2.4.3. Нитрификация

Нитрификация является двухэтапным процессом превращения аммония NH4* в нитриты NO, , а нитритов – в нитраты NO . Первый этап этого процесса осуществляется автотрофными бактериями рода NitroSoтoпas, которые в присутствии кислорода способны окислять аммоний до нитрита с потреблением энергии около 270 кДж/моль [Уитон, 1985]:

Второй этап нитрификации – окисление нитритов до нитратов — осуществляется бактериями рода Nitrobacter с выделением энергии в количестве 73 Дж/моль:

NO, + 0,5 0, Nitrobacter NO;".

Реакции нитрификации идут при значительном потреблении кислорода. Потреб ность для окисления 1 кг NH,t-N до NO,--N составляет 3,43 кг кислорода. Превращение 1 кг NO,--N в NO,-N требует 1,14 кг кислорода. Всего на нитрификацию

1,14 кг кислорода. Всего на нитрификаци? 1 кг NH,*-N расходуется 4,57 кг кислорода.

Уравнения нитрификации описывают химические реакции, используемые бактери ями для получения энергии. Бактерии утилизируют эту энергию, углекислый газ и кис лород для продуцирования органических соединений, необходимых для роста клеток и обмена веществ. Ниже приведены уравнения, описывающие синтез веществ клетки:

 

В процессе окисления аммония до нитрата продуцируются ионы водорода, снижаю щие величину pH воды и изменяющие условия культивирования Гидробионтов. В соответствии с уравнениями синтеза вещества клеток на каждые 55,135 ионов NH4* выраба тывается 109,135 ионов водорода. Продукция ионов водорода при окислении 1 кг аммо ния NH,* составит 110 г-ион H* или 141 г-ион H*/кг NH4*-N.

Нитрифицирующая способность биофильтров, загруженных субстратом для оседания биопленки, оценивается по удельной нитрифицирующей способности (КН.+) в рас чете на единицу площади субстрата в кг NH4t-N/м2 в сутки. Удельная нитрифицирующая способность фильтра пропорционально связана с удельной нагрузкой аммонием на фильтр

где a NH4+ - коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей биофильтра (см. табл.3). Линейная зависимость уравнения нитрифицирующей способности фильтра сохраняется в определенном диапазоне нагрузок. Для фильтра с постоянно регенерирую щей загрузкой [Феофанов, 1988] линейность наблюдалась в диапазоне нагрузок до 0,45 г NH4*-N/м2 в сутки. Данные для больших значений нагрузок отсутствуют.

По результатам эксплуатации погружного дискового вращающегося фильтра, нагрузка не превышала 0,5 г NH4+-N/м2 в сутки [Аси и др., 1986].

С учетом температурной зависимости нитрифицирующей способности биоценоза

 

На процесс нитрификации оказывают угнетающее воздействие низкие значения рН среды. По данным (Уитон, 1985], максимальная скорость окисления наблюдается в диапазоне рН от 7 до 9. Возможно снижение рН до 5. В этом случае в течение 10 сут окисли тельная способность фильтра восстанавливается до максимального значения. При сни жении рН среды до 5,5 окислительная способность не восстанавливается до прежних размеров. Эксплуатация биофильтра в составе рыбоводной установки считается возмож ной при рН 5,5-6,0 с учетом эффекта снижения нитрифицирующей способности биоце Ноза (Феофанов и др., 1988).