כיום "חנקן" הוא נושא חשוב שלא ניתן להימנע ממנו בענף הטיפול בשפכים. מפעילים רבים של מכוני טיהור שפכים מקדישים את תשומת הלב הגבוהה ביותר לחנקן, גבוה בהרבה מ-COD וזרחן, מכיוון שקושי הסילוק שלו הוא הגבוה ביותר. במהלך תהליך הפעולה, הם עוקבים אחר מדדי החנקן הללו מדי יום: חנקן אמוניה, חנקן כולל, חנקן חנקתי וחנקן ניטריט.
אבל אם פתאום נשאל: כמה סוגי חנקן יש בביוב? מה הקשר ביניהם?
אנשים רבים עשויים למעשה להיות נדהמים לרגע. לרוב האנשים יש רק הבנה טובה של "חנקן אמוניה, חנקן כולל", ואינם ברורים לגבי הקשר בין סוגי חנקן אחרים. רשום את מדדי החנקן שאנו יכולים לבוא איתם במגע בטיפול בשפכים, כולל חנקן אמוניה, חנקן כולל, חנקן אורגני, חנקן אי-אורגני, חנקן חנקתי, חנקן ניטריט וחנקן Kjeldahl,
עם כל כך הרבה מדדי חנקן, היחסים בין מי מתקשר עם מי, מי מקיים אינטראקציה עם מי ומי כולל את מי מורכבים. למעשה, חנקן אינו חומר פשוט בשפכים, אלא מערכת משפחתית המשתנה כל הזמן. אם הטיפול בשפכים נתפס כמסע, הרי שגם החנקן שבביוב חווה "חיים" משלו. היום במאמר זה, נמיין את מערכות היחסים המורכבות המעורבות.
ניתן למעשה לחלק את החנקן בביוב לשתי קטגוריות
מנקודת מבט רחבה של סיווג, חנקן בשפכים מחולק בעיקר לשתי קטגוריות:
חנקן אורגני
חנקן אנאורגני
הבנת שני סוגי החנקן הללו היא הצעד הראשון בהבנת צורות החנקן בשפכים.
בואו נדבר קודם על חנקן אורגני. במילים פשוטות, חנקן אורגני הוא החנקן החבוי בחומר אורגני
לְדוּגמָה
חֶלְבּוֹן
חומצת אמינו
אוריאה
אמין אורגני
תרכובות פפטידים
תרכובות ניטרו
חומרים אלו נפוצים מאוד בשפכים ביתיים, שפכי מזון ושפכי חקלאות ימית.
לדוגמה, נתח בשר, קערת שאריות אורז, מי שטיפה של ירקות והפרשות אנושיות מכילים כולם כמות גדולה של חנקן אורגני.
ועוד סוג הוא: חנקן לא אורגני
קיימות שלוש צורות עיקריות של חנקן אנאורגני בשפכים:
חנקן אמוניה
חנקן ניטריט
חנקן חנקתי
שלושת סוגי החנקן הללו הם הצורות החיוניות ביותר בתהליך הטיפול בשפכים. פעמים רבות, האינדיקטורים שאנו בודקים מתרכזים למעשה סביב שלושת סוגי החנקן הללו.
חנקן אורגני: "הצורה הפרימיטיבית" של חנקן
בתחילת הכניסה לטיהור שפכים רוב החנקן הוא למעשה חנקן אורגני.
כי הביוב הביתי עצמו מלא בתרכובות אורגניות שונות.
תרכובות חנקן אורגניות אלו לא יוסרו ישירות, תחילה הן יעברו תהליך: אמוניפיקציה
במילים פשוטות, מיקרואורגניזמים מפרקים חומר אורגני.
במהלך תהליך זה, חומרים כמו חלבונים וחומצות אמינו מתכלים בהדרגה, ובסופו של דבר משחררים חומר מוכר מאוד: חנקן אמוניה. לכן, במערכות טיהור שפכים מקובל לראות מצב בו חנקן האמוניה אינו פוחת אלא עולה. מפעילים מתחילים רבים יהיו עצבניים מאוד כשהם רואים את הנתונים האלה, וחושבים שיש למערכת בעיה. למעשה, זה מיותר, לפעמים זה רק בגלל שהחנקן האורגני במערכת מתפרק.
במילים אחרות, חנקן אורגני הופך לחנקן אמוניה. ,
חנקן אמוניה (NH ∝ - N): האינדיקטור המוכר ביותר עבור מתקני טיהור שפכים
אם לחנקן בביוב יש "גיבור", זה חייב להיות חנקן אמוניה. מכיוון שכמעט כל מכוני טיהור שפכים יתמקדו במדד זה. ישנן שתי סיבות מדוע חנקן אמוניה חשוב.
אחת הסיבות היא שיש לה השפעה משמעותית על הסביבה. לאחר הכניסה למים, חנקן אמוניה צורך כמות גדולה של חמצן מומס ועלול להיות רעיל גם לדגים.
סיבה נוספת היא שחנקן אמוניה הוא נקודת המוצא של תגובת הדניטריפיקציה.
