OMÓWIENIE WYNIKÓW BADAŃ DENITRYFIKACJI IN SITU

3,5 4 4,5 5 woda surowa II część odpływ środk. 1 odpływ środk. 2 odpływ środk. 3 odpływ środk. 4 odpływ środk. 5 odpływ środk. 6 odpływ środk. 7 odpływ środk. 8 odpływ środk. 9 odpływ środk. 10 odpływ końcowy az o tyn y ( m g N /l ); f o sf o ran y ( m g P /l )) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 az o tan y, mg N/ l

azotyny fosforany azotany

Warunki procesu: przepływ 7,38 l/d czas retencji 9,77 d obciążenie 5,16 mg N-NO₃-/ld

Rysunek 13. Przebieg zmian stężenia azotanów, azotynów i fosforanów w próbach pobieranych z poszczególnych części reaktora w końcowej fazie badań denitryfikacji in situ (po 1,5 roku ciągłej pracy reaktora)

Wyniki uzyskane po 1,5 roku ciągłej pracy reaktora (rys.13) świadczą o niejednorodności przepływu wody w całej jego objętości. Nie można wykluczyć kolmatacji wypełnienia reaktora w wyniku powstawania produktów gazowych oraz intensywnego rozwoju biomasy w czasie długotrwałej jego pracy. Sprzyjało to tworzeniu kanałów przepływowych. Przyczyną zaburzeń przepływu mogło być również powstawanie siarczków metali. Poziomy przepływ wody w reaktorze także utrudniał uzyskanie jednorodnych warunków w jego objętości.

Nierównomierność przepływu utrudniała interpretację uzyskanych wyników analiz fizyczno-chemicznych.

3.3. Omówienie wyników badań denitryfikacji in situ

W badaniach denitryfikacji in situ wodę surową uzupełnioną w azotany i odpowiednią ilość fosforanów dawkowano do reaktora o przepływie poziomym zawierającego barierę wypełnioną mieszaniną piasku i słomy owsianej. Słoma stanowiła jedyne źródło węgla organicznego. Wypełnienie części I reaktora, zawierające mieszaninę piasku i słomy owsianej w stosunku objętościowym 10:3, zostało zaszczepione biomasą denitryfikacyjną (rys.7).

Spowodowało to natychmiastową, znaczną redukcję azotanów w reaktorze po rozpoczęciu dawkowania wody surowej.

W badaniach denitryfikacji in situ w reaktorze przy obciążeniach objętości reaktora ładunkiem azotu azotanowego 1,29 i 2,63 mg N/l⋅d i podobnym czasie retencji – 10-10,2 doby, stwierdzono niemal całkowitą redukcję azotanów w wodzie już po pokonaniu bariery ze słomy (tab.2). Na skutek niskiego obciążenia ładunkiem azotanów, składniki pokarmowe były wykorzystywane przez bakterie siarkowe do przemiany siarczanów do siarkowodoru i siarki elementarnej. Redukcja azotanów mogła się odbywać na drodze biochemicznej denitryfikacji oraz redukcji siarkowodorem.

Zwiększenie obciążenia reaktora ładunkiem azotu azotanowego do 3,97 mg N/l⋅d (czas retencji – 9,8 doby) przyczyniło się do obniżenia redukcji azotanów do 61,5 % w II części reaktora i 67,5 % w odpływie. Dalsze zwiększenie obciążenia ładunkiem azotu azotanowego układu poprzez skracanie czasu retencji do 8,9 i 7,3 doby, spowodowało spadek redukcji azotanów (tab.2). Różnice w stężeniach azotanów pozostałych w II części reaktora i w odpływie były niewielkie, co świadczy o braku składników pokarmowych niezbędnych do rozwoju denitryfikantów w III części reaktora. Procesem dominującym była denitryfikacja heterotroficzna.

Stwierdzono, że przy wypełnieniu bariery piaskiem i słomą w stosunku objętościowym 10:3 możliwe jest osiągnięcie 100% redukcji azotanów w odpływie z reaktora przy obciążeniu reaktora ładunkiem azotanów 2,6 mg N/l⋅d (HRT=10 d). Przy takich parametrach technologicznych stężenie azotynów w odpływie z reaktora mieściło się w granicach dopuszczalnych rozporządzeniem. Stężenie azotu amonowego (do 0,78 mg N/l) nieznacznie przekraczało normatywną wartość. Odpływ charakteryzowała znaczna mętność, a utlenialność dwukrotnie przekraczała wartość normatywną. Było to związane z powstawaniem wysokich stężeń związków organicznych w wyniku rozkładu słomy owsianej. Część z nich była wykorzystywana przez biomasę denitryfikacyjną do redukcji azotanów, reszta, prawdopodobnie trudno przyswajalna, przedostawała się do odpływu. Stwierdzono nierównomierność przepływu wody w reaktorze spowodowaną prawdopodobnie kolmatacją wypełnienia.

