Нитрификация и денитрификация.

Находящиеся в с.в. органические загрязнения являются благоприятной средой для развития бактерий. Поэтому основная задача при очистке с.в. – удаление органических веществ, представляющих наибольшую опасность в санитарном отношении. Присутствующие в с.в. сложные соединения благодаря биохимическому процессу подвергаются распаду на Н₂О и СО₂. Эти процессы называются минерализацией и стабилизацией.

Минерализация происходит под воздействием микроорганизмов, которые используют эти вещества в процессе питания как пластический материал для построения своего тела и как энергетический материал для своих жизненных функций.

Различают 2 группы микроорганизмов: аэробные и анаэробные. Аэробные (нитрифицирующие) нуждаются в кислороде. Анаэробные не выносят его присутствия. При аэробных биохимических процессах происходит окисление органических веществ содержащих углерод, азот, серу, фосфор до минеральных солей, углекислых, азотокислых, серокислых, фосфорнокислых и углекислота.

В результате анаэробных (восстановительных) процессов образуются главным образом газы: метан, углекислота, сероводород, аммиак, водород, а также промежуточные продукты распада.

Аэробные процессы используются для очистки с.в. от органических загрязнений, находящихся преимущественно в коллоидном и растворённом виде.

Анаэробные процессы применяются для обработки осадков с.в., а также для очистки высоконцентрированных загрязнений пром.с.в.

Белковые вещества в живом организме в процессе обмена веществ дают мочевину СО(NН₂)₂. В моче, выделяемой человеком в сутки содержится 25-35 г мочевины. Кроме мочевины содержится около 1г аминокислот, 0,3-1,2г мочевой кислоты, 1,5-2,4г креатина. Все эти вещества являются основными загрязнениями бытовых стоков. Под влиянием гнилостных бактерий уже в пределах канализационной сети подвергается гидролизу с образованием аммонийных солей или углекислого аммония.

СО(NН₂)₂+2Н₂О=(NН₄)₂СО₃

В виде карбоната аммония азот находится в с.в. В дальнейшем (NН₄)₂СО₃ разлагается и может давать аммиак:

(NН₄)₂СО₃=2NН₃+Н₂О+СО₂

Необходимо разлагать азот, который находится в виде растворённого аммиачного газа и азот, который присутствует в виде иона аммония в истинном растворе (NН₄⁺).

Аммиачный газ в концентрации 4 мг/л м.б..довит для отдельных видов рыб, в то время как NН₄⁺ не ядовит. Любая или обе формы аммиачного азота могут присутствовать в зависимости от рН и температуры воды.

При рН=7 только NН₄⁺

При рН=12 присутствует аммиак.

При промежуточных значениях могут быть обе формы.

При соответствующих условиях (наличие кислорода, t=>6°С) под действием аэробных микроорганизмов происходит окисление азотоаммонийных солей. В результате чего образуется сначала соли азотистой кислоты, а затем соли азотной кислоты. Этот процесс окисления азота аммонийных солей в нитриты и нитраты называется процессом нитрификации. Нитрификация осуществляется лишь при наличии достаточного количества кислорода и темпиратуры не ниже +6°С. Выражается это следующими химическими выражениями:

2NН₃+3О₂=2НNO₂(нитрит)+2H₂N

2HNO₂+O₂=2HNO₃

(NH₄)₂CO₃+3O₃=2HNO₂+CO₂+3H₂O

2HNO₂+O₂=2HNO₃(нитрат)

Профессор Виноградский, установивший 2 фазы нитрификации, установил, что возбудителями первой фазы являются бактерии нитрозамонас. Вторая фаза – окисление нитритов в нитраты вызывается бактерией – нитробактерией.

1-ая фаза нитрификации происходит в 3 раза быстрее 2-ой. На окисление 1 мг аммонийного азота расходуется следующее количество кислорода: для превращения в нитриты 3,43мг, в нитраты 4,57мг. Наличие нитратов в с.в. показывает на совершенную минерализацию содержащихся в ней органических веществ. Такой показатель характеризует совершенную работу сооружений биохимической очистки.

Важность процесса нитрификации заключается не только в глубокой минерализации органических соединений, но и в накоплении связанного с азотом кислорода, который может быть использован для окисления органических безазотистых веществ когда уже полностью израсходован для этого процесса весь свободный растворённый кислород. Связанный О₂ отщепливается от нитритов и нитратов под действием микроорганизмов (денитрифицирующих бактерий) и повторно расходуется на окисление органических веществ. Этот процесс называется денитрификацией. Освобождающийся азот выделяется в виде газа в атмосферу. В процессе денитрификации освобождается несколько меньшее количество кислорода, т.к. часть его уходит на образование углекислоты. При денитрификации нитритов освобождается в расчёте на 1мг азота 1,71 мг кислорода, а при денитрификации нитратов на 1мг азота – 2,85мг кислорода. Денитрифицурующие бактерии относятся к факультативным анаэробным бактериям.

Использование сточных вод.

В с.в. содержатся такие вещества, как азот, калий, фосфор, кальций, магний и др., которые являются ценными удобрениями с/х культур.

Наименование вещества	Содержание удобрительных веществ, %, в состоянии	Количество удобрительных веществ, г/м^3 воды при норме в/о
	растворённом	взвешенном	100 л/сут	200 л/сут	300 л/сут
Азот (N) Фосфор (Р) Калий (К) Известь	-	-

Используются очищенные с.в. для полива с/х удобрений. Одним из методов очистки м.б. механическая очистка, включая отстаивание. При этом часть веществ выпадает в осадок. Органические вещества при продолжительности отстаивания 40 мин снижают количество удобрительных веществ на 33%, при 120 мин – на 46%. Азот при аналогичных условиях снижается: 40мин – 9,5%, 120мин – 13%. По количеству азота 1000м³ с.в. при норме в/о 100 л/сут эквивалентна 10т навоза. Осадок с.в. может использоваться в качестве удобрения, т.к. в нём содержится много ценных веществ: N, P, K, CaO, Na.

Хим.состав с.в.

Осадок	N	P2O5	K2O	CaO
	2,9	3,7	0,2	3,2
Навоз (сухой)			2,4
Навоз с 75%-ным содержанием воды	0,5	0,2	0,6	0,5

Осадки с.в. перед использованием в качестве удобрения должны подвергаться обработке в виде сбраживания, компостирования, чтобы погибли яйца гельминтов. При использовании с.в. для орошения можно использовать поля подземной фильтрации, открытые поля орошения выращиванием техн. с/х культур или культур, используемых в пищу после тепловой обработки.