Als we het hebben over afvalwaterzuivering, bemesting in de landbouw of milieubescherming, horen we vaak de woorden "organisch stikstof" en "ammoniakstikstof". Veel mensen vragen zich misschien af, wat is de relatie tussen deze twee? Hoe wordt organisch stikstof geleidelijk omgezet in ammoniakstikstof? Vandaag zullen we in eenvoudige taal het conversieproces uitleggen en vervolgens de veelgebruikte conversietechnieken in de praktijk bespreken, zodat u het duidelijk kunt horen. Eerst verduidelijken: Wat is organisch stikstof? Wat is ammoniakstikstof? Voordat we over de transformatie praten, moeten we eerst deze twee 'hoofdrolspelers' duidelijk identificeren. Het stikstofelement om ons heen is nogal ondeugend en verschijnt altijd in verschillende "jassen". Organisch stikstof is een van de "jassen", die zich meestal verstopt in organisch materiaal, zoals de eiwitten die we eten, stikstofhoudende verbindingen in plantenstro, en verschillende organische verbindingen in afvalwater, die allemaal veel organisch stikstof bevatten. Wat is ammoniakstikstof? Ammoniakstikstof is eigenlijk een andere "jas" van stikstofuitwisseling, voornamelijk aanwezig in de vorm van ammoniakgas (NH3) of ammoniumionen (NH₄⁺). Het komt veel voor in water, bijvoorbeeld het water in onze aquarium thuis zal na lange tijd stinken, en er kan ammoniakstikstof in zitten; De stikstofmeststof die op landbouwgrond wordt gebruikt, wordt door water in rivieren gespoeld, wat ook de hoeveelheid ammoniakstikstof in het water verhoogt. Het proces van het omzetten van organisch stikstof in ammoniakstikstof is, simpel gezegd, het proces waarbij het stikstofelement verandert van "organische stikstofjas" naar "ammoniakstikstofjas". Dit proces komt vaak voor in de natuur en in onze industriële processen, en we noemen het "ammonificatie". De 'magie' in de natuur: hoe verandert organisch stikstof uit zichzelf in ammoniakstikstof? Misschien weet u niet dat we ons in de natuur geen zorgen hoeven te maken over de omzetting van organisch stikstof in ammoniakstikstof. Er is een groep "kleine experts" die stil werken, het zijn micro-organismen. Micro-organismen zijn overal om ons heen, zoals bacteriën, schimmels en andere onzichtbare wezens die graag "eten" van organisch materiaal. Wanneer ze organisch materiaal dat organisch stikstof bevat 'verteren', net zoals wij eiwitten afbreken in aminozuren als we het eten, breken micro-organismen de complexe structuren in organisch stikstof af. Eiwitten worden bijvoorbeeld eerst afgebroken in aminozuren, die vervolgens verder worden "afgebroken", en het stikstofelement daarbinnen verandert langzaam in ammoniak (NH3). Als het in water zit, kan ammoniak gemakkelijk reageren met water om ammoniumionen (NH₄⁺) te vormen, waardoor organisch stikstof wordt omgezet in ammoniakstikstof. Dit proces is overal in de natuur te zien: in de herfst vallen bladeren op de grond en worden ze afgebroken door micro-organismen, en het organische stikstof daarbinnen verandert in ammoniakstikstof en keert terug naar de bodem; Dierlijke uitwerpselen geven een vieze geur af tijdens het composteren, wat eigenlijk te wijten is aan het werk van micro-organismen die organisch stikstof in de uitwerpselen omzetten in ammoniakstikstof, wat resulteert in een ammoniakgeur. En dit proces kan worden uitgevoerd zonder dat er zuurstof nodig is. Of het nu in aerobe grond of anaërobe slib is, micro-organismen kunnen werken, is het niet erg krachtig? Hoe kunnen we dit transformatieproces in de industrie en het dagelijks leven 'versnellen'? In het dagelijks leven en in de industrie moeten we vaak afvalwater behandelen dat organisch stikstof bevat, zoals stedelijk huishoudelijk afvalwater, veehouderijafvalwater en afvalwater van voedselverwerkingsfabrieken. Als het organische stikstof in deze wateren niet wordt behandeld en direct wordt geloosd, zal het het milieu vervuilen. Daarom moeten we manieren vinden om organisch stikstof snel om te zetten in ammoniakstikstof voor verdere behandeling.
