نیترات سازی و نیترات زدایی فاضلاب

الف- نیترات سازی

اکسیداسیون مواد آلی فاضلاب در حالت هوازی در دو مرحله انجام می گیرد.

مرحله اول مربوط به اکسیداسیون مواد آلی کربن دار بوده که از نخستین لحظه ی قرار گرفتن فاضلاب در مجاورت اکسیژن شروع و تا پیرامون روز بیستم ادامه و مرحله ی دوم مربوط به اکسیداسیون مواد آلی ازت دار است که از روز اول شروع و از پیرامون روز دهم شدت پیدا کرده و مدت ها ( تا نزدیک به دو سه ماه) ادامه خواهد یافت.

این زمان ها با کمک SRT، یعنی مدت زمان توقف لجن در مدار لجن برگشتی و یا به عبارت دیگر عمر لجن مشخص می شود. این مدت زمان بستگی کاملی با درجه ی گرمای فاضلاب دارد.

نتیجه کار باکتری ها در مرحله دوم اکسیداسیون، تجزیه مواد آمونیاکی و تولید نمک های معدنی نیتریت ها و نیترات ها است. از این رو این مرحله به نام آمونیاک زدایی و یا نیترات سازی (عکس عمل نیترات زدایی فاضلاب) نامیده می شود.

باکتری هایی که در مرحله ی دوم روی مواد آلی ازت دار تاثیر می کنند یک خانواده ی ویژه ای از باکتری های بی هوازی هستند که به نام باکتری های نیترات ساز نامیده می شوند.

وجود ترکیبات نیترات ها در فاضلاب تصفیه شده گرچه به علت پایدار بودن آن ها دلیل آلودگی فاضلاب تصفیه شده نیستند، ولی به علت اینکه خاصیت غذایی زیادی دارند موجب می شود که ورود آن ها به منبع های طبیعی آب، رشد و تکثیر گیاهان آبزی مانند جلبک ها و آلک ها به شدت افزایش یابند.

به عبارت دیگر با کمک نور خورشید و عمل فتوسنتز و فعالیت میکروارگانیسم های مختلف، مواد معدنی نامبرده دوباره تبدیل به مواد آلی گیاهی می شوند.

مرگ و نابودی این گیاهان آبزی موجب آلودگی دوباره ی منبع های طبیعی آب می شود. همچنین در صورت نفوذ فاضلاب تصفیه شده به زمین مقدار نیترات آب های زیرزمینی افزایش می یابد و استفاده از این آب ها را برای مصرف های شهری مشکل می سازد.

بنابراین در تصفیه خانه های فاضلاب شهری  نباید تنها به تبدیل مواد آلی ازت دار به موادمعدنی (نیترات سازی) اکتفا کرد، بلکه باید به گونه ای این ترکیبات ازت دار را از فاضلاب دور ساخت. این کار به نام نیترات زدایی نامیده می شود.

ب-  نیترات زدایی فاضلاب

در تصفیه خانه های فاضلاب که با روش هوادهی کار می کنند، معمولا نزدیک به 5 تا 10 درصد از کل ترکیبات ازت دار موجود در فاضلاب توسط لجنی که از استخرهای ته نشینی نخستین برداشت می شود و نزدیک به 10 تا 20 درصد توسط لجن بدست آمده از استخرهای ته نشین کاسته می شود.

در صورتی که وجود ترکیبات ازتی باقی مانده در فاضلاب از نظر حساسیت منبع های طبیعی آب زیان بخش تشخیص داده شود، با توجه به محلول بودن آن ها باید با کمک استخرهای ویژه ای و در محیطی بدون وجود اکسیژن محلول در فاضلاب، کار نیترات زدایی انجام گیرد.

در این استخرها با کمک خانواده ی ویژه ای از باکتری های بی هوازی و با احیاهای پی در پی، نخست نیترات به نیتریت و سپس به گاز ازت تبدیل شده از حوزه ی عمل بیرون می رود.

در اینجا لازم به ذکر است که باکتری های نیترات زدا برای فعالیت خود نیاز به مواد کربن دار دارند. مواد کربن دار در فاضلاب در مرحله ی اول اکسیداسیون از میان می روند. بنابراین عمل نیترات زدایی باید پیش از مرحله ی اول اکسیداسیون انجام گیرد ویا اگر استخر نیترات زدایی پس از مرحله ی یکم اکسیداسیون قرار دارد، باید مواد کربنی مانند متانول به آن افزود.

این فرآیند ممکن است به صورتی ناقص در استخرهای ته نشینی نهایی که مدت زمان توقف فاضلاب در آن ها زیاد انتخاب شده باشد نیز خود به خود رخ دهد.

در این صورت بیرون آمدن گاز ازت موجب بالا آمدن دوباره ی لخته های لجن به سطح استخر شده، در این صورت بیرون آمدن گاز ازت موجب بالا آمدن دوباره ی لخته های لجن به سطح استخر شده، عمل ته نشینی را مختل می سازد.

به جز روش زیستی نامبرده می توان با روش های شیمیایی و تعویض یون نیز گاز ازت را از فاضلاب بیرون آورد، ولی این روش ها به علت پیچیدگی و هزینه ی فراوان در تصفیه خانه های فاضلاب شهری به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

همچنین می توان با کمک افزایش کلر و رسیدن به نقطه ی شکست آن ، مقدار 80 تا 95 درصد کل ازت موجود در فاضلاب را به صورت گاز ازت از حوزه عمل بیرون کرد.

   ج- فسفات زدایی

فسفات ها نیز مانند نیترات ها مواد غذایی خوبی برای رشد گیاهان هستند.

وجود ترکیبات فسفات ها در فاضلاب تصفیه شده گرچه به علت پایدار بودن آن ها دلیل آلودگی فاضلاب تصفیه شده نیستند، ولی به علت اینکه خاصیت غذایی زیادی دارند موجب می شود که ورود آن ها به منبع های طبیعی آب، رشد و تکثیر گیاهان آبزی مانند جلبک ها و آلک ها به شدت افزایش یابند و در برخی موارد ناخوشایند باشند.

فاضلاب های شهری معمولا دارای حدود  8 تا 10  میلیگرم در لیتر ترکیبات فسفردار هستند که دست کم یک تا 3 میلی گرم در لیتر آن عملا در ضمن فرآیند تصفیه ی زیستی و بدون هیچگونه عملیات اضافی از فاضلاب گرفته می شود.

حتی در برخی از تصفیه خانه ها 50 تا 90 درصد آن خود به خود در فرآیند تصفیه ی زیستی کاسته می شود. بنابراین در بیشتر تصفیه خانه ها عملیات ویژه ای برای کاهش ترکیبات فسفردار پیش بینی نمی کنند.