Нитрификация и денитрификация

Поиск Лекций

Схемы очистки сточных вод с нитрификацией и денитрификацией без дефосфатирования

Глубокое удаление азота и фосфора

Сущность метода

С химической точки зрения в процессы биологической очистки сточных вод разделяют 2 фазы – окислительную и восстановительную.

В окислительной фазе происходят процессы окисления углерода и азота. Окисление органического углерода осуществляют гетеротрофные микроорганизмы (преимущественно группы Pseudomonas). Окисление аммонийных соединений азота осуществляют автотрофные микроорганизмы-нитрификаторы. Их содержание в активном иле составляет 10-15%. Поэтому при биологической очистке сточных вод очень важно создать условия для сохранения сообщества нитрифицирующих микроорганизмов и поддержания их активного функционирования.

Восстановительные процессы включают денитрификацию и дефосфатирование. Эти процессы протекают при отсутствии в очищаемой воде растворенного кислорода (т.е. в анаэробных условиях), а также в аноксидных условиях. Дыхание микроорганизмов с использованием химически связанного кислорода характерно для 70-80 % гетеротрофных бактерий активного ила. В условиях, когда в очищаемой воде отсутствуют кислородсодержащие анионы, в т.ч. сульфаты, и бактерии активного ила используют ненасыщенные органические кислоты, происходит интенсивное выделение фосфатов из тела клеток в воду. Эти процессы имеют место на начальной стадии метанового брожения.

Перечисленные выше процессы лежат в основе работы реакторов для нитрификации, денитрификации и дефосфатирования.

Удаление азота

Технология последовательного двухстадийного окисления азота (включает нитрификацию и денитрификацию) обусловлена условиями существования хемоавторофных бактерий-нитрификаторов (Nitrosomonas и Nitrobacter). Нитрификаторы окисляют аммонийных азот до нитритов, а затем – до нитратов. Эти бактерии не терпят присутствия в воде легкоокисляемых органических веществ. На стадии окисления углерода они ингибированы и включаются в активную деятельность только после окисления 60-70% органических загрязнений.

Нитрификация. Хемоавторофные бактерии-нитрификаторы размножаются значительно медленнее, чем преобладающие по численности гетеротрофные микроорганизмы. Вывод из системы избыточного активного ила, содержащего определенное количество бактерий-нитрификаторов, может вызвать обеднение их сообщества. Поэтому возраст активного ила выбирают, исходя из условий сохранения и накопления нитрифицирующих бактерий.

При воздействии на активный ил тяжелых металлов, СПАВ, нефтепродуктов, а также фенолов и аминов скорость роста и функционирования нитрификаторов снижается. Так, при концентрации в сточной воде одного из металлов (хрома, никеля, меди или цинка) выше 1 мг/л скорость нитрификации снижается.

Большое влияние на жизнедеятельность бактерий-нитрификаторов оказывает температура воды. При температуре 5-60С они ингибированы, активность нитрификатиров проявляется при 10-250С.

Длительность нитрификации зависит от концентрации аммонийного азота в очищаемой воде и от требований к очищенной воде. Достижение концентрации аммонийного азота менее 1 мг/л требует значительного увеличения длительности аэрации и снижения нагрузки на ил до 0,07-0,09 кг БПК5 на кг ила в сутки.

Денитрификация основана на способности микроорганизмов активного ила в анаэробных условиях использовать в качестве источника кислорода нитритный и нитратный кислород. Для восстановления азота необходимо наличие легкоокисляемых органических веществ (например, этанола, низших кислот жирного ряда). В ходе реакций восстановления азота происходит прирост массы активного ила и увеличение количества бикарбонат-аниона НСО . Повышение карбонатной щелочности воды положительно влияет на ход процесса нитрификации, когда в технологической схеме денитрификатор размещен перед нитрификатором.

Денитрификация может осуществляться за счет накопления загрязнений в активном иле, примесей в осветленных или неосветленных сточных водах, органических кислот (в результате кислотного брожения осадка). Скорость денитрификации повышается при наличии данных источников углерода и при увеличении концентрации добавленного субстрата.