1. Aerobe biologische behandelingsproces: micro-organismen laten "groot ademen" om te werken. Aerobe biologische behandeling is om micro-organismen te laten "vrij ademen" in een zuurstofhoudende omgeving, organisch materiaal snel af te breken en organisch stikstof om te zetten in ammoniakstikstof. Het veelgebruikte actief slibproces is een typisch aerobe proces. In de beluchtingstank van de afvalwaterzuiveringsinstallatie blazen de arbeiders een grote hoeveelheid lucht in het water via pijpleidingen om het water met zuurstof te vullen. Op dit punt worden zuurstofminnende micro-organismen (zoals aerobe bacteriën) "actief" en "eten" ze als een gek organisch materiaal in afvalwater, waarbij ze organisch stikstof geleidelijk afbreken in ammoniakstikstof. Dit proces verloopt zeer snel, want als er voldoende zuurstof is, vermenigvuldigen micro-organismen zich snel en werken ze efficiënt. Bovendien is het slib in de beluchtingstank als een "microbieel magazijn", dat een groot aantal micro-organismen bevat die continu organisch stikstof in afvalwater kunnen behandelen. Dit proces vereist echter zuurstofverbruik en gespecialiseerde beluchtingsapparatuur, wat geschikt is voor het behandelen van huishoudelijk of industrieel afvalwater met een lage concentratie organisch stikstof.
2. Anaërobe biologische behandelingsproces: In de "anaërobe werkplaats" wordt afvalwater met bijzonder hoge concentraties organisch materiaal, zoals mest van veehouderijen en afvalwater van distilleerderijen, stilzwijgend getransformeerd. Op dit moment is het niet kosteneffectief om aerobe processen te gebruiken, omdat er te veel zuurstof nodig is. Op dit punt gebruiken we anaërobe biologische behandeltechnologie om micro-organismen in een zuurstofvrije omgeving te laten werken. Anaërobe processen worden over het algemeen uitgevoerd in gesloten reactoren, zoals veelvoorkomende UASB-reactoren (upflow anaërobe slibbedden) en anaërobe vergistingstanks. In deze reactoren komen, zonder zuurstof, gespecialiseerde "anaërobe" micro-organismen in actie. Hun proces van het afbreken van organisch materiaal is iets complexer dan aerobe micro-organismen, waarbij verschillende stappen nodig zijn om het organische materiaal te "af te breken". Organisch stikstof wordt tijdens dit proces langzaam omgezet in ammoniakstikstof. U vraagt zich misschien af, produceert anaërobe behandeling geen methaan? Dat klopt, maar terwijl methaan wordt geproduceerd, vindt er ook in stilte ammonificatie plaats. Bovendien zijn anaërobe processen bijzonder energiezuinig, omdat ze geen beluchting vereisen en methaan kunnen genereren als energiebron, waardoor ze ideaal zijn voor het behandelen van afvalwater met een hoge concentratie organisch materiaal. Na anaërobe behandeling zet de mest van een veehouderij bijvoorbeeld niet alleen organisch stikstof om in ammoniakstikstof, maar verzamelt het ook biogas voor koken en energieopwekking, waarmee twee vliegen in één klap worden geslagen.
3. Hydrolyse- en verzuringsproces: Eerst organisch materiaal "afbreken" en vervolgens ammoniakstikstof omzetten. Soms is de structuur van organisch materiaal in afvalwater zeer complex en is het moeilijk voor micro-organismen om het te "eten". Op dit moment is het noodzakelijk om ze eerst te "vereenvoudigen". Hydrolyse- en verzuringsproces is voor dit doel. De micro-organismen in de hydrolyse-verzuringstank zullen eerst complex organisch materiaal (zoals eiwitten en cellulose) "versnipperen" in eenvoudige kleine molecuul organisch materiaal (zoals aminozuren en glucose). In dit "versnipperings"proces wordt organisch stikstof ook afgebroken, waarbij een deel direct wordt omgezet in ammoniakstikstof, en de resterende stikstofelementen in kleine molecuul organisch materiaal worden verder omgezet in ammoniakstikstof door andere micro-organismen. Dit proces wordt over het algemeen gebruikt als een "voorbehandelings"stap in de afvalwaterzuivering, waardoor moeilijk te behandelen organisch stikstof eerst "zijn spieren en botten kan losmaken", waardoor het gemakkelijker wordt voor daaropvolgende aerobe of anaërobe processen om efficiënter te behandelen. Het is met name geschikt voor het behandelen van industrieel afvalwater dat een grote hoeveelheid complex organisch materiaal bevat, zoals druk- en verfafvalwater en papierproductieafvalwater.
