Die Nitrifikation ist ein zentraler biologischer Prozess im Stickstoffkreislauf, der in der industriellen Abwasserbehandlung eine entscheidende Rolle spielt. Bei diesem Prozess wird Ammonium (NH₄⁺) durch spezielle Bakterien in zwei Stufen zu Nitrat (NO₃⁻) oxidiert. Diese Oxidation ist besonders wichtig für die Stickstoffentfernung aus Abwässern, da Ammonium in höheren Konzentrationen toxisch wirken und die Umwelt belasten kann.
Inhaltsverzeichnis
Technischer Hintergrund und Funktionsweise
Die Nitrifikation besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Schritten, die von unterschiedlichen Bakteriengruppen durchgeführt werden:
1. Ammoniumoxidation zu Nitrit (NO₂⁻):
- In der ersten Stufe wandeln Ammonium-oxidierende Bakterien (AOB) das Ammonium (NH₄⁺) zu Nitrit (NO₂⁻) um. Ein Beispiel für diese Bakterienart ist Nitrosomonas.
- Reaktionsgleichung:
2. Nitritoxidation zu Nitrat (NO₃⁻):
- In der zweiten Stufe oxidieren Nitrit-oxidierende Bakterien (NOB), wie z. B. Nitrobacter, das Nitrit zu Nitrat.
- Reaktionsgleichung:
Anwendungsbereiche
In der industriellen und kommunalen Abwasserbehandlung ist die Nitrifikation ein wichtiger Schritt, um Stickstoffverbindungen abzubauen und die gesetzlichen Anforderungen an die Einleitung von Abwasser in Gewässer zu erfüllen. Typische Einsatzbereiche sind:
- Kommunale Kläranlagen: Nitrifikation wird oft in Verbindung mit Denitrifikation eingesetzt, um den Stickstoffgehalt im Abwasser zu minimieren.
- Industrielle Abwässer: Insbesondere in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Chemieindustrie und der Pharmaindustrie ist die Nitrifikation ein entscheidender Prozess, um die Stickstoffbelastung in Abwässern zu reduzieren.
Foto: Denitrifikations- und Nitrifikationsbecken für industrielles Abwasser aus der Lebensmittelindustrie in Chile, ALMA BHU BIO Anlage
Betriebsbedingungen
Damit die Nitrifikation effizient ablaufen kann, müssen bestimmte Betriebsbedingungen erfüllt sein:
- Sauerstoffzufuhr: Da die Nitrifikation ein aerober Prozess ist, muss eine ausreichende Menge an Sauerstoff im Reaktor verfügbar sein. Der Sauerstoffgehalt im Wasser sollte zwischen 2 – 3 mg/l liegen, um die bakterielle Aktivität zu gewährleisten.
- Temperatur: Die optimale Temperatur für die Nitrifikation liegt zwischen 15 und 30 °C. Unter 10 °C verlangsamt sich der Prozess erheblich.
- pH-Wert: Der ideale pH-Bereich liegt zwischen 6,5 und 8,5, da die Aktivität der Nitrifikationsbakterien außerhalb dieses Bereichs beeinträchtigt wird.
- Kohlenstoff-Quellen: Da die Nitrifikation Sauerstoff verbraucht und alkalinitätsmindernd wirkt, kann eine zusätzliche Kohlenstoffquelle (wie z.B. Essigsäure) notwendig sein, um den pH-Wert zu stabilisieren.
Vorteile der Nitrifikation
- Reduktion von toxischen Stickstoffverbindungen: Die Umwandlung von Ammonium zu Nitrat senkt die toxischen Stickstoffverbindungen im Abwasser, was wichtig ist, um Umweltbelastungen zu vermeiden.
- Verbesserung der Wasserqualität: Durch die Reduktion von Ammonium und Nitrit verbessert die Nitrifikation die Qualität des gereinigten Wassers, das in Flüsse, Seen oder das Grundwasser eingeleitet wird.
- Flexibilität in der Prozesssteuerung: Die Nitrifikation kann gezielt mit Denitrifikation kombiniert werden, um den Stickstoff vollständig zu entfernen, indem das Nitrat in gasförmigen Stickstoff umgewandelt wird, der unschädlich in die Atmosphäre entweicht.
ALMAWATECH-Lösungen für die Nitrifikation
ALMAWATECH bietet innovative Technologien zur effizienten Durchführung der Nitrifikation in industriellen Abwasserbehandlungsanlagen. Insbesondere die folgenden Anlagenlösungen sind optimal auf die Anforderungen der Stickstoffentfernung abgestimmt:
ALMA BHU Bio
Unsere biologisch aktivierte Belebtschlamm-Anlage kombiniert Nitrifikation und Denitrifikation in einem modularen System, das für große Abwasserströme ausgelegt ist. Diese Anlage kann bis zu 500 m³/h Abwasser mit hoher Stickstoffbelastung verarbeiten. Die Nitrifikation erfolgt in der belüfteten Stufe, die durch automatische Steuerungssysteme geregelt wird, um die Sauerstoffzufuhr und andere Parameter zu optimieren.
ALMA BioFil Compact
Diese kompakte Biofiltrationsanlage für kleinere Abwasserströme (bis 100 m³/h) kombiniert Nitrifikation und Denitrifikation in einem effizienten System. Sie eignet sich hervorragend als Vorbehandlung für nachgeschaltete Membrananlagen und reduziert Stickstoffverbindungen, die zu Fouling in Umkehrosmoseanlagen führen könnten.
Foto: 3D-Konstruktion unserer biologisch aktivierten Filtration ALMA BioFil Compact
ALMA BHU BAF
Die großtechnische Biofiltrationsanlage in Betonbauweise bietet eine effiziente Nitrifikation für Abwasserströme bis zu 1.000 m³/h. Diese Anlage nutzt ein integriertes System aus aeroben und anoxischen Zonen, um die Stickstoffentfernung zu maximieren. Besonders geeignet für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie kommunale Abwasserströme.
Foto: Foto unserer biologisch aktivierten Filtration, ein Kombinationsverfahren aus mechanischer Reinigung und biologischem Abbau (ALMA BHU BAF)
Fazit
Die Nitrifikation ist ein unverzichtbarer Prozess zur Stickstoffentfernung in der industriellen und kommunalen Abwasserbehandlung. Durch die Umwandlung von Ammonium in Nitrat trägt sie dazu bei, die Wasserqualität zu verbessern und Umweltbelastungen zu reduzieren. Mit den maßgeschneiderten Lösungen von ALMAWATECH lassen sich Nitrifikationsprozesse effizient in die Abwasserbehandlung integrieren, um gesetzliche Vorgaben zu erfüllen und die Betriebskosten zu senken.