В активном иле преобладают бактерии группы Pseudomonas, из общей массы активного ила 70-80% микроорганизмов способны использовать для дыхания кислородсодержащие соединения азота. Постоянное повторение цикла нахождения ила в аноксидных условиях приводит к накоплению и усилению сообщества денитрифицирующих микроорганизмов.

На рост гетеротрофных денитрифицирующих организмов оказывает влияние количество усваиваемых органических веществ и обеспеченность нитратным азотом. Аммонийных азот в городских сточных водах содержится в большом количестве и существенно не воздействует на процесс денитрификации. Ингибирует денитрификацию растворенный кислород, поэтому в зоне денитрификации концентрацию растворенного кислорода необходимо снижать до минимально возможного уровня. Скорость денитрификации зависит также от температуры и карбонатной щелочности воды.

Удаление фосфора

В отличие от азота, который может выводиться из системы в газообразном состоянии при денитрификации, фосфор распределяется между илом и очищенной водой. Биологическое удаление фосфора заключается только в его выводе в составе избыточного активного ила. С увеличением массы избыточного ила возрастает масса удаляемого фосфора, но это входит в противоречие с накоплением в активном иле нитрифицирующих бактерий в результате их вывода вместе с приростом ила. Поэтому для увеличения вывода фосфора необходимо увеличить его содержание в клеточном веществе бактерий активного ила. Если количество фосфора в иле удаться увеличить, то его концентрация в очищенной воде снизится.

Некоторые микроорганизмы природных микробиоценозов способны накапливать фосфор. Избыточное количество фосфора в клетке (т.е. большее, чем его необходимо для размножения бактерий) наблюдается при чередовании аэробных и анаэробных условий при перемещении активного ила по аэротенку.

В аноксидных условиях, когда в иловой смеси нет растворенного и химически связанного кислорода (в форме нитритов и нитратов), микроорганизмы активного ила приспосабливаются к таким условиям и включают в систему дыхания процессы трансформации форфора. Бактерии выводят фосфор в виде ортофосфатов и продуцируют низшие кислоты жирного ряда. Этот процесс характерен для кислого брожения органических загрязнений сточных вод в анаэробных условиях.

В аэробных условиях микроорганизмы активно поглощают и накапливают фосфаты в виде полифосфатов.

Таким образом, чередование анаэробных и аэробных условий вызывает миграцию фосфора из клеток в воду и обратно.

Если выводить активный ил из системы в момент наибольшего поглощения фосфора (в конце аэробной зоны), то можно удалить его из системы, не нарушая баланс прироста и вывода биомассы нитрифицирующих бактерий.

Продолжительность пребывания активного ила в анаэробных условиях колеблется от 0,5 часа до 2-3 часов. Желательно подавать в анаэробную зону активный ил, не содержащий нитриты и нитраты (чтобы предотвратить денитрификацию).

Удаление азота и фосфора взаимосвязаны. Глубокое удаление азота, возможное при снижении нагрузки на активный ил, снижает прирост ила и способствует вытеснению фосфора из клеток. С другой стороны, повышение нагрузки на ил интенсифицирует удаление фосфора.

Поэтому, выбирая режим работы аэротенков, следует определять наиболее приоритетный вид удаляемого загрязнения (азот или фосфор) в очищенной воде с учетом достигаемого уровня очистки.

Схемы очистки сточных вод с нитрификацией и денитрификацией без дефосфатирования

Последовательная углерод-азотная схема очистки – затратная технология, поскольку приходится безвозвратно расходовать кислород на окисление обоих компонентов. Рационально проводить окисление углеродсодержащих примесей в режиме денитрификации, а ранее затраченный кислород нитратов будет использован на окисление органических соединений. Стадия окисления углерода может протекать:

— в режиме денитрификатора в классическом виде (т.е. без наличия кислорода);

— в режиме смешанного типа, когда в жидкости будут присутствовать растворенный кислород в следовых количествах и нитраты. В этом случае аноксидные условия будут создаваться не в объеме воды, а внутри хлопьев активного ила, когда недостаток кислорода заставит клетки бактерий внутри хлопьев использовать хемоавтотрофный механизм дыхания.

Схемы работы аэротенков в таком режиме представлены на рис. 1-3.