4. Compostering en biogas engineering: De "kleine meesters" van ammonificatie in de landbouw moeten niet alleen organisch stikstof omzetten in afvalwaterzuivering, maar gebruiken dit principe ook vaak in de landbouw. Bijvoorbeeld, bij het composteren stapelen we stro en uitwerpselen op elkaar, voegen we wat water toe om ze vochtig te houden en bedekken we ze vervolgens met plastic folie. De micro-organismen daarbinnen zullen zich vermeerderen in een aerobe en licht vochtige omgeving, organisch materiaal afbreken en organisch stikstof omzetten in ammoniakstikstof, dat in de compost blijft. De op deze manier opgestapelde meststof is rijk aan ammoniakstikstof, die door planten in het veld kan worden opgenomen en als stikstofmeststof kan worden gebruikt. Biogas engineering is vergelijkbaar met composteren, maar omvat anaërobe behandeling in een gesloten biogasvergister. Uitwerpselen en stro worden afgebroken door anaërobe micro-organismen in de vijver, waarbij biogas wordt geproduceerd. Tegelijkertijd wordt organisch stikstof omgezet in ammoniakstikstof, en de resterende biogasdrijfmest en residu zijn ook goede meststoffen. De ammoniakstikstof daarbinnen kan door gewassen worden gebruikt, wat zowel milieuvriendelijk als energiebesparend is.
Waarom organisch stikstof omzetten in ammoniakstikstof? Is deze omzetting belangrijk? Sommige mensen vragen zich misschien af, wat is het doel achter het steken van zoveel moeite in het omzetten van organisch stikstof in ammoniakstikstof? In feite is dit conversieproces bijzonder belangrijk, zowel in de milieubescherming als in de landbouw. Vanuit een milieuoogpunt, als organisch stikstof direct in water wordt geloosd, wordt het langzaam afgebroken door micro-organismen in het water, wat zuurstof in het water verbruikt en ervoor zorgt dat vissen en garnalen sterven door zuurstofgebrek. Bovendien kan organisch stikstof uiteindelijk ontbinden in nitraat, en overmatig nitraat dat in het grondwater terechtkomt, kan ziekte veroorzaken als het wordt geconsumeerd. En door eerst organisch stikstof om te zetten in ammoniakstikstof, kunnen we daaropvolgende processen (zoals nitrificatie en denitrificatie) gebruiken om ammoniakstikstof verder te verwerken tot stikstof en het in de lucht te lozen, waardoor de milieuvervuiling wordt verminderd. Vanuit een agrarisch perspectief kunnen planten organisch stikstof niet direct opnemen en moeten ze wachten tot het is omgezet in ammoniakstikstof of andere anorganische stikstof voordat ze het kunnen "eten". Dus het ammonificatieproces in composteren en biogas engineering is eigenlijk om "ineffectieve stikstof" om te zetten in "effectieve stikstof", waardoor meststoffen voedzamer worden en gewassen beter groeien. Tot slot, om samen te vatten: de omzetting van organisch stikstof in ammoniakstikstof is afhankelijk van micro-organismen. Uiteindelijk is de kern van de omzetting van organisch stikstof in ammoniakstikstof het werk van micro-organismen. Of het nu gaat om de afbraak van gevallen bladeren in de natuur of de beluchtingstanks in afvalwaterzuiveringsinstallaties, micro-organismen geven stikstofelementen vrij uit organisch stikstof bij het afbreken van organisch materiaal, waardoor ze worden omgezet in ammoniak of ammoniumionen. En de verschillende processen die door mensen zijn uitgevonden, creëren in wezen een comfortabelere "werkomgeving" voor micro-organismen om dit transformatieproces efficiënter te voltooien. Na het begrijpen van dit proces, vindt u de stikstofcyclus om u heen dan niet wonderbaarlijk? Van onzichtbare micro-organismen tot enorme afvalwaterzuiveringsinstallaties, het blijkt dat het doel is om stikstof om te zetten in een waardevolle hulpbron, het milieu te beschermen en ons dagelijks leven te dienen. De volgende keer dat u de woorden 'ammoniakstikstof' en 'organisch stikstof' hoort, kunt u gemakkelijk hun relatie uitleggen!
