Nitryfikacja skrócona, jako jeden z kluczowych procesów dla efektywnego usuwania azotu w oczyszczaniu ścieków, działa na zasadzie selektywnego wzbogacania bakterii utleniających amoniak (AOB), jednocześnie hamując aktywność bakterii utleniających azotyny (NOB) poprzez kontrolowane warunki środowiskowe i parametry operacyjne. Proces ten pozwala na ukierunkowaną konwersję azotu amonowego do azotynów. Dzięki zaletom takim jak niskie zużycie energii, krótkie cykle reakcji i minimalne zapotrzebowanie na zasadowość, standaryzowana hodowla jest kluczowa dla zapewnienia stabilnej i wydajnej pracy procesu. Kluczowe punkty techniczne są następujące:
1. Selekcja i aklimatyzacja osadu zaszczepiającego
Jakość zaszczepionego osadu bezpośrednio determinuje wydajność uruchomienia nitryfikacji skróconej. Należy dać pierwszeństwo osadowi czynnemu z komórki napowietrzania miejskiej oczyszczalni ścieków lub aklimatyzowanemu osadowi nitryfikacji skróconej, przy czym stosunek osiadania osadu (SV30) powinien być utrzymywany na poziomie 20%-30%, a stężenie MLSS między 3000-5000 mg/L, zapewniając brak wyraźnego zapachu i dobre osiadanie. Objętość zaszczepiania powinna być kontrolowana na poziomie 15%-20% efektywnej objętości reaktora. Po zaszczepieniu należy rozpocząć fazę aklimatyzacji: ustawić początkowe stężenie azotu amonowego w dopływie na 50-80 mg/L, utrzymać objętościowe obciążenie na poziomie 0,1-0,2 kg NH4+-N/(m³·d). Gdy tempo usuwania azotu amonowego ustabilizuje się powyżej 70%, stopniowo zwiększać stężenie azotu amonowego w dopływie o 20%-30% tygodniowo, aż do osiągnięcia obciążenia projektowego, tym samym zwiększając adaptację środowiskową i aktywność metaboliczną AOB poprzez adaptację gradientową.
2. Kontrola parametrów
(1) Kontrola temperatury
Optymalna temperatura wzrostu dla AOB wynosi 25-35°C, gdzie tempo utleniania amoniaku jest znacznie wyższe niż dla NOB. Podczas hodowli wahania temperatury w reaktorze powinny być kontrolowane w zakresie ±1°C, co można utrzymać za pomocą urządzeń takich jak łaźnia wodna o stałej temperaturze lub płaszcz grzewczy. Gdy temperatura spadnie poniżej 15°C, obciążenie dopływem powinno być odpowiednio zmniejszone, aby zapobiec awarii procesu z powodu zahamowania aktywności AOB.
(2) Regulacja tlenu rozpuszczonego (DO)
Jednym z kluczowych punktów kontrolnych dla nitryfikacji skróconej jest utrzymanie środowiska o niskiej zawartości tlenu, przy czym stężenie tlenu rozpuszczonego (DO) jest ściśle kontrolowane na poziomie 0,5-1,0 mg/L. Precyzyjna regulacja DO jest osiągana poprzez regulację intensywności napowietrzania (przy użyciu trybów napowietrzania ciągłego lub przerywanego o niskiej intensywności). Środowisko o niskiej zawartości tlenu znacznie hamuje proliferację tlenowych bakterii nitryfikacyjnych (NOB), jednocześnie spełniając mikro-tlenowe wymagania metaboliczne bakterii utleniających amoniak (AOB). Jeśli zastosowany jest reaktor z biofilmem, beztlenowe mikrośrodowisko wewnątrz biofilmu może dodatkowo zwiększyć selektywne wzbogacanie AOB.
(4) Proporcjonowanie składników odżywczych
Dopływ musi spełniać wymagania żywieniowe dla wzrostu AOB, przy czym stosunek azotu do fosforu (N:P) jest kontrolowany na poziomie 10:1. Dodatkowo należy uzupełniać pierwiastki śladowe, takie jak magnez, żelazo i mangan (o stężeniach najlepiej w zakresie od 0,1 do 1,0 mg/L), aby zapewnić niezbędne wsparcie kofaktorów dla metabolizmu AOB. Należy unikać wysokich stężeń substancji toksycznych lub szkodliwych (np. metali ciężkich, antybiotyków itp.) w dopływie, aby zapobiec nieodwracalnemu zahamowaniu aktywności mikrobiologicznej.
III. Monitorowanie i regulacja procesu hodowli
W okresie hodowli należy ustanowić rutynowy mechanizm monitorowania w celu codziennego pomiaru stężeń azotu amonowego, azotu azotynowego i azotu azotanowego w dopływie i odpływie, jednocześnie monitorując pH, tlen rozpuszczony (DO), temperaturę, zasadowość i inne parametry.
W fazie początkowej (1-2 tygodnie) należy skupić się na tempie usuwania azotu amonowego i osiadaniu osadu. Jeśli tempo usuwania azotu amonowego jest poniżej 50%, należy utrzymać obecne obciążenie, aż społeczność mikrobiologiczna się zaadaptuje.
W fazie przejściowej (2-4 tygodnie) głównym problemem jest monitorowanie tempa akumulacji azotynów (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Gdy tempo akumulacji ustabilizuje się na poziomie 80% lub wyższym, obciążenie można stopniowo zwiększać.
W fazie stabilnej (4-6 tygodni) istotne jest zapewnienie, że tempo akumulacji azotynów wynosi ≥90%, a tempo usuwania azotu amonowego wynosi ≥85%, co wskazuje, że system nitryfikacji skróconej osiągnął dojrzały stan.
Jeśli podczas procesu hodowli wystąpi nadmierna proliferacja NOB (ciągły wzrost stężenia azotu azotanowego), można podjąć środki takie jak podniesienie temperatury (do 30-35°C), skrócenie czasu napowietrzania lub wdrożenie krótkotrwałego głodzenia (zatrzymanie dopływu na 1-2 dni) w celu zahamowania aktywności NOB. Jeśli aktywność AOB spada, konieczne jest zbadanie, czy parametry takie jak pH, DO i temperatura odbiegają od optymalnego zakresu, niezwłocznie je dostosować i uzupełnić składniki odżywcze.
IV. Środki zapewniające stabilną pracę procesu
Po osiągnięciu dojrzałości przez system nitryfikacji skróconej, istotne jest utrzymanie stabilnych parametrów operacyjnych i unikanie drastycznych wahań obciążenia dopływem, temperatury, pH i innych czynników. Należy regularnie usuwać osad, aby utrzymać stężenie MLSS w zakresie 3000-6000 mg/L, zapobiegając starzeniu się osadu. W przypadku znacznych zmian w jakości dopływu należy zastosować podejście do regulacji obciążenia krok po kroku, aby dać społecznościom mikrobiologicznym czas na adaptację. Poprzez standaryzowane procedury hodowli i precyzyjną kontrolę operacyjną można osiągnąć stabilną i wydajną pracę procesu nitryfikacji skróconej, kładąc podwaliny pod późniejszą integrację procesu denitryfikacji lub anammox.