В первой схеме (рис. 1) устанавливается аэрация с недостатком кислорода на первых по ходу участках аэротенка. На начальном участке аэрация минимальна (по условиям перемешивания ила). Возврат активного ила, содержащего нитраты, компенсирует недостаток кислорода внутри хлопьев ила. При денитрификации вновь используется часть затраченного кислорода и расходуется энергия на процессы восстановления азота. Рециркуляция возвратного ила должна быть увязана в режимом аэрации. Поэтому в средней части аэротенка при интенсивной аэрации доокисляются органические загрязнения, а на выходе из аэротенка происходит интенсивная нитрификация.

Во второй схеме (рис. 2) аэрация в денитрификаторе отсутствует. Иловая смесь перемешивается мешалками, подача нитратов регулируется при помощи рециркуляции ила. Недостатком схемы является некоторый перерасход энергии за счет циркуляции ила, поскольку напор насосов станции рециркуляции ила достаточно высок.

В третьей схеме (рис. 3) снижение энергозатрат достигается путем установки низконапорного насоса и включения линии рециркуляции нитратосодержащей иловой смеси из конца аэротенка в денитрификатор.

Технология очистки с денитрификацией и дефосфатированием (ДЕНИФО) включает 3 основных элемента в биоблоке:

  • зону анаэробной обработки смеси ила и сточных вод;
  • аноксидную зону для денитрификации;
  • аэробную зону для проведения нитрификации.

Каждая часть блока биологической очистки может состоять из нескольких отсеков с различным оснащением. В силу достаточно жестких требований по содержанию фосфора в очищенной воде приоритетным становится удаление фосфора.

©2015-2018 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных

Азот, содержащийся в растительных остатках, тканях животных, микроорганизмах, почвенном гумусе и вносимый с навозом, зеленым удобрением и т. д., обычно находится в органических соединениях.

Микрофлора разлагает его органические формы и переводит в доступное для растений состояние. Процессу аммонификации подвергаются азотсодержащие соединения с различной структурой — белки, аминокислоты, гликопептиды, нуклеиновые кислоты, амиды, алкалоиды, амины и др.

Нитрификация и денитрификация

Наиболее интенсивно протекает аммонификация белков. При гидролизе простые белки распадаются на аминокислоты, а сложные, кроме этого, — на другие органические и неорганические соединения. Основными конечными продуктами аэробного разложения белков являются СO2, аммиак, сульфаты и вода. При анаэробном разложении образуются аммиак, амины, органические кислоты, индол, скатол, сероводород, СO2 и др. Аммонификация протекает с участием бактерий родов Bacteroides и Bacillus. К особенно активным аммонификаторам относятся В. megaterium, В. mycoides, В. mesentericus к Proteus Vulgaris родов Pseudomonas, Clostridium и др.

Белки разлагаются под действием протеолитических экзоферментов, рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы, которые синтезируются микроорганизмами. Аммонификация азотсодержащих органических веществ — это микробиологический процесс.

Аммиак, образующийся в почве при аммонификации, адсорбируется обменными ионами или используется микроорганизмами и снова переходит в органическую форму, т. е. иммобилизуется. В зависимости от свойств почвы при участии нитрифицирующих бактерий он может окисляться сначала до азотистой, а затем азотной кислот (нитрификация), часть образовавшихся нитратов восстанавливается в молекулярный азот (денитрификация) с последующим уходом его в атмосферу.

Аммонифицирующие бактерии при помощи ферментов, выделяемых ими в почву, разлагают сложные белковые молекулы на более простые соединения. Эти соединения осмотическим путем проникают в клетки микроорганизмов и под действием внутриклеточных ферментов подвергаются дезаминированию, при котором высвобождается аммиак.

Если в почве содержится много углерода, аммонификация протекает довольно интенсивно, но высвобождается мало аммиака, поскольку при наличии высокого количества богатой углеродом органической массы создаются условия для активного развития микроорганизмов, расходующих аммиачный азот для формирования клеток. Азот переходит в органическую форму, т. е. иммобилизуется, и не выделяется в почву.

