نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون چیست؟

نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون ، فرآیند زيستي سنتي هستند که در تصفیه ي پساب به منظور دستيابي به حذف نیتروژن مورد استفاده قرار میگیرند. این فرآیند ها شامل مراحل جداگانه ي هوازي و بي هوازي هستند که در حالت کلی در بیوراکتورهاي جداگانه به وسيله ي فواصل مختلف هوادهي انجام مي شوند. در ادامه این مقاله شرح بیشتری درباره نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون داده شده است با ما همراه باشید.

نیتریفیکاسیون :Nitrification

نیتریفیکاسیون چرخه نیتروژنی است که طی این فرآیند آمونیوم توسط باکتری نیتروزوموناس به نیتریت و توسط باکتری نیتروباکتر به نیترات تبدیل میشود. ترکیبات آلی در تصفیه بیولوژیکی خود تجزیه می شود و آمونیاک تولید می کند که آمونیاک نیز توسط اکسید شدن تبدیل به یون نیترات ها و نیتریت ها می شود.
طي اکسیداسیون يون هاي آمونیوم و نیتریت، اکسیژن به همراه گروهي از باکتری ها موسوم به باکتری هاي ازت خوار فعالیت دارند. در واقع اصطلاح نیتریفیکاسیون مربوط به تبدیل یا اکسیداسیون آمونیاک به نیترات است.

همانطور که گفته شد این فرایند از طریق باکتری های نیترات انجام می شود که اختصاصی می باشند و با اکسیداسیون آمونیاک انرژی بدست می آورند. به این دسته از ارگانیسم ها شیمیواتوتروف می گویند. آنها بوسیله اکسیداسیون شیمیایی انرژی بدست می آورند و به اصطلاح خود تغذیه ای هستند زیرا به مواد آلی که از قبل تشکیل شده نیاز ندارند.
باکتری های نیترات ساز از لحاظ زیست محیطی اهمیت زیادی دارند. زیرا آنها بخش عمده ای از آمونیاک خاک های هوازی یا آب های طبیعی را به راحتی به نیترات تبدیل می کنند. اکثر گیاهان و میکروارگانیسم ها می توانند نیترات یا آمونیاک جذب کنند اما فرآیند نیتریفیکاسیون عواقب نامطلوبی دارد. به دلیل اینکه یون آمونیوم بار مثبت دارد، به آسانی جذب کلوئیدهای رس با بار منفی و مواد آلی می شود و مانع از شستشوی آن از خاک بوسیله بارندگی می شوند.

اکسیده شدن آمونیاک از طریق هوادهی میسر است که گاهی نیز در هوادهی طولاني، مقدار زیادی از آمونیاک تبدیل به نیترات می شود یعنی عمل نیتریفیکاسیون انجام می شود اما به دلیل اینکه زمان لازم برای نیتریفیکاسیون بیشتر از زمان لازم برای تصفیه و برداشت کربن آن از طریق بیولوژیکی است باید برای نیتریفیکاسیون نیز واحد جداگانه ای در نظر گرفت. می توان از یک تانک هوادهی جداگانه برای نیتریفیکاسیون استفاده کرد یعنی پساب را ابتدا در یک تانک هوادهی تصفیه نمود سپس در تانک دیگر برداشت. اگر نیتریفیکاسیون در تصفیه خانه محقق نشود این فرایند در آب های پذیرنده محقق می شود بنابراین اکسیژن مورد نیاز مازادی در رودخانه اعمال می شود. عمل تصفیه باید به صورتی باشد که محیط مناسب را برای رشد دو نوع باکتری نیترات ساز فراهم کند.

