Sa sve većim stupnjem eutrofikacije prirodnih vodenih tijela, uklanjanje azota u zagađenim vodnim tijelima postalo je sve hitno pitanje. Mokrišta igraju važnu ulogu u prevenciji i kontroli eutrofikacije prirodnih vodenih tijela. Prirodna močvarna područja, dopunjena razumnim umjetnim mjerama, značajno poboljšavaju efikasnost uklanjanja zagađivača i ekoloških efekata. Među njima je uklanjanje dušika važna funkcija umjetnih močvarnih područja. Sažetak mehanizma uklanjanja dušika u umjetnim močvarnim područjima za liječenje kanalizacijom može pružiti dobru teorijsku osnovu za dizajn, rad i istraživanje močvarnih područja.
Mehanizam denitrifikacije umjetnih močvara
Veštački močvarni sistemi uklanjaju azot iz kanalizacije kroz različite mehanizme. Ovi mehanizmi uglavnom uključuju biološke, fizičke i hemijske reakcije.
U anti-seepage umjetno močvakom sistemu, ako se zanemaruje razmena dušika između umjetnih močvarnih područja, cirkulacijskim i transformacijskim stazama dušika u umjetnim močvarnim područjima prikazani su na slici u nastavku, uglavnom, uključujući amonija za amonija za atroniku, amonijak volatilizaciju dušika amonijaka , biološka nitrifikacija i denitrifikacija, postrojenje za unos mikrobnog tkiva, matrica adsorpcija i anaerobna oksidacija amonijaka i drugi fizički, hemijski i biološki procesi.
Među njima je adsorpcija i oborilovanje matrica dobro učinak u močvarnim mrežama posebne matrice ili u ranoj fazi močvarnog područja, ali za zrele umjetne močvare koje su dugo vremena, transformacija i uklanjanje azota pod Akcija mikroorganizama uvijek se smatrala glavnim načinom uklanjanja azota. Ostali putevi za uklanjanje dušika, kao što su oksidacija anaerobne amonijake mogu teoretski dati veći doprinos tretmanu veštačkih močvarnih močvara sa visokim amonijakom.
Nacionalni ekološki dan
Nitrifikacija se odnosi na proces u kojem je amonijačni azot oksidiran u nitritni azot i dalje oksidiran u nitratni azot pod djelovanjem mikroorganizama. Nitrifikacija se uglavnom završava autotrofičnim bakterijama u dvije faze.
Prva faza je proces nitrita: to jest, faza u kojoj je amonijak dušik oksidiran u nitritni azot.
Postoji pet glavnih rodova nitritnih bakterija uključenih u ovu fazu: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosococcus, Nitrosospira i Nitrosogloea. Među njima je posebno dominantna uloga Nitrobactera.
Druga faza je proces nitrifikacije: to jest, pozornica u kojoj je nitritni azot oksidiran u nitratni azot.
U ovoj je fazi uključene tri glavna generala nitrificirajuće bakterije: Nitrobacter, Nitrospina i Nitrokok. Među njima je Nitrobacter glavni rod, a zajednički su Nitrobacter Winogradskyi i N.Agilis.
Pored gore spomenutih autotrofičnih mikroorganizama, u tlu se nalazi veliki broj heterotrofičnih mikroorganizama koji mogu oksidirati i amonijak i organske azotne spojeve za N2O ili N2, a njihova sposobnost nitrifikacije mogu biti niža od autotrofičnih bakterija za nitrifikaciju, Ali istraživanje njihove specifične uloge u procesu nitrifikacije u umjetnim močvarnim područjima još uvijek nije dovoljna.
Učinak uklanjanja nitrifikacije amonijačnog dušika ovisi o dizajnu i strukturi umjetnih močvara. U veštačkim močvarama površinskog toka, veštačkim močvarama vertikalnog toka i kombinovanim veštačkim močvarama javljaju se snažni procesi nitrifikacije i uklanja se velika količina amonijačnog azota, ali je stepen različit.