Аммонификация — важное звено круговорота азота, которая протекает в почве в больших масштабах. Высвобождающийся аммиачный азот не вымывается, а связывается почвенно-поглощающим комплексом в количествах, зависящих от ионообменной способности почв. В нейтральных и хорошо аэрированных почвах значительная часть аммонийного азота быстро подвергается нитрификации. При неблагоприятных для нитрификации условиях (кислая реакция, плохая аэрация) процесс аммонификации протекает очень интенсивно, приводя к потере азота из-за улетучивания аммиака. Высокие потери могут происходить при наличии в почве легкоминерализующихся, богатых азотом органических веществ, при благоприятной влажности и температуре почвы и т. д., поскольку в этом случае процесс аммонификации органических азотных соединений протекает с высокой скоростью.

Нитрификация — процесс, связанный с накоплением нитратного азота в почве. От его интенсивности зависит азотный режим почвы — один из основных факторов почвенного плодородия.

Нитрификация в почве подробно изучена Виноградским (1952). При окислении аммиака нитрифицирующими бактериями выделяется энергия, используемая ими для синтеза органических веществ. Окисление аммиака происходит в два этапа: на первом — до азотистой, на втором — до азотной кислоты. В первом этапе нитрификации принимают участие бактерии рода Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira и Nitrosolobus, во втором — Nitrobacter, Nitrospina и Nitrococcus.

Нитрифицирующие бактерии чувствительны к окружающей среде. Они используют лишь до 9% энергии, выделяемой при окислительных процессах аммонификации, и реагируют на изменение почвенной реакции, не развиваясь при pH ниже 6. В их клетки могут легко проникать токсические вещества, это свойство используют при применении ингибиторов нитрификации в почвах. В нейтральные, хорошо аэрированные почвы в результате нитрификации ежегодно поступает в среднем 300 кг/га азотной кислоты, которая содействует повышению растворимости фосфатов и поступлению более высоких количеств усвояемого растениями фосфора в почву.

В Болгарии проведены подробные исследования интенсивности процессов аммонификации и нитрификации в почвах. В черноземах аммонификация происходит интенсивно, за исключением летнего периода. Минерализация органического азота активно осуществляется осенью, в карбонатных и типичных черноземах — весной, а в выщелоченных черноземах — в течение почти всего года. Активность нитрифицирующих микроорганизмов в черноземах высока, хотя носит сезонный характер. Летом при высокой температуре создаются оптимальные условия для поступления нитратов в почву, поскольку этот период совпадает с вегетационным периодом сельскохозяйственных культур. Нитрификация протекает наиболее интенсивно в обрабатываемых почвах, особенно в черноземах; в оподзоленных черноземах накапливается больше нитратного азота.

Серые лесные почвы в течение всего вегетационного периода при оптимальной влажности обогащаются аммонийным азотом. При этом процесс нитрификации интенсивно протекает в темно-серых лесных почвах и сильно снижается в кислых светло-серых лесных почвах. Поскольку процессы аммонификации преобладают над нитрификацией, в кислых серых почвах накапливается аммиачный азот.

В смолницах оба процесса — аммонификация и нитрификация — идут интенсивно, причем в периоды с высокой температурой (весна, лето) преобладает нитрификация.

В луговых коричневых почвах аммонификация протекает интенсивнее, значительно слабее в выщелоченных и особенно в псевдо подзол истых (оподзоленных) лесных почвах. В этих почвах процесс нитрификации слабее по сравнению с черноземами и резко тормозится при низкой влажности летом. В псевдо подзолистых коричневых лесных почвах процесс нитрификации обычно подавлен.

Необходимо подчеркнуть, что в почвах с нейтральной или слабощелочной реакцией накапливается нитратный азот. В кислых почвах (светлосерые, оподзоленные, коричневые и оподзоленные черноземы) после внесения азотных удобрений в аммонийной форме, особенно карбамида, может развиться аммонийная токсичность, усиливающаяся в периоды с высокой влажностью и низкой температурой. В почвах с повышенной интенсивностью процессов нитрификации накапливается значительное количество нитратов, тем самым создавая условия, благоприятные для денитрификации, которая приводит к невозвратимым потерям газообразного азота. В Болгарии это может происходить на почвах с нейтральной реакцией (карбонатные и типичные черноземы, типичные и слабовыщелоченные коричневые лесные почвы и т. д.). Знание динамики роста микроорганизмов и интенсивности прохождения аммонификации и нитрификации позволит регулировать эти процессы и установить в зависимости от почвы дозы, сроки и виды азотных удобрений. Этим обусловливается полное использование вносимых туков и снижение потерь при их применении.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Вконтакте

