Redukcja azotu w reaktorach biologicznych
NH4+ + NO2– → N2 + 2H2O
Powyższe równanie reakcji znane we wszystkich laboratoriach analizy ścieków przedstawia redukcję azotu ze związków chemicznych.
Jak wiemy jednym z głównych problemów oczyszczania ścieków jest wysoka zawartość azotu, który stanowi niezbędny składnik do wzrostu jakiejkolwiek formy żywej począwszy od bakterii, skończywszy na rybach. Jeżeli zrzucamy do rzeki wraz ze ściekami związki zawierające azot, wówczas w wodzie rozkwita życie, które po czasie staje się samo dla siebie wrogiem. Nadmiar bakterii i glonów powoduje zanik niezbędnego dla życia tlenu. A więc jednym z najważniejszych punktów przy oczyszczaniu ścieków jest pozbycie się właśnie m.in. azotu. Jedyną formą tego pierwiastka niemającego negatywnego wpływu na środowisko jest azot cząsteczkowy (N2) – główny składnik atmosfery (78%). Posiadając tą wiedzę, od końca XIX w usuwa się azot ze ścieków w biologicznych oczyszczalniach ścieków wykorzystując metody biotechnologiczne.
Usuwanie azotu polega na trzech głównych przemianach:
Amonifikacja
Norg → NH4+
Azot zawarty w różnego rodzaju związkach organicznych ulega przejściu do formy amonowej. Bakterie znane z tego, iż nie marnują żadnego potencjalnego źródła energii, przekształcają zawarty w związkach organicznych azot do formy amonowej tak, aby później w niekorzystnych warunkach móc go wykorzystać jako alternatywne źródło energii. Proces ten nazywamy amonifikacją i często zachodzi już przed dopłynięciem ścieku do oczyszczalni.
Nitryfikacja
NH4+ → NO2– → NO3–
Co można zrobić z powstałym amoniakiem jeżeli bakteria ma tlen? Można go utlenić do NO2– – utlenić czyli innymi słowy i bardziej obrazowo “spalić” a gdy się coś pali – uzyskujemy energię, a więc komórka uzyskuje energię. Mało tego, uzyskane NO2– które powstało ze “spalenia” NH4+ inne bakterie potrafią jeszcze “dopalić” – tak więc sprytne bakterie utleniają dalej NO2– do NO3– uzyskując maksimum energii wykorzystując swój maksymalny potencjał. W ten sposób uzyskaliśmy jakiś związek NO3–. Np. NaNO3.
Denitryfikacja
NO3– → N2
Mamy to NO3– i co dalej? wyszliśmy na najwyższy stopień utleniając azot tak bardzo jak tylko się da.
Azot może występować na -III, -I, 0, I, II, III, IV, V, stopniu utlenienia. Amoniak był na -III a NO3– jest na +V. Przeszliśmy więc wszystkie stopnie utleniania w tym także poziom 0 czyli N2 o który ciągle nam przecież chodzi. Tym czasem w warunkach tlenowych, za pomocą bakterii tlenowych uzyskaliśmy duże ilości NO3– z azotem na +V stopniu utlenienia, którego ostatecznie trzeba wyrzucić do atmosfery.
I teraz zaczyna się już prawdziwa biotechnologia.
A mianowicie istnieją bakterie, tym razem fakultatywnie beztlenowe, które są w stanie odzyskiwać dla własnych celów energetycznych tlen z NO3–. Nazywamy je denitryfikatorami. To właśnie one wyrzucają ostatecznie azot ze ścieków, pozyskując w ten sposób energię do życia, wzrostu, namnażania się. Aby to jednak osiągnąć niezbędne jest im w tym procesie jakieś źródło pokarmu. Jest to bardzo ważne – bakterie denitryfikujące muszą mieć źródło węgla. Czyli usuwając azot wykorzystują związki organiczne takie jak cukier, tłuszcze, skrobię itp. i przecież o to nam chodzi, żeby jak najwięcej usunąć ze ścieków. Beztlenowe warunki życia bakterii denitryfikujących, w których są duże ilości utlenionych związków takich jak NO3–, nazywamy anoksycznymi.
Problem dokończenia wyrzucania azotu zaczyna się, gdy organiczna część (źródło węgla) została już usunięta wcześniej i nie ma jak przeprowadzić denitryfikacji. Dlatego tak ważne jest prawidłowe kierowanie procesami biologicznymi w oczyszczaniu ścieków. Operator oczyszczalni musi dobrze oczyścić ściek i jednocześnie pamiętać o „oszczędzaniu” zanieczyszczeń.
Biopreparatem przeznaczonym do odbudowy mikroflory bakteryjnej w celu reaktywacji i wspomagania procesów nitryfikacji i denitryfikacji w biologicznych oczyszczalniach ścieków jest stężony biopreparat DCT 012.