Generalno gledano, budući da je reoksigenacijski efekt vertikalnog protoka bolji od vodoravnog suburofasove protočne umjetne močvare, intenzitet nitrifikacije je općenito veći od vodoravnog močvarnih područja protoka podzemnih protoka. Pored toga, različiti radni uslovi takođe utiču na intenzitet nitrifikacije. Na primjer, režim rada za plimnim plinom koji se koristi u vertikalnom protoku i prethodnu obradu prolaza u ranoj fazi horizontalne močvarnih područja protoka podzemlja i povećavaju intenzitet nitrifikacije sistema.
Proces denitrifikacije
Proces denitrifikacije odnosi se na biohemijski proces u kojem denitrificiraju bakterije smanjuju azot (n) u nitratu (ne 2-) na molekule dušika (N2) kroz niz srednjih proizvoda (ne 2-, ne, N2O ).
Proces denitrifikacije je od velikog značaja u ciklusu azota u prirodi i ključna je karika u ciklusu azota. U smislu vještačkog tretmana močvarnih otpadnih voda, on predstavlja glavni način biološke denitrifikacije zajedno sa reakcijom nitrifikacije. Ograničenja iz okruženja u procesu denitrifikacije uključuju okruženje kisika, redoks potencijal, temperaturu, pH i izvor organskog ugljika. Nitrifikacija zahtijeva okruženje reoksigenacije, ali denitrifikacija zahtijeva anaerobno okruženje, što čini teoretsku istovremenu nitrifikaciju i denitrifikaciju u istom močvarnom okruženju važnim faktorom koji ograničava denitrifikaciju močvarnog područja.
Najprikladniji pH raspon za denitrifikaciju je pH6-8. Kada je pH vrijednost niža od 5, intenzitet denitrifikacije se može provesti, ali se njegova brzina značajno smanjuje. Kada je pH vrijednost niža od 4, denitrifikacija je često potpuno inhibirana. Pogodna temperatura za denitrifikaciju je 30~35 stepeni, a denitrifikacija je značajno oslabljena kada je temperatura niža od 2~9 stepeni.
Iz gornje jednadžbe procesa denitrifikacije može se vidjeti da je proizvod kompletnog procesa denitrifikacije dušik (N2), a N2O će se generirati u nekompletnom stanju. Pošto je N2O gas staklene bašte, njegov potencijal globalnog zagrevanja je 310 puta veći od CO2. Iako je emisija nepotpune denitrifikacije u vještačkim močvarama zanemarljiva za globalni efekat staklene bašte, ona je postupno privukla pažnju i zabrinutost mnogih naučnika posljednjih godina.
Vađenje biljaka
Azot je neophodan nutrijent za rast biljaka. Neorganski dušik se može apsorbirati i sintetizirati od strane biljaka u umjetnim močvarama u biljne tvari. Konačno, dio neorganskog dušika može se u potpunosti ukloniti iz vještačkog močvarnog sistema redovnim ubiranjem nadzemnih dijelova močvarnih biljaka.
Apsorpcija i uklanjanje anorganskih azota postrojenjima ograničene su prinosom biljnih tkiva i sadržaj dušika u tkivima. Primjena poboljšanja denitrifikacije močvarnih područja apsorpcijom biljaka pogodnija je u tropskim područjima, jer sezonske promjene u tropskim područjima su male i močvarne biljke mogu rasti cijele godine. Stoga se berba biljaka može provesti više puta za poboljšanje apsorpcije i uklanjanja anorganskih dušika biljnim tkivima.
Ammonifikacija
Proces amonizacije uglavnom se odnosi na proces u kojem se organska materija koja sadrži dušik poput proteina razgrađuje mikroorganizme u močvarnom krevetu i pretvorene u amonijak. Istraživanje o strepnju u azoniku u azotnom ciklusu umjetnog pročišćavanja močvarnog kanalizacije nije privukla pažnju i značaj istraživača poput nitrifikacije i denitrifikacije.