Google+

Одноклассники

Денитрификация и денитрифицирующие бактерии

Процесс восстановления нитратов до газообразных оксидов и молекулярного азота называется денитрификацией. Это вторая часть азотного цикла. В пресноводной аквариумистике этот процесс используется крайне редко, но тем не менее несомненно заслуживает рассмотрения. В отличие от нитрификации, где важнейшую роль играет растворенный в воде кислород, процессы денитрификации происходят в среде, лишенной кислорода, или, говоря научным языком, анаэробной. Денитрификация определена как превращение нитрата в азот — безвредный газ, который уходит пузырьками наружу. Между начальным продуктом (нитратом) и конечным продуктом (газообразным азотом) существуют три промежуточных продукта: в порядке их возникновения, это нитрит (NO2), окись азота (NO) и закись азота (N2O).

Нитрификация, денитрификация сточных вод

То есть денитрификация (как и нитрификация) — это процесс многоступенчатый, и его промежуточные продукты, и в частности нитрит, токсичны. Если денитрификация происходит не до конца, качество воды становится для рыб много хуже, чем до этого процесса. Существуют и еще два других процесса, которые могут происходить в аквариуме. Это диссимилятивное и ассимилятивное поглощение нитрата. Оба они опасны, т.к. производят аммоний. Фактически это полная противоположность нитрификации — нитрат редуцируется в нитрит, который затем редуцируется в гидроксиламин (NH2OH) и затем в аммоний.

За все эти превращения ответственны бактерии. Важное различие между нитрификацией и денитрификацией заключается в видах бактерий, которые участвуют в этих процессах. Нитрификация производится так называемыми автотрофными бактериями. Это означает, что они получают углерод, необходимый для роста, из неорганических веществ, в частности, из углекислого газа. Денитрифицирующие бактерии (Bacillus, Denitrobacillas, Micrococcus, Pseudomonas и др.) являются гетеротрофными, то есть получают углерод из органических источников, как сахароза, глюкоза, спирты, органические кислоты, аминокислоты и др. (существует, впрочем, особый вид фильтра-денитратора, в котором для переработки нитрата в азот используется серные бактерии — автотрофы, см. 3-ю часть статьи). Суть полезного действия бактерий-денитрифаторов в том, что в условиях анаэробной, т.е. крайне бедной кислородом среды, они извлекают необходимый для дыхания кислород из нитрата, при этом редуцируя его. Денитрифицирующие бактерии – это анаэробные бактерии. Хотя, если быть совсем корректным, есть бактерии, которые являются факультативными анаэробами и в зависимости от содержания в среде кислорода способны черпать его как из вне, так и извлекать из нитратов (поэтому, кстати, считается, что приспособление денитрифицирующих бактерий к анаэробным условиям — вторичного происхождения). Но в целом, как об этом пишет Мартин Сандер, "можно исходить из того, что кислород препятствует денитрификации".

Таким образом, для успешного протекания процесса денитрификации нужно соблюдение трех условий: наличие в аквариуме нитратов, бедная кислородом среда и наличие органических углеродосодержащих веществ. Углерод используется бактериями как основное питательное средство, в то время как потребность в кислороде удовлетворяется за счет нитрата. Четвертое условие, о котором позже будет рассказано, — это достаточно низкий окислительно-востановительный (или как его обычно называют, редокс) потенциал.

Реакцию денитрификации в классическом ее виде можно выразить уравнениями:

первая ступень 3NO3- + CH3OH = 3NO2- + CO2 + 2H2O и

вторая ступень 2NO2- + CH3OH = N2 + CO2 + H2O + 2OH-.

