Gesamtstickstoff im Abwasser

- Jan 11, 2019-

Formen von Stickstoff im Abwasser

Gesamtstickstoff (TN) ist die Summe aus Nitrat-Stickstoff (NO3-N), Nitrit-Stickstoff (NO2-N), Ammoniak-Stickstoff (NH3-N) und organisch gebundenem Stickstoff. Gesamtstickstoff (TN) sollte nicht mit TKN (Total Kjeldahl Nitrogen) verwechselt werden, bei dem es sich um die Summe aus Ammoniak-Stickstoff plus organisch gebundenem Stickstoff handelt, jedoch nicht um Nitrat-Stickstoff oder Nitrit-Stickstoff.

TN wird manchmal als Abwasserparameter für kommunale und industrielle Kläranlagen geregelt, aber es ist üblicher, dass Grenzwerte für eine einzelne Stickstoffform wie Ammoniak festgelegt werden. Kläranlagen mit einem TN-Grenzwert müssen normalerweise nitrifizieren und denitrifizieren, um den TN-Grenzwert zu erreichen. (Siehe ChemScan-Anwendungszusammenfassungen Nr. 94 „Entfernung biologischer Nährstoffe“, Nr. 96 „Kontrolle des Nitrifikationsprozesses“ und Nr. 59 „Kontrolle des Denitrifikationsprozesses“.)

Da Stickstoff im Abwasser in vier Hauptformen vorkommt (ohne Spuren von Stickstoffgas), wird jede Hauptform im Allgemeinen als separate Komponente analysiert, wobei der Gesamtstickstoff aus der Summe der vier Formen berechnet wird.

Stickstoff in frisch verschmutztem Wasser liegt ursprünglich in Form von organischem Stickstoff und Ammoniak vor. Natürliche biochemische Prozesse wandeln den organischen Stickstoff langsam in Ammoniak um. Dies ist die Form von Stickstoff, die von Mikroorganismen im Behandlungsprozess am besten als Nährstoff verwendet werden kann. (Einige Abwässer weisen möglicherweise einen Stickstoffmangel auf und erfordern zusätzliches Ammoniak für eine angemessene Reproduktion. Siehe Anwendungszusammenfassung Nr. 95 „Nährstoffausgleich“.) Unter aeroben Bedingungen erreicht die Umwandlung von organischem Stickstoff in Ammoniak einen Höhepunkt und ist unter den entsprechenden biologischen Bedingungen biochemisch zuerst zu Nitrit, dann zu Nitrat oxidiert. Wenn Nitrit und Ammoniakstickstoff eine minimale Konzentration (bei oder nahe Null) aufweisen und Nitrat einen Maximalwert aufweist, wurde das Abwasser vollständig nitrifiziert. Ein vollständig nitrifiziertes Abwasser enthält wenig oder keinen organischen Stickstoff, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Laboranalysemethoden

Die Messung von organischem Stickstoff ist schwierig, da die Probe vor der Analyse verdaut werden muss, um den organischen Stickstoff in eine Form umzuwandeln, die für die Analyse besser geeignet ist. Ein Kjeldahl-Aufschluss wandelt den organischen Stickstoff in Ammoniak um, erfordert jedoch die Sammlung eines Destillats, was mit einem Online-Analysegerät im Internet nicht einfach zu bewerkstelligen ist
Feld. Das Persulfat-Aufschlussverfahren oxidiert alle stickstoffhaltigen Verbindungen zu Nitrat, erfordert jedoch das Erhitzen der Probe mit einem Aufschlussreagenz für 30 Minuten bei 110 ° C und anschließendes Abkühlen auf Raumtemperatur vor der Analyse. Dies ist auch unter Feldbedingungen schwer zu automatisieren.

ChemScan-Analysemethoden

Da organischer Stickstoff ein sehr kleiner Bestandteil des Gesamtstickstoffs in vollständig nitrifizierten Abwässern ist, verwendet die Standard-ChemScan-Methode die Summe der einzelnen Analyseergebnisse für Ammoniak-Stickstoff (siehe Methode 4l), Nitrat-Stickstoff (siehe Methode 56). und Nitrit-Stickstoff (siehe Methode Nr. 57). Organischer Stickstoff kann hauptsächlich aus der Nitrit- und Ammoniakkonzentration geschätzt werden. Ein hoher Nitrit-Stickstoffgehalt weist auf eine unvollständige Nitrifikation oder Denitrifikation hin.

Für Kontrollanwendungen sollten Proben von Zwischenpunkten innerhalb des Nährstoffentfernungsprozesses entnommen werden. Die einzelnen Werte und Trends für Ammoniak, Nitrat und Nitrit an Zwischen- und Abwasserprobenpunkten sind weitaus aussagekräftiger für den Prozesszustand als der TN-Wert.

Die Messung von TN in rohem Abwasser erfordert die Analyse der organischen Fraktion. Ein schnelles UV-Persulfat-Oxidationsverfahren könnte für diese Anwendung verwendet werden, erfordert jedoch zusätzliche Zykluszeit und Reagenzienkosten. Rohe Abwasserproben (insbesondere vor Sieben, Sandentfernung, FOG-Entfernung und Primärklärung) sind schwer zu analysieren und von fragwürdigem Wert. Die Gesamtstickstoffbelastung des Prozesses ist die Summe des löslichen organischen Stickstoffs und des Ammoniaks, die vom ankommenden Abwasser beigesteuert werden, zuzüglich des Stickstoffs, der vom Rücklauf-Belebtschlamm beigesteuert wird, sowie des Stickstoffs aus einem Rücklauf, der aus den Nitrifikationsstufen des Behandlungsprozesses zurückfließt. Der ideale anfängliche Probenahmepunkt für die Prozesslastschätzung liegt nach der Zugabe von RAS und Rezirkulation zum primären Abwasser. Wenn die Denitrifikation in einer anfänglichen anaeroben Zone durchgeführt wird, kann die getrennte Messung von Nitrat und Nitrit im Zufluss und Abfluss zur Denitrifikationszone ein wertvoller Parameter für die Prozesskontrolle sein.

Der ChemScan Process Analyzer kann Proben mit bis zu 150 mg / l suspendierten Feststoffen und einer Trübung von bis zu 60 NTU aufnehmen. Proben, die vor der Sekundärklärung aus Punkten des Behandlungsprozesses entnommen wurden, überschreiten typischerweise diese Feststoff- oder Trübungsspezifikationen. Diese Proben müssen vor der Analyse filtriert oder abgesetzt werden, um eine Probe herzustellen, die die ChemScan-Feststoff- und Trübungsanforderungen erfüllt. ChemScan verfügt über Cross-Flow-Membranfilter und zyklische Filter aus porösem Kunststoff zur Verwendung mit Online-Analysesystemen. Probenpunkte sollten ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass Fett, Öl und Fett (FOG) niedrig genug sind, um die für das Analysesystem ausgewählte Probenfiltrationsmethode nicht zu beeinträchtigen.