Parciální nitrifikace a anammox procesy
V roce 1995 se objevila první zpráva o použití anaerobních bakterií oxidujících amonium (anammox) pro biologické odstraňování dusíku [3].
V tradičním procesu nitridifikace je kyslík spotřebováván aerobními bakteriemi oxidujícími amoniak (AOB) a amonium-oxidující archaebakterie (AOA), stejně jako bakterie oxidující dusitany (KOTRBA), což má za následek oxidaci veškerého amonia (NH₄⁺) na dusičnany (NO₃⁻), následovanou redukci dusičnanů na dusík (N₂) heterotrofními denitrifikačními bakteriemi využívajícími organický uhlík jako donor elektronů.
Při potlačení bakterií oxidujících dusitany se realizuje proces částečné nitrifikace-denitrifikace, který zahrnuje oxidaci amonia pouze na dusitany (NO₂⁻). Částečná nitrifikace-denitrifikace však stále vyžaduje úplnou aerobní oxidaci amonia a použití významné části CHSK pro redukci NO2⁻. Naproti tomu bakterie anammox přímo oxidují amonium na dusík pomocí NO₂- jako akceptoru elektronů.
Kombinací parciální nitrifikace (oxidace amonia na NO₂⁻ za přítomnosti AOB a AOA) a procesu anammox je implementováno modernizované schéma biologického odstraňování dusíku, které umožňuje snížit spotřebu kyslíku o 60 % (s odpovídající úsporou elektrické energie spotřebované při provzdušňování) [4].
Kromě toho je požadavek na organický uhlík pro heterotrofní denitrifikaci snížen přibližně o 90 %, čímž se eliminuje potřeba drahého dodatečného organického donoru elektronů (např. methanol) nebo se vytváří možnost posílat odpadní vodu CHSK do anaerobní digesce za účelem produkce metanu [5].
Další výhodou je výrazné snížení odpadu z biomasy díky nižší výtěžnosti v procesu anammox ve srovnání s heterotrofní denitrifikací.
Podle stechiometrie je tento poměr nezbytný pro metabolismus v procesu anammox a částečná nitrifikace NH₄⁺ na NO₂⁻ v přítomnosti AOB a AOA je obvyklou cestou k získání potřebného množství dusitanů [6].
V současnosti lze hovořit o existenci tří schémata odstraňování dusíku:
- tradiční nitrifikace-denitrifikace,
- částečná nitrifikace-denitrifikace,
- částečná nitrifikace-anammox.
Potenciál pro významné zlepšení energetické účinnosti čistírenských zařízení lze realizovat výběrem možností pro vývojový diagram procesu parciální nitrifikace-anammox (obr. 1).
Schéma A pro čištění zpětných toků anaerobní digesce kalů z čistíren odpadních vod, schémata B a C pro čištění hlavního proudu odpadních vod.
Schéma A. 1-odpadní voda po primárním čištění; 2-proces aktivovaného kalu (zředěná odpadní voda); 3-anoxická zóna; 4-oxidová zóna; 5-sekundární usazovací nádrž; 6-odpadní voda pro dočištění; 7-stupňový/dvoustupňový reaktor pro proces anammox; 8-anaerobní vyhnívací kal; 9-anaerobní fermentace; 10-bioplyn; 11-kogenerační zařízení; 12-teplé; 13-elektřina.
Schéma B. 1-proces aktivovaného kalu (koncentrovaná odpadní voda); 2- jímka; 3-sediment; 4-stupňový jednostupňový reaktor pro proces anammox; 5- odpadní voda k dočištění; 6-(jako možnost); 7-cyklon (jako volitelná výbava); 8-anammox proces; 9-anaerobní vyhnívací kal; 10-anaerobní fermentace; 11-bioplyn; 12-kogenerační zařízení; 13-elektřina; 14-teplé.
Schéma C. 1-anaerobní membránový bioreaktor; 2-bioplyn; 3-kogenerační zařízení; 4-elektřina; 5-teplý; 6-anammox proces; 7-cyklon (jako volitelná výbava); 8-odpadní voda pro dočištění
Autor článku: Kofman Vladimir Yakovlevich