Как видно из уравнений, нитраты при этом не сразу трансформируются в газообразный азот, а прежде образуются токсичные нитриты. И лишь на второй ступени азот удаляется из цикла путем образования газообразного азота. Добиться, чтобы эти процессы происходили контролируемо, — непростая задача. Во всяком случае, это гораздо сложнее, чем наладить биологическое преобразование аммиака в нитрат. Кроме того, с денитрификацией связано немало заблуждений, в том числе исходящих от аквариумистистов, использующих эти технологии на практике. Процесс денитрификации не всегда происходит безмятежно. Наряду с полезным действием по удалению нитратов, в ходе денитрификационных процессов могут образовываться другие вещества, чрезвычайно вредные — метан (СН4) и сероводород (H2S), поскольку наряду денитрифицирующими бактериями в анаэробные процессы подключаются и другие виды микроорганизмов, в частности метанобразующие археи и сульфатвосстанавливающие бактерии, тоже анаэробы. В частности, такое происходит, при недостатке нитратов, либо очень низком редокс-потенциале. Тогда анаэробная микрофлора начинает удовлетворять потребность в кислороде за счет других кислородосодержащих химических соединений — с выделением сероводорода и метана, оба газа токсичны. Метанобразующие бактерии могут синтезировать метан, используя в качестве энергии реакции окисления углекислого газа (СО2). В природных водоемах метан является одним из конечных продуктов разложения органических веществ в донной анаэробной зоне и образуется узкоспециализированной группой строгих анаэробов — метанобразующих архей. Сульфатвосстанавливающие бактерии забирают кислород из сульфатов (SO42-). В этом процессе, который называется десульфуризация, возникает сероводород, который известен запахом тухлых яиц. Также выше упомянуты биопроцессы диссимилятивного и ассимилятивного восстановления нитратов до гидроксиламина (NH2OH) и затем аммония. Способностью к этому обладают различные бактерии, а также некоторые актиномицеты и грибы. Понятно, что всеми этими процессами, которые также происходят в природе, трудно управлять в аквариуме, стимулируя лишь полезные и препятствуя вредным процессам.

Теперь несколько слов об окислительно-восстановительном потенциале — мере способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). Его величина определяет равновесие между восстановительными и окислительными реакциями в воде. Другое название — редокс-потенциал (от англ. redox — reduction-oxidation reaction). Этот показатель связан с уровнем загрязненности аквариумной воды органическими веществами, а также с возрастом аквариума. Недавно запущенный аквариум характеризуется, как правило, высокими значениями редокс потенциала, затем, по мере старения аквариума, его редокс-потенциал снижается. Поддерживать редокс-потенциал на определенном уровне можно путем регулярного ухода за аквариумом, чистки грунта, подмены воды и т.д. Высокий положительный редокс-потенциал (в нормальном аквариуме он составляет 200 – 400 mV (минивольт)) указывает на доминирование окислительных реакций над восстановительными. Отрицательный редокс потенциал указывает на отсутствие кислорода в воде, что смертельно для большинства беспозвоночных. А вот для нормального течения процесса денитрификации окислительно-восстановительный потенциал должен быть отрицательным и удерживаться в пределах примерно от -50 до -250 mV. Таким образом, реакция денитрификации не может происходить непосредственно аквариумной воде, а требует специальных анаэробных зон, которые могут образовываться, например, в грунте или фильтре. Если же окислительно-восстановительный потенциал будет выше, чем -50 mV (но меньше нуля), то процесс денитрификации скорее всего остановится на стадии образования нитритов. А если он упадет ниже -300 mV, то бактерии возьмутся за сульфаты.

Следующая проблема — наличие достаточного количества органического углерода, необходимого для этого виды бактерий. Органических веществ, находящихся в аквариуме, не достаточно для поддержки процесса, поэтому требуется вносить их дополнительно. В выше приведенных уравнениях в качестве органического вещества фигурирует метанол, однако на практике метиловый спирт — яд. Концепция классического углеродного нитратредуктора подразумевает использование лактозы. Еще вариант — этиловый спирт или водка. Кстати, несколько лет назад очень популярной была идея запуска денитрификации посредством внесения в аквариум водки. Правда, отваживались на это не многие, но обсуждали активно. На самом деле, как пишет об этом Дитер Брокманн, эта технология не имеет ничего общего с денитрификацией, то есть расщеплением нитратов для дыхания бактерий, а скорее ближе к ассимиляции и производству биомассы. "Алкоголем, в отличие от денитрифицирующих фильтров, мы стимулируем преимущественно аэробных бактерий и только затем анаэробных бактерий, играющих менее важную роль. Под ассимиляцией подразумевается усвоение нитратов и фосфатов, например, водорослями. Последние используют оба вещества для получения азота и фосфора, необходимых для собственного обмена веществ и, соответственно, жизнеобеспечения и роста. Из этого следует вывод, что усиленный рост водорослей влияет на понижение концентрации фосфатов и нитратов в аквариуме. Раньше этот эффект использовали в водорослевых фильтрах для редукции нитратов. Подливая водку в аквариум, мы тем самым поддерживаем ассимиляцию, стимулируя, правда, не водоросли, а бактерии. Мы предоставляем им источник легко перерабатываемой пищи — этанол в водке. За счет наращивания биомассы уровень содержания фосфатов и нитратов в аквариумной воде снижается. Однако практика показала, что денитрификация может протекать только в субстрате, содержащем анаэробные зоны. И о его наличии тоже надо позаботиться".

