I réimse na cóireála fuíolluisce, is é an claochlú bitheolaíoch nítrigine an próiseas lárnach chun baint nítrigine agus fosfar a bhaint amach agus caighdeáin astaíochta a chomhlíonadh. Ní imoibriú amháin atá i gceist leis an bpróiseas seo, ach trí phríomhchéim a chur i gcrích go comhordaithe: amóiniú, nítriú, agus dínitriú. Le chéile, déanann na céimeanna seo nítrigin orgánach casta agus nítrigin neamhorgánacha i bhfuíolluisce a thiontú go gás nítrigine neamhdhíobhálach, ag laghdú go bunúsach an t-ualach nítrigine i gcomhlachtaí uisce.
Réamhrá
Tá nítrigin i séarachas ann go príomha i bhfoirmeacha nítrigine orgánach (cosúil le próitéin agus úiré) agus nítrigin amóinia. D’fhéadfadh saincheisteanna comhshaoil a bheith mar thoradh ar sceitheadh díreach mar eotrófú dobharlach. Tá modhanna cóireála bitheolaíocha, lena buntáistí a bhaineann le héifeachtacht agus le geilleagar ard, tar éis éirí mar theicneolaíocht phríomhshrutha chun nítrigin a bhaint as séarachas. Is é an croíphrionsabal úsáid a bhaint as gníomhaíochtaí meitibileach miocrorgánaigh éagsúla faoi choinníollacha comhshaoil ar leith chun eilimintí nítrigine a athrú de réir a chéile, ag baint amach ar deireadh thiar a bhaint gásach ó chomhlachtaí uisce chuig an atmaisféar. Déanfaidh an méid seo a leanas croí-mheicníocht an phróisis seo a dháileadh go córasach.
I. Amóiniú: nítrigin orgánach a thiontú ina nítrigin amóinia
Is é amóiniú an chéad chéim maidir le nítrigin a bhaint as fuíolluisce, ag tagairt do chomhdhúile nítrigine orgánacha a thiontú isteach
Déantar an próiseas a éascú go príomha trí bhaictéir amóinithe. Ag brath ar ábhar ocsaigine an chomhshaoil, is féidir é a chatagóiriú ina dhá bhealach: claochlú aeróbach agus claochlú anaeróbach
1. Claochlú aeróbach
Faoi choinníollacha aeróbach, glacann microorganisms cosúil le Aeromonas hydrophila, Bacillus cereus, agus Proteus vulgaris facultative páirt san imoibriú, ag díghrádú nítrigine orgánach go príomha trí dhá phríomh-mheicníocht:
• Dímhilliú ocsaídiúcháin: Faoi chatalú ocsaídísí, cailleann aimínaigéid a gcuid aimínaigéid de réir a chéile chun ketoaigéid agus amóinia a ghiniúint.
Ag glacadh alanine mar shampla:
CH3CH(NH2)COOH → CH3C(NH2)COOH → CH3COCOOH + NH3
(Alanine → Aigéad Iminopropionic → Aigéad Pyruvic + Amóinia)
• Hidrealú amóinia: Faoi ghníomhú einsímí hidrealacha, déantar hidrealú-ina bhfuil comhdhúile orgánacha amhail úiré chun amóinia a tháirgeadh.
Imoibriú hidrealú úiré:
(NH2)2CO + 2H2O → 2NH3 + CO2 + H2O
I measc na mbaictéar a bhaineann leis an bpróiseas seo tá baictéir aeróbach mar Enterococcus faecalis agus Bacillus urea.
2. Tiontú anaeróbach
I dtimpeallachtaí anaeróbacha nó ocsaigine-easpacha, cuireann miocrorgánaigh anaeróbacha anaeróbacha agus faomhacha amóiniú i gcrích trí thrí chonair:
• Laghdú agus dí-mhilleadh:
RCH(NH2)COOH + 2H → RCH2COOH + NH3
• Baint amóinia uiscebhunaithe:
RCH(NH2)COOH + 2H2O → RCH(OH)COOH + NH3
• Díhiodráitiú agus díhiodráitiú:
CH2(OH)CH(NH2) → CH3COCOOH + NH3+H2O
II. Nítriú: Ocsaídiú nítrigine amóinia go níotráit níotráite
Is é nítriginiú an dara croí-imoibriú a ocsaídíonn NH3−N go NOx−N, a chríochnaítear go sineirgíoch ag baictéir nítrít agus baictéir níotráite, agus atá roinnte ina dhá chéim: nítrítiú agus níotrúchán.
