Short-cut nitrificatie, als een van de kernprocessen voor efficiënte stikstofverwijdering in afvalwaterzuivering, werkt volgens het principe van selectieve verrijking van ammoniak-oxiderende bacteriën (AOB) terwijl de activiteit van nitriet-oxiderende bacteriën (NOB) wordt geremd door gecontroleerde omgevingscondities en operationele parameters. Dit proces bereikt een gerichte omzetting van ammoniakstikstof in nitriet. Met voordelen zoals een laag energieverbruik, korte reactiecycli en minimale alkaliniteitsvereisten, is gestandaardiseerde cultivatie cruciaal voor het waarborgen van een stabiele en efficiënte procesvoering. De belangrijkste technische punten zijn als volgt:
1. Screening en acclimatisatie van inoculatieslib
De kwaliteit van het geïnoculeerde slib bepaalt direct de opstartefficiëntie van short-cut nitrificatie. Actief slib uit de beluchtingstank van een gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallatie of geacclimatiseerd short-cut nitrificatieslib moet prioriteit krijgen, met een slibbezinkingsverhouding (SV30) van 20%-30% en een MLSS-concentratie tussen 3000-5000 mg/L, waarbij geen significante geur en goede bezinkingsprestaties worden gewaarborgd. Het inoculatievolume moet worden gecontroleerd op 15%-20% van het effectieve volume van de reactor. Na inoculatie de acclimatisatiefase starten: stel de initiële influent ammoniakstikstofconcentratie in op 50-80 mg/L, handhaaf een volumetrische belasting van 0,1-0,2 kg NH4+-N/(m³·d). Zodra de ammoniakstikstofverwijderingssnelheid stabiliseert boven de 70%, de influent ammoniakstikstofconcentratie wekelijks geleidelijk met 20%-30% verhogen tot de ontwerplast is bereikt, waardoor de omgevingsaanpassingsvermogen en de metabolische activiteit van AOB door gradiëntaanpassing worden verbeterd.
2. Parametercontrole
(1) Temperatuurregeling
De optimale groeitemperatuur voor AOB is 25-35°C, waarbij de ammoniakoxidatiesnelheid aanzienlijk hoger is dan die van NOB. Tijdens de cultivatie moet de temperatuurschommeling van de reactor binnen ±1°C worden gehouden, wat kan worden gehandhaafd met behulp van apparatuur zoals een waterbad met constante temperatuur of een verwarmingsmantel. Wanneer de temperatuur daalt tot onder de 15°C, moet de influentbelasting op passende wijze worden verminderd om procesfalen als gevolg van geremde AOB-activiteit te voorkomen.
(2) Opgeloste zuurstof (DO) regulatie
Een van de kerncontrolepunten voor short-cut nitrificatie is het handhaven van een zuurstofarme omgeving, met een opgeloste zuurstof (DO) concentratie strikt gecontroleerd op 0,5-1,0 mg/L. Nauwkeurige DO-regulatie wordt bereikt door de beluchtingsintensiteit aan te passen (met behulp van continue of intermitterende beluchtingsmodi met lage intensiteit). De zuurstofarme omgeving remt significant de proliferatie van aerobe nitrificerende bacteriën (NOB) terwijl wordt voldaan aan de micro-aerobe metabolische vereisten van ammoniak-oxiderende bacteriën (AOB). Als een biofilmbiosreactor wordt gebruikt, kan de anoxische micro-omgeving binnen de biofilm de selectieve verrijking van AOB verder verbeteren.
(4) Voedingsstoffenverhouding
De influent moet voldoen aan de voedingsbehoeften voor AOB-groei, met een stikstof-tot-fosfor (N:P) verhouding gecontroleerd op 10:1. Bovendien moeten sporenelementen zoals magnesium, ijzer en mangaan worden aangevuld (met concentraties bij voorkeur variërend van 0,1 tot 1,0 mg/L) om essentiële cofactorondersteuning te bieden voor het AOB-metabolisme. Hoge concentraties van giftige of schadelijke stoffen (bijv. zware metalen, antibiotica, enz.) in de influent moeten worden vermeden om onomkeerbare remming van de microbiële activiteit te voorkomen.
III. Monitoring en regulatie van het cultivatieproces
Tijdens de cultivatieperiode moet een routine monitoringmechanisme worden opgezet om dagelijks de concentraties ammoniakstikstof, nitrietstikstof en nitraatstikstof in de influent en effluent te meten, terwijl tegelijkertijd pH, opgeloste zuurstof (DO), temperatuur, alkaliniteit en andere parameters worden bewaakt.
In de beginfase (1-2 weken) moet de focus liggen op de ammoniakstikstofverwijderingssnelheid en de bezinkingsprestaties van het slib. Als de ammoniakstikstofverwijderingssnelheid lager is dan 50%, moet de huidige belasting worden gehandhaafd totdat de microbiële gemeenschap zich heeft aangepast.
Tijdens de overgangsfase (2-4 weken) is de primaire zorg het monitoren van de nitrietaccumulatiesnelheid (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Wanneer de accumulatiesnelheid stabiliseert op 80% of hoger, kan de belasting geleidelijk worden verhoogd.
In de stabiele fase (4-6 weken) is het essentieel om ervoor te zorgen dat de nitrietaccumulatiesnelheid ≥90% is en de ammoniakstikstofverwijderingssnelheid ≥85%, wat aangeeft dat het short-cut nitrificatiesysteem een volwassen staat heeft bereikt.
Als er overmatige proliferatie van NOB (continue toename van de nitraatstikstofconcentratie) optreedt tijdens het cultivatieproces, kunnen maatregelen zoals het verhogen van de temperatuur (tot 30-35°C), het verkorten van de beluchtingstijd of het implementeren van kortetermijnverhongering (stoppen van influent gedurende 1-2 dagen) worden genomen om de NOB-activiteit te remmen. Als de AOB-activiteit afneemt, is het noodzakelijk om te onderzoeken of parameters zoals pH, DO en temperatuur afwijken van het optimale bereik, deze onmiddellijk aan te passen en voedingsstoffen aan te vullen.
IV. Maatregelen om een stabiele procesvoering te waarborgen
Zodra het short-cut nitrificatiesysteem volwassen is, is het essentieel om stabiele operationele parameters te handhaven en drastische schommelingen in de influentbelasting, temperatuur, pH en andere factoren te voorkomen. Regelmatige slibafvoer moet worden geïmplementeerd om de MLSS-concentratie binnen het bereik van 3000-6000 mg/L te houden, waardoor slibveroudering wordt voorkomen. Wanneer er significante veranderingen zijn in de influentkwaliteit, moet een stapsgewijze belastingaanpassing worden toegepast om microbiële gemeenschappen de tijd te geven zich aan te passen. Door gestandaardiseerde cultivatieprocedures en nauwkeurige operationele controle kan een stabiele en efficiënte werking van het short-cut nitrificatieproces worden bereikt, wat de basis vormt voor de daaropvolgende denitrificatie of anammox-procesintegratie.
