Краткоцикловая нитрификация, являясь одним из ключевых процессов для эффективного удаления азота в очистке сточных вод, основана на принципе селективного обогащения аммоний-окисляющих бактерий (АОБ) при одновременном ингибировании активности нитрит-окисляющих бактерий (НОБ) посредством контролируемых условий окружающей среды и эксплуатационных параметров. Этот процесс обеспечивает направленное преобразование аммонийного азота в нитрит. Обладая такими преимуществами, как низкое энергопотребление, короткие циклы реакции и минимальные требования к щелочности, стандартизированное культивирование имеет решающее значение для обеспечения стабильной и эффективной работы процесса. Ключевые технические моменты заключаются в следующем:
1. Скрининг и акклиматизация инокуляционного ила
Качество инокулированного ила напрямую определяет эффективность запуска краткоцикловой нитрификации. Следует отдавать предпочтение активному илу аэрационных резервуаров очистных сооружений или акклиматизированному илу краткоцикловой нитрификации, при этом поддерживая коэффициент отстаивания ила (SV30) на уровне 20%-30% и концентрацию MLSS в диапазоне 3000-5000 мг/л, обеспечивая отсутствие значительного запаха и хорошие показатели отстаивания. Объем инокуляции следует контролировать на уровне 15%-20% от эффективного объема реактора. После инокуляции начните фазу акклиматизации: установите начальную концентрацию аммонийного азота в притоке на уровне 50-80 мг/л, поддерживайте объемную скорость нагрузки 0,1-0,2 кг NH4+-N/(м³·сут). Как только скорость удаления аммонийного азота стабилизируется выше 70%, постепенно увеличивайте концентрацию аммонийного азота в притоке на 20%-30% еженедельно до достижения проектной нагрузки, тем самым повышая адаптивность к окружающей среде и метаболическую активность АОБ посредством градиентной адаптации.
2. Контроль параметров
(1) Контроль температуры
Оптимальная температура роста для АОБ составляет 25-35°C, при которой скорость окисления аммиака значительно выше, чем у НОБ. Во время культивирования колебания температуры в реакторе следует контролировать в пределах ±1°C, что можно поддерживать с помощью оборудования, такого как термостатическая водяная баня или нагревательная рубашка. Когда температура падает ниже 15°C, нагрузку на приток следует соответствующим образом уменьшить, чтобы предотвратить сбой процесса из-за ингибирования активности АОБ.
(2) Регулирование растворенного кислорода (DO)
Одним из ключевых контрольных пунктов для краткоцикловой нитрификации является поддержание низкокислородной среды, при этом концентрация растворенного кислорода (DO) строго контролируется на уровне 0,5-1,0 мг/л. Точное регулирование DO достигается путем регулирования интенсивности аэрации (с использованием режимов непрерывной или прерывистой аэрации низкой интенсивности). Низкокислородная среда значительно ингибирует размножение аэробных нитрифицирующих бактерий (НОБ), одновременно удовлетворяя микроаэробные метаболические потребности аммоний-окисляющих бактерий (АОБ). Если используется биопленочный реактор, бескислородная микросреда внутри биопленки может дополнительно усилить селективное обогащение АОБ.
(4) Пропорционирование питательных веществ
Приток должен соответствовать требованиям к питанию для роста АОБ, при этом соотношение азота к фосфору (N:P) контролируется на уровне 10:1. Кроме того, следует добавлять микроэлементы, такие как магний, железо и марганец (с концентрациями предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 1,0 мг/л), чтобы обеспечить необходимую поддержку кофакторов для метаболизма АОБ. Следует избегать высоких концентраций токсичных или вредных веществ (например, тяжелых металлов, антибиотиков и т. д.) в притоке, чтобы предотвратить необратимое ингибирование микробной активности.
III. Мониторинг и регулирование процесса культивирования
В период культивирования необходимо установить механизм рутинного мониторинга для измерения концентраций аммонийного азота, нитритного азота и нитратного азота в притоке и стоке ежедневно, одновременно контролируя pH, растворенный кислород (DO), температуру, щелочность и другие параметры.
На начальном этапе (1-2 недели) основное внимание следует уделить скорости удаления аммонийного азота и показателям отстаивания ила. Если скорость удаления аммонийного азота ниже 50%, текущую нагрузку следует поддерживать до тех пор, пока микробное сообщество не адаптируется.
На переходной фазе (2-4 недели) основное внимание уделяется мониторингу скорости накопления нитритов (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Когда скорость накопления стабилизируется на уровне 80% или выше, нагрузку можно постепенно увеличивать.
На стабильной фазе (4-6 недель) важно обеспечить, чтобы скорость накопления нитритов была ≥90%, а скорость удаления аммонийного азота была ≥85%, что указывает на то, что система краткоцикловой нитрификации достигла зрелого состояния.
Если в процессе культивирования происходит чрезмерное размножение НОБ (непрерывное увеличение концентрации нитратного азота), можно принять такие меры, как повышение температуры (до 30-35°C), сокращение времени аэрации или проведение кратковременного голодания (остановка притока на 1-2 дня), чтобы ингибировать активность НОБ. Если активность АОБ снижается, необходимо выяснить, отклоняются ли такие параметры, как pH, DO и температура, от оптимального диапазона, незамедлительно отрегулировать их и добавить питательные вещества.
IV. Меры по обеспечению стабильной работы процесса
После созревания системы краткоцикловой нитрификации важно поддерживать стабильные эксплуатационные параметры и избегать резких колебаний нагрузки на приток, температуры, pH и других факторов. Следует регулярно осуществлять выгрузку ила, чтобы поддерживать концентрацию MLSS в диапазоне 3000-6000 мг/л, предотвращая старение ила. При значительных изменениях качества притока следует применять поэтапный подход к регулировке нагрузки, чтобы дать микробным сообществам время на адаптацию. Благодаря стандартизированным процедурам культивирования и точному эксплуатационному контролю можно добиться стабильной и эффективной работы процесса краткоцикловой нитрификации, закладывая основу для последующей интеграции процессов денитрификации или анаммокса.