И еще. Нужно сбалансировать систему так, чтобы промежуточные продукты денитрификации не накапливались. Как выше указывалось, при переработке нитрата сначала производится нитрит, он токсичен и накапливаться в аквариуме не должен. Опасность роста концентрации нитрита — одно из слабых мест денитрифицирующих систем. Ну и чтобы совсем сгустить краски, надо напомнить, что кроме нитратов в аквариуме еще есть фосфаты и наверное еще много разных веществ и соединений, которые нельзя проконтролировать с помощью стандартного набора аквариумных тестов, из-за чего дискусы в зацикленном с помощью денитратора аквариуме вдруг становятся вялыми и отказываются нереститься.

Селективным устранением нитратов мы добиваемся только видимости создания системы замкнутого цикла.

Впрочем все это не означает, что денитрификация, в принципе, недоступна или не имеет смысла для аквариумистики. Нитратные фильтры уже много лет успешно используются в морских аквариумах и сейчас начали внедряться для обслуживания в пресноводных. Но более всего хочется надеяться, что денитрификация все еще представляет собой перспективную область для исследований, и последнее слово в этом вопросе еще не сказано.

Фильтрация и цихлидный аквариум. Часть 2.
Евгений Грановский

(опубликовано 22.11.2009 / grange)

В современной аквариумистике фильтры являются одним из важнейших средств жизнеобеспечения. Аквариум — замкнутое биологическое пространство, в котором происходит постоянное накопление органических остатков: рыбы производят выделения, которые загрязняют воду; плюс несъеденный корм, помертвевшие части растений и т.д. В природных водоемах концентрация отходов в воде достаточно стабильна, поскольку часть их перерабатывается в минеральные вещества и ассимилируется растениями, а другая часть выносится вместе с водными потоками. В аквариуме плотность посадки рыб существенно превышает природную, поэтому продукты обмена и их неорганические производные могут оказывать негативное воздействие на его обитателей.

Основными способами удаления из аквариума излишков минеральных и органических остатков и налаживания в нем приемлемых условий жизни рыб является фильтрация, чистка, подмены воды и применение сорбирующей химии.

Наряду с навыками обращения с фильтрующими системами, помпами, сифонами и абсорбентами аквариумист должен обладать также определенным объемом теоретических знаний. Неотъемлемой частью современной аквариумной науки является так называемый "азотный цикл". Если вы откроете старые книжки, то не найдете там ни слова ни о биофильтрах, ни об азотном цикле. Первого тогда просто не существовало, второе же протекало само собою, о чем аквариумисты "старой школы" лишь смутно догадывались говоря об неком "биологическом равновесии", которое наступает само собой через несколько недель после запуска. То, как правило, были густо заросшие аквариумы с нейтральной или подкисленной водой, населенные "харацинкой" или "живородкой", где живые растения достаточно энергично поглощали ядовитые аммонийные соединения, а если те и присутствовали в незначительных остаточных дозах, то преимущественно в виде относительно безопасных ионов аммония NH4+. Более того, в "голландские аквариумы", с большим количеством растений и малым числом рыб, нитраты вносились искусственно!