במערכות טיפול ביולוגיות, חנקן אמוניה מנוצל על ידי סוג מיוחד של חיידקים הנקראים חיידקים מחנקים
בתנאים אירוביים, חיידקים מחנקים יחמצנו בהדרגה את חנקן האמוניה. עם זאת, תהליך זה אינו הושלם בשלב אחד. אבל זה תהליך דו-שלבים.
חנקן ניטריט (NO ₂⁻ - N): "תחנת הביניים" בתהליך הדניטריפיקציה
התוצר הראשון של חמצון חנקן אמוניה הוא חנקן ניטריט, שלמעשה אינו יציב במפעלי טיהור שפכים רבים. כי ברגע שנוצר, הוא בדרך כלל ממשיך להתחמצן במהירות.
אבל במקרים מסוימים, חנקן ניטריט עלול לגדול לפתע.
לְדוּגמָה
מערכת הניטריפיקציה מושפעת
לא מספיק חמצן מומס
שינוי טמפרטורה
גיל בוצה לא יציב
בשלב זה, חנקן ניטריט עשוי להצטבר במערכת.
לחנקן ניטריט יש מאפיין: הוא רעיל יותר מחנקן אמוניה.
אם הריכוז גבוה מדי, הוא עלול לא רק להשפיע על מיקרואורגניזמים, אלא גם להשפיע על איכות הקולחים.
כל כך הרבה מפעילים מרגישים עצבניים כשהם רואים עלייה בחנקן ניטריט.
חנקן חנקתי (NO ∝⁻ - N): השלב האחרון של הדניטריפיקציה
בשלב השני של תגובת הניטריפיקציה, חנקן ניטריט ימשיך להתחמצן.
היווצרות סופית: חנקן חנקתי
תהליך זה דורש גם חמצן ומעורבות של סוג אחר של חיידקים.
כאשר המערכת פועלת ביציבות, רוב חנקן האמוניה יהפוך בסופו של דבר לחנקן חנקתי.
אבל העניין עדיין לא נגמר. אם זה ייפסק כאן, חנקן עדיין יישאר במים.
אז המפעל לטיהור שפכים עדיין זקוק לשלב נוסף: דניטריפיקציה.
בתנאים היפוקסיים, החיידקים המדניטרים מפחיתים בהדרגה את החנקן החנקתי.
לבסוף יוצרים גז: חנקן
חנקן ישתחרר מהמים ויחזור לאוויר.
בשלב זה, חנקן באמת מוסר.
חנקן כולל (TN) הוא למעשה אוסף גדול של משפחת חנקן
במערכת הניטור המקוונת לפני טיפול בשפכים, ניטור חנקן כולל הוא כיום פריט קבוע שאינו ניתן לפגיעה בברק, המעיד על חשיבותו. אנשים רבים עשויים להרגיש מעט מופשטים כאשר הם נתקלים לראשונה במדד זה. זה למעשה די קל להבנה. סך החנקן הוא הסכום של כל צורות החנקן:
חנקן אורגני
חנקן אמוניה
חנקן ניטריט
חנקן חנקתי
הם ביחד מהווים את תכולת החנקן הכוללת במים. לפעמים חנקן האמוניה במערכת כבר נמוך מאוד, אבל סך החנקן עדיין גבוה.
הסיבה היא לעתים קרובות כי חנקן חנקתי לא הוסר עוד יותר. זו גם הסיבה לכך שמפעלי טיהור שפכים רבים צריכים להתקין מערכות דניטריפיקציה.
מחנקן אורגני לחנקן: מסע שלם
אם תהליך שינוי החנקן בביוב מתווה כמסלול, זה יהיה בערך כדלקמן:
מסלול זה הוא למעשה מה שאנו מתייחסים אליו לעתים קרובות כתהליך הניטריפיקציה הביולוגי.
לכאורה נתיב פשוט, מאחוריו מסתתר פרויקט מורכב שהושלם על ידי אינספור מיקרואורגניזמים העובדים יחד.
כל שלב דורש תנאים סביבתיים מתאימים.
חמצן מומס
טֶמפֶּרָטוּרָה
מקור פחמן
גיל בוצה
גורמים אלה כולם ישפיעו על 'מסע החנקן' הזה.
לסיכום
בטיפול בשפכים, "חנקן" אינו מדד פשוט. זה יותר כמו שרשרת משתנה כל הזמן.
מחנקן בחומר אורגני, לחנקן אמוניה, אחר כך לחנקן חנקתי ולבסוף לגז חנקן החוזר לאוויר.
כל התהליך הוא למעשה מחזור שנשלט על ידי חיידקים.
כאשר אנו באמת מבינים את הצורות השונות הללו של חנקן, קל יותר להבין תופעות רבות במערכות טיפול בשפכים.
לְדוּגמָה
מדוע חנקן אמוניה גדל פתאום
מדוע ניטריט מצטבר
למה חנקן כולל תמיד קשה לעמוד בתקן
התשובות לבעיות תפעוליות רבות מסתתרות למעשה בתוך 'שינויי החנקן' הללו.