باکتری های مربوط به فرآیند نیتریفیکاسیون اتوتروف است و این فرایند دو مرحله ای است که توسط گروه خاصی از باکتری های اتوتروف انجام می شود. در مرحله اول، آمونیاک توسط یک گروه از باکتری های اتوتروف به نیتریت اکسید می شود. در مرحله دوم، نیتریت توسط گروه دیگری از باکتری های اتوتروف به نیترات تبدیل می شود‌. دلیل نیاز به نیتریفیکاسیون در تصفیه فاضلاب، ملاحظات کیفی آب است. این ملاحظات به شرح زیر است:
-اثر آمونیاک بر آب های پذیرنده با توجه به تاثیر آن بر روی غلظت اکسیژن محلول و سمیت برای ماهی ها
-نیاز به حذف نیتروژن برای کنترل اتروفیکاسیون باکتریهای اتوتروف هوازی مسئول نیتریفیکاسیون در فرآیندهای لجن فعال و بیوفیلم است
-ضرورت کنترل نیتروژن برای استفاده مجدد آب از جمله تغذيه آب های زیرزمینی

دنیتریفیکاسیون :Denitrification

به اصطلاح احیای بیولوژیکی نیترات به اکسید نیتریک، اکسید نیترو و گاز نیتروژن دنیتریفیکاسیون گفته می شود. دنیتریفیکاسیون نوعی تنفس بی هوازی که توسط گونه های سودوموناس ، تیوباسیلوس و پاراکوکوس انجام می شود. احياء نیترات را تا حد نیتریت پیش می برد و از آنزیم نیترات ردوکتاز بهره برده که در حضور اکسیژن غیر فعال می شود.‌
دنیتریفیکاسیون فرآیندی است که طی آن بوسیله میکروارگانیسم ها نیترات به ترکیبات گازی مانند؛ اکسید نیتریک، اکسید نیترو و نیتروژن تبدیل می شود. زمانی که چندین نوع باکتری بر روی مواد آلی در شرایط غیر هوازی قرار داشته باشند این فرایند را انجام می دهند. زیرا در هنگام عدم وجود اکسیژن برای تنفس معمولی هوازی آنها بجای اکسیژن از نیترات به عنوان آخرین پذیرنده الکترون استفاده می کنند. این مرحله اصطلاحأ تنفس غیر هوازی نامیده می شود. در تنفس هوازی مانند انسان مولکول های آلی اکسید می شوند تا انرژی بدست آید و اکسیژن به آب احیاء شود. زمانی که اکسیژن وجود ندارد هر گونه ماده قابل احياء همانند نیترات می تواند همان نقش اکسیژن را داشته باشد و به نیتریت، اکسید نیتریک، اکسید نیترو احیاء شود. بنابراین شرایطی که طی آن ارگانیسم ها دنیتریفیکاسیون را انجام می دهند عبارتند از: وجود مواد آلی قابل اکسید شدن، عدم وجود اکسیژن و قابلیت دسترسی به منابع نیتروژن قابل احياء.
در این فرایند مخلوطی از محصولات کاری نیتروژن دار تولید می شود. این موضوع بدلیل آن است که در تنفس غیر هوازی از نیترات، نیتریت، اکسید نیتریک و اکسید نیترو به عنوان پذیرنده الکترون استفاده می شود. فرآیند دنیتریفیکاسیون در تصفیه فاضلاب جز تکمیل کننده حذف بیولوژیکی نیتروژن است که شامل نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون می باشد. زمانی که در باره وقوع اوتروفیکاسیون نگرانی وجود داشته باشد و یا در مواردی که آب زیرزمینی باید در مقابل افزایش غلظت نیترات ناشی از تغذیه سفره های آب زیرزمینی با پساب محافظت شود، حذف بیولوژیکی نیتروژن در تصفیه خانه های فاضلاب انجام می شود. حذف نیترات در فرآیندهای بیولوژیکی به دو روش انجام می شود که به شرح زیر می باشد:

حذف سنتزی:

احیای نیترات به روش حذف سنتزی شامل احیای نیترات به آمونیاک برای استفاده در سنتز سلولی است. این فرایتد زمانی رخ می دهد که یون آمونیوم وجود نداشته باشد.

حذف غیرسنتزی

احیای نیترات به روش حذف غیرسنتزی یا دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی با زنجیره تنفسی انتقال الکترون همراه شده و نیترات یا نیتریت بعنوان الكترون گیرنده برای اکسیداسیون انواع گوناگون الكترون دهنده های آلی و معدنی استفاده می شود.

کلام آخر

در این مطالعه نشان داده شد که نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون، یک فرایند زيستي سنتي هستند. توضیح کاملی در رابطه با دنیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون داده شد و به فرایند دنیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون در تصفیه فاضلاب پرداخته شد.