Przy niemal całkowitej redukcji azotanów, azotyny w odpływie występowały w śladowych ilościach (tab.2). W przypadku 40-60 % redukcji azotanów następował wzrost stężenia azotynów do wartości znacznie przekraczających normatywne (>0,152 mg N-NO2^-/l). Przy tych parametrach technologicznych stężenie związków organicznych powstających w wyniku rozkładu słomy było niewystarczające do pełnej denitryfikacji azotanów obecnych w wodzie surowej. Wysokie stężenie azotynów w odpływie świadczy o tym, że denitryfikacja częściowo zatrzymała się na etapie przejściowym, przebiegającym wg reakcji:

NO3^- + 2H⁺ → NO2- + H2O (22)

W II części reaktora stężenie azotynów było wyższe niż w odpływie w wyniku dalszej przemiany azotynów w III części reaktora. Wydłużenie czasu retencji powoduje obniżkę stężenia azotynów.

Czasowy brak fosforanów w wodzie surowej (ok. 1,5 miesiąca) nie miał znaczącego wpływu na przebieg denitryfikacji in situ (tab.4). Oznacza to, że dopuszczalne są przerwy w dawkowaniu fosforanów. Zapotrzebowanie bakterii denitryfikacyjnych na fosforany jest niższe od stosunku wagowego N:P = 5:1. Fosforany ulegają kumulacji i przy ich niedoborze w wodzie surowej są uwalniane (rys.10,11). Fosforany mogą także uwalniać się w wyniku rozkładu słomy.

Badania bakteriologiczne potwierdziły obecność bakterii denitryfikacyjnych w barierze wypełnionej słomą i piaskiem. Stwierdzono 2,4 x 10⁵ kom. bakterii denitryfikacyjnych (NPL)/g wypełnienia (stosunek objętościowy piasku do słomy 10:3).

Po zmianie wypełnienia części I reaktora (piasek + słoma owsiana) próbowano określić czas wpracowania denitryfikacji. Nastąpił jednak intensywny rozwój bakterii siarkowych, a powstałe siarczki i siarkowodór powodowały amonifikację azotanów (tab.5). W tych warunkach mogły przebiegać procesy redukcji azotanów siarkowodorem i denitryfikacji autotroficznej, dlatego nie udało się określić czasu wpracowania denitryfikacji heterotroficznej w reaktorze.

Po wpracowaniu procesu zmiana proporcji objętościowej piasku i słomy owsianej z 10:3 na 10:2 spowodowała spadek stężenia uwalnianych związków węgla organicznego, co przyczyniło się do obniżki stopnia redukcji azotanów w reaktorze przy podobnym obciążeniu reaktora ich ładunkiem. Dla proporcji 10:3, przy obciążeniu reaktora ładunkiem azotanów

5,58 mg N/l⋅d osiągnięto 41% redukcji azotanów w odpływie, natomiast przy proporcji 10:2 i niższym obciążeniu 4,8 mg N/l⋅d azotany ulegały redukcji jedynie w 25,9 %. Wydajność procesu denitryfikacji zależała od stężenia, uwalniających się w wyniku rozkładu słomy, związków organicznych. Przy większej zawartości słomy uwalniało się więcej związków węgla i wzrastała wydajność procesu denitryfikacji. Stwierdzono, że stosowanie słomy jako jedynego źródła węgla organicznego skutkuje brakiem możliwości sterowania procesem. Słoma może stanowić źródło węgla organicznego przez długi okres czasu, ale powstałe w wyniku jej rozkładu związki węgla są częściowo trudno przyswajalne przez biomasę, co powoduje wysoką wartość utlenialności odpływu.

Niejednorodny przepływ wody przez objętość reaktora prawdopodobnie był spowodowany kolmatacją wypełnienia w wyniku tworzenia produktów gazowych oraz rozwoju biomasy. Równomierny przepływ utrudniało poziome położenie reaktora.

Odczyn wody przepływającej przez reaktor ulegał zmianie w poszczególnych jego częściach. Odczyn wody surowej był zasadowy (pH ok. 8) prawdopodobnie w wyniku rozwoju w zbiorniku wody surowej flory bakteryjnej odpowiedzialnej za przemianę azotanów do azotynów i azotu (woda surowa zawierała śladowe ilości azotynów). W II części reaktora pH obniżało się, ponieważ w wyniku rozkładu słomy owsianej w warunkach beztlenowych mógł przebiegać oprócz denitryfikacji proces powstawania kwasów organicznych. W odpływie pH mieściło się w granicach wartości normatywnych (pH=6,5-9,5).