, dll. Jika jumlah sumber karbon organik yang terkandung dalam influen itu sendiri tidak mencukupi, atau dikonsumsi selama proses pengolahan, dan tidak ada sumber karbon tambahan yang ditambahkan pada waktunya, reaksi denitrifikasi tidak dapat dilakukan sepenuhnya.
Misalnya, rasio karbon-nitrogen (C/N) pada beberapa air limbah industri rendah, dan sumber karbon yang terkandung di dalamnya tidak cukup untuk mendukung denitrifikasi yang efektif. Atau selama proses pengolahan, karena desain proses yang tidak masuk akal, sumber karbon dikonsumsi secara berlebihan di bagian depan, dan sumber karbon menjadi langka ketika mencapai tahap denitrifikasi.
Dalam hal ini, meskipun proses nitrifikasi berhasil mengubah nitrogen amonia menjadi nitrogen nitrat, karena kurangnya sumber karbon yang cukup untuk denitrifikasi, nitrogen nitrat tidak dapat dihilangkan sepenuhnya, sehingga menghasilkan nitrogen amonia limbah yang rendah tetapi nitrogen total yang tinggi.
5. Kontrol oksigen terlarut yang tidak tepat
Oksigen terlarut memainkan peran penting dalam proses nitrifikasi dan denitrifikasi pengolahan limbah. Reaksi nitrifikasi perlu dilakukan dalam kondisi aerobik, dan konsentrasi oksigen terlarut yang lebih tinggi diperlukan untuk mendukung bakteri nitrifikasi mengubah nitrogen amonia menjadi nitrogen nitrat.
Namun, reaksi denitrifikasi perlu dilakukan di lingkungan anoksik. Jika konsentrasi oksigen terlarut terlalu tinggi maka akan menghambat aktivitas bakteri denitrifikasi dan mengganggu proses denitrifikasi.
Misalnya, di area denitrifikasi, jika oksigen terlarut terlalu tinggi karena aerasi yang tidak merata, pengadukan yang tidak memadai, atau desain proses yang tidak masuk akal, metabolisme normal bakteri denitrifikasi dan aktivitas enzim denitrifikasi akan terhambat. Hal ini akan membuat reaksi denitrifikasi tidak dapat berjalan secara efektif. Sekalipun proses nitrifikasi front-end berhasil mengubah nitrogen amonia menjadi nitrogen nitrat, nitrogen nitrat tidak akan sepenuhnya diubah menjadi gas nitrogen dan dibuang karena terhambatnya denitrifikasi, sehingga nitrogen amonia rendah dalam limbah tetapi nitrogen total tinggi.
Dengan menyesuaikan parameter proses, seperti mengendalikan oksigen terlarut (DO) di bawah 0.5mg/L, untuk menciptakan lingkungan yang lebih kondusif bagi pertumbuhan bakteri denitrifikasi. Pada saat yang sama, dengan meningkatkan waktu tinggal di zona anoksik, nitrogen nitrat dapat dipastikan memiliki cukup waktu untuk diubah menjadi gas nitrogen.
6. Umur lumpur yang tidak sesuai
Usia lumpur mengacu pada waktu tinggal rata-rata lumpur aktif di seluruh sistem. Mikroorganisme yang berbeda memiliki tingkat pertumbuhan dan reproduksi yang berbeda, dan persyaratan umur lumpur juga berbeda.
Bakteri nitrifikasi tumbuh lambat dan memerlukan umur lumpur yang lebih lama untuk memastikan jumlah dan aktivitasnya dalam sistem. Jika umur lumpur terlalu pendek, bakteri nitrifikasi akan keluar dari sistem sebelum mereka dapat bereproduksi sepenuhnya, dan reaksi nitrifikasi tidak dapat dilakukan sepenuhnya, sehingga mengakibatkan penurunan efisiensi konversi nitrogen amonia menjadi nitrogen nitrat.
Di sisi lain, jika umur lumpur terlalu lama, hal ini dapat menyebabkan penuaan lumpur dan ketidakseimbangan struktur komunitas mikroba, yang dapat mempengaruhi aktivitas dan jumlah bakteri denitrifikasi, yang mengakibatkan denitrifikasi tidak mencukupi dan konversi nitrogen nitrat menjadi nitrogen menjadi tidak efektif. gas, menghasilkan efek penghilangan nitrogen total yang buruk.
Misalnya, dalam operasi sebenarnya, jika umur lumpur diatur terlalu pendek untuk mencapai efisiensi pembuangan lumpur yang berlebihan, nitrifikasi yang tidak lengkap dapat terjadi dan jumlah nitrogen amonia yang diubah menjadi nitrogen nitrat tidak mencukupi; dan jika umur lumpur diperpanjang secara berlebihan untuk menghemat biaya pengolahan lumpur, hal ini dapat menyebabkan penuaan lumpur dan efek denitrifikasi yang buruk.
7. Cacat desain proses
Beberapa instalasi pengolahan limbah mungkin tidak memiliki hubungan denitrifikasi yang efektif dalam aliran proses karena tidak cukupnya estimasi persyaratan penghilangan nitrogen total selama desain, misalnya:
1. Volume zona anoksik tidak mencukupi: Zona anoksik adalah area utama terjadinya denitrifikasi. Jika volumenya terlalu kecil, maka tidak dapat menyediakan ruang dan waktu reaksi yang cukup untuk bakteri denitrifikasi, sehingga menyebabkan denitrifikasi tidak mencukupi dan efek penghilangan nitrogen total menjadi buruk.
2. Pengadukan yang tidak merata di zona anoksik: Pengadukan yang tidak merata akan menyebabkan pencampuran limbah yang tidak memadai di zona anoksik, dan beberapa daerah mungkin tidak dapat memperoleh sumber karbon dan nitrogen nitrat yang cukup, sehingga mempengaruhi efek denitrifikasi.
Untuk masalah penghilangan nitrogen total yang disebabkan oleh cacat desain, dimungkinkan untuk mempertimbangkan penambahan atau modifikasi zona anoksik dan menambahkan perlakuan awal hidrolisis dan pengasaman untuk meningkatkan laju konversi bahan organik, sehingga menyediakan lebih banyak sumber karbon untuk mendukung proses denitrifikasi.
