Model matematyczny emisji N2O w procesach denitryfikacji

Model matematyczny emisji N2O w procesach denitryfikacji

Neutralizacja zanieczyszczeń azotowych w wodzie może być wydajniejsza dzięki nowemu modelowi matematycznemu opracowanemu przez niemieckich naukowców z Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ). Model ten pozwala na określenie optymalnych warunków oczyszczania mikrobiologicznego wody.

W celu stworzenia modelu matematycznego posłużono się badaniami z użyciem izotopu azotu 15-N, który pozwala na precyzyjne określenie ilości produkowanego azotu gazowego na drodze skomplikowanych reakcji biochemicznych procesu „anammox” oraz denitryfikacji. Dzięki temu możliwe jest opracowanie metod ograniczenia produkcji N2O, który jest produktem ubocznym procesu denitryfikacji a równocześnie jednym z najsilniej działającym na efekt cieplarniany związków chemicznych. Podtlenek azotu ma 300 razy silniejszy wpływ na powstawanie efektu cieplarnianego niż bardzo dobrze znany dwutlenek węgla. W odróżnieniu od dwutlenku węgla, którego emisja związana jest w znacznej mierze ze spalaniem paliw kopalnych, emisja podtlenku azotu pochodzi głównie z naturalnych procesów nitryfikacji i denitryfikacji zanieczyszczeń azotowych.

Kluczowym elementem unijnej Dyrektywy Wodnej (Water Framework Directivie), która weszła w życie w 2000 roku jest redukcja zanieczyszczeń azotowych w rzekach i zbiornikach wodnych. Jednym z możliwych sposobów ograniczenia ilości tych zanieczyszczeń jest zmniejszenie ilości używanych nawozów sztucznych, drugim optymalizacja technologii oczyszczania ścieków.

Obecnie stosowane biologiczne metody oczyszczania ścieków oparte są na mikrobiologicznych procesach nitryfikacji i denitryfikacji. Pomimo ich dużej sprawności w warunkach wysokich stężeń azotanów ich wadą jest produkcja N2O.. "Anammox" (anaerobic ammonium oxidation), który prowadzi do bezpośredniego utleniania nadmiarowych ilości jonów amonowych do gazowego azotu. Proces "Anammox" również jest realizowany przez bakterie żyjące głównie w wodzie.

W skali globalnej oba te procesy prowadzą do ustalania się równowagi obiegu azotu w biosferze i warunkują też utrzymywanie składu atmosfery ziemskiej. Istnieją liczne dyskusje naukowe na temat tego, który z tych procesów jest dominujący. Dotychczas nikt nie przeprowadził kompleksowych badań nad wpływem procesów nitryfikacji i denitryfikacji na zawartość azotu w powietrzu atmosferycznym.

Oliver Spott i Florian Stange z Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ) opracowali model matematyczny, dzięki któremu można precyzyjnie określić ilość N2 pochodzącego z “anammox”, denitryfikacji. Model oparty jest na analizie stabilnych izotopów azotu 15-N. Dzięki niemu w najbliższej przyszłości będzie można zoptymalizować proces „anammox” w kierunku zmniejszenia emisji podtlenku azotu (N2O).

(pj)