Увлечение цихлидами, захватившее аквариумистику начиная с 1970-х годов, потребовало от аквариумистов намного более углубленных знаний в области биофильтрации. Хотя до того этот сегмент был уже в значительной мере освоен морскими аквариумистами. Именно они первыми столкнулись с проблемой ядовитых нитрогенов и стали разрабатывать соответствующие системы водоочистки. Вслед за "моряками" и цихлидоводами на эту проблему обратили и другие аквариумисты, а производство аквариумных фильтров превратилось в целую отрасль аквариумной индустрии.

В настоящем материале обобщены и систематизированы личный практический опыт и информация, почерпнутая в различных источниках. Их список приведен в конце. Хочу поблагодарить всех, чьи публикации и высказывания на аквафорумах помогли мне в составлении этого материала.

Во второй части статьи мы поговорим непосредственно о фильтрах и наполнителях.

Часть первая: азотный цикл, нитрификация, токсичность азотных соединений, виды фильтрации, нитрифицирующие бактерии, "опрокидывание" биофильтра, "бактериальная муть", немного истории, денитрификация и денитрифицирующие бактерии. — Читать.

======================================================

Часть вторая: фильтры, внутренние фильтры , внешние фильтры, открытый фильтр (самп), как правильно мыть фильтрующие элементы, о пользе больших аквариумов, о пользе аэрации, активированный уголь, ионообменные смолы, цеолит, торф, стерилизация воды.

Предыдущая891011121314151617181920212223Следующая

Дата добавления: 2014-12-29; просмотров: 1462;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Нитрификация – процесс окисления аммиака до азотистой, а затем азотной кислоты. Процесс в природе происходит в две фазы, каждая из которых осуществляется специфическими группами бактерий.

Первая фаза нитрификации– окисление аммонийных солей до солей азотистой кислоты (нитритов) осуществляется нитритнымибактериями – представителями родов Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira, Nitrosovibrio, Nitrosolobus,:

2 NH3 + 3 О2 → 2 НNO2 + H2O + Эн. (148 ккал)

Вторая фаза нитрификации– окисление нитритов в нитраты осуществляется нитратными бактериями – представителями родов Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira:

2 НNO2 + О2 → 2 НNO3 + Эн. (48 ккал)

Нитрифицирующие бактерии открыл в 1889 г. С.Н. Виноградский. В настоящее время они объединены в семейство Nitrobacteriaceae.

Нитрификация и денитрификация канализационных сточных вод — чистим стоки из своего дома

Это грамотрицательные микроорганизмы, облигатные аэробы или микроаэрофилы. Большинство их являются облигатными автотрофами, которые при наличии органических веществ не размножаются. Лишь некоторые из них включают в состав своих клеток углерод отдельных органических соединений (глюкозы, аминокислот). Основным источником углерода для нитрифицирующих бактерий является СО2 воздуха, ассимиляция которого осуществляется в цикле Кельвина, а необходимая для этого энергия поступает в результате окисления аммиака. Процесс нитрификации локализован на цитоплазматической и внутрицитоплазматических мембранах. Ему предшествует поглощение аммиака и перенос его через ЦПМ с помощью медьсодержащей транслоказы.

Нитрификация происходит в почвах, озерах, морях, океанах. Она имеет как положительное значение, являясь важным этапом в круговороте азота в природе, так и отрицательное. Хотя нитраты хорошо усваиваются растениями и способствуют растворимости других необходимых растению элементов (например, фосфора и железа), они значительно легче и быстрее вымываются из почвы, чем аммонийные соли. Поступление азота с нитратами в воды морей и океанов составляет миллионы тонн в год. Поэтому интенсивная нитрификация может привести к обеднению почв азотом. С целью регуляции этого процесса вносят препараты, ингибирующие нитрификацию, например, нитропирин, пиридин и его производные. Эти препараты подавляют первую фазу автотрофной нитрификации, но не влияют на гетеротрофную нитрификацию.

Образовавшиеся при нитрификации нитраты подвергаются в почве дальнейшим превращениям: 1) они могут быть использованы высшими растениями; 2) могут вымываться в водоемы; 3) закрепляться в клетках микроорганизмов, которые используют нитраты в качестве источника азота; 4) восстанавливаться микроорганизмами до молекулярного азота и аммиака.

Дата добавления: 2014-02-02; просмотров: 2744; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных |

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Читайте также:

Оставьте комментарий