1. Meicníocht imoibrithe
• Imoibriú nítrítithe (baictéir nítríte is mó):
NH3 + 1.5O2 → NO2− + H+ + H2O + 273.5kJ
• Imoibriú nítriúcháin (níotróbaictéir is mó):
NO2− + 0.5O2 → NO3− + 73.19kJ
• Foirmle imoibrithe foriomlán:
NH3 + 2O2 → NO3− + H+ + H2O + 346.69kJ
2. Príomh-shaintréithe an phróisis
• Éileamh ar ocsaigin ard: Tomhaltas teoiriciúil de 4.2g in aghaidh an bhaint 1g, mar sin ní mór an t-imoibriú nítriúcháin a dhéanamh faoi choinníollacha aeraithe leordhóthanach.
• Ráta fáis íseal: Tá táirgeacht chill an-íseal ag baictéir nítriúcháin, agus is mó an seans nach mbeidh dóthain gníomhaíochta acu le linn míonna fuara an gheimhridh. Dá bhrí sin, is gá tiúchan ard sloda a choinneáil chun éifeachtacht cóireála a chinntiú.
• Tomhaltas alcaileachta: Gineann an t-imoibriú méid mór H+. Go teoiriciúil, ídítear 7.54g alcaileacht (arna ríomh mar CaCO3) do gach 1g ocsaídiúcháin. Is gá cobhsaíocht pH an chórais a chothabháil trí ghníomhairí alcaileach a chur leis.
III. Dínitriúchán: Laghdú nítrigine níotráite go gás nítrigine
Is é dínitrification an chéim dheireanach maidir le nítrigin a bhaint as fuíolluisce. Tagraíonn sé don phróiseas ina laghdaíonn baictéir dínitríneacha NOx−N agus ocsaídí nítrigine eile go gás nítrigine nó ocsaídí nítrigine gásacha mar ghlacadóirí leictreon faoi choinníollacha anaeróbacha nó ocsaigine{-easnamhach (DO < 0.3~0.5mg/L).
1. Meicníocht imoibrithe
𝑁𝑂3−→𝑁𝑂2−→>𝑁𝑂→𝑁2𝑂→𝑁2
Frithghníomh laghdaithe iomlán (ag glacadh comhdhúile orgánacha mar dheontóirí leictreon mar shampla):
NO3−+5[H] (deontóir leictreon) → 0.5N2 + 2H2O + OH−
NO2− + 3[H] (deontóir leictreon) → 0.5N2 + H2O + OH−
2. Riachtanais foinse carbóin agus tréithe miocróbach
• Tomhaltas foinse carbóin: Go teoiriciúil, tá gá le 2.86g de fhoinse carbóin chun 1g de nítrigin níotráite a thiontú go N2, agus tá gá le 1.71g d'ábhar orgánach chun 1g de nítrít nítríte a thiontú.
• Éagsúlacht deontóirí leictreon: Is féidir [H] a sholáthar trí chomhdhúile orgánacha, suilfídeanna, etc., ag tairiscint roghanna foinse carbóin iolracha le haghaidh optamú próisis.
• Saintréithe miocróbacha: Is baictéir fhaiteacha iad baictéir dínitriúcháin den chuid is mó, a osclaíonn trí úsáid a bhaint as O2 mar ghlacadóir leictreoin teirminéil i láthair ocsaigine, agus a úsáideann NOx−N le haghaidh riospráid in éagmais ocsaigine. Is é an tréith seo bunchloch an phróisis dínitrithe anocsa.
Achoimre
Is próiseas slabhra é an claochlú bitheolaíoch ar nítrigin i séarachas atá idirnasctha:
Briseann amóiniú móilíní nítrigine orgánacha, ag scaoileadh nítrigine amóinia;
Is éard atá i gceist le nítrigin ná nítrigin amóinia a ocsaídiú de réir a chéile chun nítrigin níotráite a dhéanamh i dtimpeallacht aeróbach;
Laghdaíonn dínitriúchán nítrigine níotráite go gás nítrigine i dtimpeallachtaí anocsa, agus ar deireadh baintear amach nítrigin a bhaint as dobharlaigh chuig an atmaisféar.
Braitheann oibriú éifeachtach an phróisis seo ar rialú beacht ar phríomhpharaiméadair mar ábhar ocsaigine, alcaileacht, foinse carbóin, agus teocht, agus feidhmíonn sé mar thacaíocht theicniúil lárnach chun baint nítrigine cobhsaí a bhaint amach i ngléasraí fuíolluisce uirbeacha nua-aimseartha agus cóireáil fuíolluisce tionsclaíoch.