Izviješteni intenzitet amonizacije umjetnih močvarnih područja je 0. 004-0. 530 g / (m2 · d).
Isparavanje amonijačnog azota
Neki azot i azot u umjetnim močvarnim sistemima mogu pobjeći iz sustava voljilizacijama. Količina volatilizacije amonijaka utiče na faktore kao što su klima, hidraulički uvjeti i status rasta biljaka.
When the pH value is lower than 7.5, the ammonia volatilization effect can be ignored. Only when the pH value is greater than 9.3, the ammonia volatilization effect is more significant. Wetland ammonia volatilization includes wetland ground ammonia volatilization and plant leaf ammonia volatilization. Among them, wetland ground ammonia volatilization needs to occur when the water pH>8. Općenito, pH vrijednost umjetnih močvarnih područja je 6 ~ 7. Stoga se azot amonijak izgubljen kroz vlažnu volju za močvarno zemljište može se zanemariti.
Međutim, kada se vještačko močvarno zemljište napuni krečnjakom i drugim medijima, pH vrijednost u močvarnom sistemu će biti vrlo visoka, a gubitak amonijačnog dušika kroz isparavanje treba uzeti u obzir.
Anaerobna oksidacija amonijaka
Proces oksidacije Anaerobnog amonijaka je biološki reakcijski proces u kojem anaerobne amonijak-oksidirajuće bakterije koriste nitrit kao elektronsku akumulator i amonijak azot kao elektronski donator za direktno oksidiranje amonijak azota u anaerobnim uvjetima.
Ova reakcija obično ima stroge uslove za vanjske uslove (pH vrijednost, temperatura, rastvoreni kisik, itd.), Ali njegove prednosti su: Budući da se amonijak azot direktno koristi kao extron Reaction, dodavanje egzogene organske tvari (kao što su Metanol) može se izbjeći, što može sačuvati operativne troškove i spriječiti sekundarno zagađenje.
Budući da većina amonijaka ne prolazi kroz potpuni proces nitrifikacije i direktno učestvuje u reakciji anaerobne oksidacije amonijaka, efektivna stopa iskorištenja kisika se povećava, potrošnja energije za opskrbu kisikom je smanjena, a proizvodnja kiseline je smanjena. Ovo može smanjiti hemijske reagense potrebne za neutralizaciju, smanjiti operativne troškove i smanjiti sekundarno zagađenje.
Trenutno se ova tehnologija postepeno primjenjuje u industrijskom tretmanu otpadnih voda od koksovanja, procjednih voda odlagališta i drugih otpadnih voda. Iako postoje izvještaji o vještačkom tretmanu otpadnih voda močvarnih staništa, srodna istraživanja su još uvijek nedovoljna.
Otpuštanje azotnog oksida
Općenito se vjeruje da je glavni mehanizam uklanjanja dušika u umjetnim močvarama taj da dušik iz kanalizacije na kraju izlazi u obliku plinova N2 i N2O pod kombiniranim djelovanjem nitrifikacije i denitrifikacije mikroorganizama. Budući da je N2O gas koji snažno zagrijava, njegov efekat staklene bašte je oko 298 puta veći od CO2, a njegov utjecaj na globalno okruženje je dugoročan i potencijalan, pa je vrlo važno proučiti zakon oslobađanja N2O u umjetnim močvarama.
Istraživanje o emisiji N2O u sistemima umjetnih močvara započelo je 1997. godine, kada je Freeman prvi predložio da bi korištenje tehnologije umjetnih močvara za pročišćavanje otpadnih voda oslobodilo određenu količinu N_2O u atmosferu. Od tada su srodni istraživački izvještaji objavljeni u inostranstvu. Domaća istraživanja su počela kasno, a najraniji izvještaj istraživanja viđen je 2009. godine.