Η νιτροποίηση βραχείας διαδρομής, ως μία από τις βασικές διεργασίες για την αποτελεσματική απομάκρυνση αζώτου στην επεξεργασία λυμάτων, λειτουργεί με την αρχή της επιλεκτικής εμπλουτισμού των βακτηρίων οξείδωσης αμμωνίας (AOB) ενώ αναστέλλει τη δραστηριότητα των βακτηρίων οξείδωσης νιτρωδών (NOB) μέσω ελεγχόμενων περιβαλλοντικών συνθηκών και λειτουργικών παραμέτρων. Αυτή η διεργασία επιτυγχάνει την κατευθυνόμενη μετατροπή του αζώτου αμμωνίας σε νιτρώδη. Με πλεονεκτήματα όπως χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, σύντομοι κύκλοι αντίδρασης και ελάχιστες απαιτήσεις αλκαλικότητας, η τυποποιημένη καλλιέργεια είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση σταθερής και αποτελεσματικής λειτουργίας της διεργασίας. Τα βασικά τεχνικά σημεία έχουν ως εξής:
1. Διαλογή και Εγκλιματισμός Εμβολιασμένου Ιλύος
Η ποιότητα του εμβολιασμένου ιλύος καθορίζει άμεσα την απόδοση εκκίνησης της νιτροποίησης βραχείας διαδρομής. Θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στον ενεργό ιλύ του αερισμού δεξαμενής επεξεργασίας λυμάτων ή στον εγκλιματισμένο ιλύ νιτροποίησης βραχείας διαδρομής, με τη σχέση καθίζησης ιλύος (SV30) να διατηρείται στο 20%-30% και τη συγκέντρωση MLSS μεταξύ 3000-5000 mg/L, διασφαλίζοντας ότι δεν υπάρχει σημαντική οσμή και καλή απόδοση καθίζησης. Ο όγκος εμβολιασμού θα πρέπει να ελέγχεται στο 15%-20% του αποτελεσματικού όγκου του αντιδραστήρα. Μετά τον εμβολιασμό, ξεκινήστε τη φάση εγκλιματισμού: ρυθμίστε την αρχική συγκέντρωση αζώτου αμμωνίας εισροής στα 50-80 mg/L, διατηρήστε ένα ρυθμό φόρτισης όγκου 0,1-0,2 kg NH4+-N/(m³·d). Μόλις ο ρυθμός απομάκρυνσης αζώτου αμμωνίας σταθεροποιηθεί πάνω από 70%, αυξήστε σταδιακά τη συγκέντρωση αζώτου αμμωνίας εισροής κατά 20%-30% εβδομαδιαίως μέχρι να φτάσετε στο σχεδιασμένο φορτίο, ενισχύοντας έτσι την περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα και τη μεταβολική δραστηριότητα των AOB μέσω προσαρμογής κλίσης.
2. Έλεγχος Παραμέτρων
(1) Έλεγχος Θερμοκρασίας
Η βέλτιστη θερμοκρασία ανάπτυξης για τα AOB είναι 25-35°C, όπου ο ρυθμός οξείδωσης αμμωνίας είναι σημαντικά υψηλότερος από αυτόν των NOB. Κατά τη διάρκεια της καλλιέργειας, η διακύμανση της θερμοκρασίας του αντιδραστήρα θα πρέπει να ελέγχεται εντός ±1°C, η οποία μπορεί να διατηρηθεί χρησιμοποιώντας εξοπλισμό όπως λουτρό νερού σταθερής θερμοκρασίας ή θερμικό μανδύα. Όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από 15°C, το φορτίο εισροής θα πρέπει να μειωθεί κατάλληλα για να αποφευχθεί η αποτυχία της διεργασίας λόγω αναστολής της δραστηριότητας των AOB.
(2) Ρύθμιση Διαλυμένου Οξυγόνου (DO)
Ένα από τα βασικά σημεία ελέγχου για τη νιτροποίηση βραχείας διαδρομής είναι η διατήρηση ενός περιβάλλοντος χαμηλού οξυγόνου, με τη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου (DO) να ελέγχεται αυστηρά στα 0,5-1,0 mg/L. Η ακριβής ρύθμιση DO επιτυγχάνεται με την προσαρμογή της έντασης αερισμού (χρησιμοποιώντας τρόπους συνεχούς ή διαλείπουσας αερισμού χαμηλής έντασης). Το περιβάλλον χαμηλού οξυγόνου αναστέλλει σημαντικά τον πολλαπλασιασμό των αερόβιων βακτηρίων νιτροποίησης (NOB) ενώ παράλληλα ικανοποιεί τις μικρο-αερόβιες μεταβολικές απαιτήσεις των βακτηρίων οξείδωσης αμμωνίας (AOB). Εάν χρησιμοποιηθεί ένας αντιδραστήρας βιοφίλμ, το ανοξικό μικροπεριβάλλον εντός του βιοφίλμ μπορεί να ενισχύσει περαιτέρω τον επιλεκτικό εμπλουτισμό των AOB.
(4) Αναλογία Θρεπτικών Συστατικών
Η εισροή πρέπει να πληροί τις διατροφικές απαιτήσεις για την ανάπτυξη των AOB, με την αναλογία αζώτου προς φώσφορο (N:P) να ελέγχεται στο 10:1. Επιπλέον, θα πρέπει να συμπληρώνονται ιχνοστοιχεία όπως μαγνήσιο, σίδηρος και μαγγάνιο (με συγκεντρώσεις κατά προτίμηση που κυμαίνονται από 0,1 έως 1,0 mg/L) για την παροχή βασικής υποστήριξης συμπαράγοντα για τον μεταβολισμό των AOB. Θα πρέπει να αποφεύγονται οι υψηλές συγκεντρώσεις τοξικών ή επιβλαβών ουσιών (π.χ. βαρέα μέταλλα, αντιβιοτικά κ.λπ.) στην εισροή για την αποφυγή μη αναστρέψιμης αναστολής της μικροβιακής δραστηριότητας.
III. Παρακολούθηση και Ρύθμιση της Διαδικασίας Καλλιέργειας
Κατά τη διάρκεια της περιόδου καλλιέργειας, πρέπει να δημιουργηθεί ένας μηχανισμός ρουτίνας παρακολούθησης για τη μέτρηση των συγκεντρώσεων αζώτου αμμωνίας, αζώτου νιτρωδών και αζώτου νιτρικών στην εισροή και την εκροή καθημερινά, ενώ ταυτόχρονα παρακολουθούνται το pH, το διαλυμένο οξυγόνο (DO), η θερμοκρασία, η αλκαλικότητα και άλλες παράμετροι.
Στην αρχική φάση (1-2 εβδομάδες), το επίκεντρο θα πρέπει να είναι ο ρυθμός απομάκρυνσης αζώτου αμμωνίας και η απόδοση καθίζησης ιλύος. Εάν ο ρυθμός απομάκρυνσης αζώτου αμμωνίας είναι κάτω από 50%, το τρέχον φορτίο θα πρέπει να διατηρηθεί μέχρι να προσαρμοστεί η μικροβιακή κοινότητα.
Κατά τη μεταβατική φάση (2-4 εβδομάδες), το κύριο μέλημα είναι η παρακολούθηση του ρυθμού συσσώρευσης νιτρωδών (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Όταν ο ρυθμός συσσώρευσης σταθεροποιηθεί στο 80% ή υψηλότερο, το φορτίο μπορεί να αυξηθεί σταδιακά.
Στη σταθερή φάση (4-6 εβδομάδες), είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι ο ρυθμός συσσώρευσης νιτρωδών είναι ≥90% και ο ρυθμός απομάκρυνσης αζώτου αμμωνίας είναι ≥85%, υποδεικνύοντας ότι το σύστημα νιτροποίησης βραχείας διαδρομής έχει φτάσει σε ώριμη κατάσταση.
Εάν εμφανιστεί υπερβολικός πολλαπλασιασμός των NOB (συνεχής αύξηση της συγκέντρωσης αζώτου νιτρικών) κατά τη διάρκεια της διαδικασίας καλλιέργειας, μπορούν να ληφθούν μέτρα όπως η αύξηση της θερμοκρασίας (στους 30-35°C), η μείωση του χρόνου αερισμού ή η εφαρμογή βραχυπρόθεσμης στέρησης (διακοπή της εισροής για 1-2 ημέρες) για την αναστολή της δραστηριότητας των NOB. Εάν η δραστηριότητα των AOB μειωθεί, είναι απαραίτητο να διερευνηθεί εάν παράμετροι όπως το pH, το DO και η θερμοκρασία αποκλίνουν από το βέλτιστο εύρος, να προσαρμοστούν άμεσα και να συμπληρωθούν θρεπτικά συστατικά.
IV. Μέτρα για τη Διασφάλιση Σταθερής Λειτουργίας της Διεργασίας
Μόλις ωριμάσει το σύστημα νιτροποίησης βραχείας διαδρομής, είναι απαραίτητο να διατηρηθούν σταθερές λειτουργικές παράμετροι και να αποφευχθούν δραστικές διακυμάνσεις στο φορτίο εισροής, τη θερμοκρασία, το pH και άλλους παράγοντες. Θα πρέπει να εφαρμόζεται τακτική εκκένωση ιλύος για να διατηρείται η συγκέντρωση MLSS εντός του εύρους των 3000-6000 mg/L, αποτρέποντας τη γήρανση ιλύος. Όταν υπάρχουν σημαντικές αλλαγές στην ποιότητα της εισροής, θα πρέπει να υιοθετηθεί μια σταδιακή προσέγγιση προσαρμογής φορτίου για να δοθεί χρόνος στις μικροβιακές κοινότητες να προσαρμοστούν. Μέσω τυποποιημένων διαδικασιών καλλιέργειας και ακριβούς λειτουργικού ελέγχου, μπορεί να επιτευχθεί σταθερή και αποτελεσματική λειτουργία της διεργασίας νιτροποίησης βραχείας διαδρομής, θέτοντας τα θεμέλια για την επακόλουθη ενσωμάτωση της απονιτροποίησης ή της διεργασίας anammox.
