La nitrificazione a ciclo breve, uno dei processi fondamentali per la rimozione efficiente dell'azoto nel trattamento delle acque reflue, opera secondo il principio di arricchire selettivamente i batteri ossidanti dell'ammoniaca (AOB) inibendo al contempo l'attività dei batteri ossidanti dei nitriti (NOB) attraverso condizioni ambientali controllate e parametri operativi. Questo processo consente la conversione diretta dell'azoto ammoniacale in nitrito. Con vantaggi quali il basso consumo energetico, cicli di reazione brevi e requisiti minimi di alcalinità, la coltivazione standardizzata è fondamentale per garantire un funzionamento stabile ed efficiente del processo. I punti tecnici chiave sono i seguenti:
1. Screening e acclimatazione del fango di inoculo
La qualità del fango inoculato determina direttamente l'efficienza di avvio della nitrificazione a ciclo breve. Dovrebbero essere prioritari i fanghi attivi provenienti da vasche di aerazione di impianti di trattamento delle acque reflue municipali o fanghi nitrificanti a ciclo breve acclimatati, mantenendo il rapporto di sedimentazione del fango (SV30) al 20%-30% e la concentrazione di MLSS tra 3000-5000 mg/L, garantendo assenza di odori significativi e buone prestazioni di sedimentazione. Il volume di inoculo dovrebbe essere controllato al 15%-20% del volume effettivo del reattore. Dopo l'inoculo, avviare la fase di acclimatazione: impostare la concentrazione iniziale di azoto ammoniacale in ingresso a 50-80 mg/L, mantenere un carico volumetrico di 0,1-0,2 kg NH4+-N/(m³·d). Una volta che il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale si stabilizza sopra il 70%, aumentare gradualmente la concentrazione di azoto ammoniacale in ingresso del 20%-30% a settimana fino a raggiungere il carico di progetto, migliorando così l'adattabilità ambientale e l'attività metabolica degli AOB attraverso l'adattamento graduale.
2. Controllo dei parametri
(1) Controllo della temperatura
La temperatura di crescita ottimale per gli AOB è di 25-35°C, dove il suo tasso di ossidazione dell'ammoniaca è significativamente superiore a quello dei NOB. Durante la coltivazione, la fluttuazione della temperatura del reattore dovrebbe essere controllata entro ±1°C, che può essere mantenuta utilizzando apparecchiature come un bagno termostatico o una camicia di riscaldamento. Quando la temperatura scende sotto i 15°C, il carico in ingresso dovrebbe essere ridotto in modo appropriato per evitare il fallimento del processo a causa dell'inibizione dell'attività degli AOB.
(2) Regolazione dell'ossigeno disciolto (DO)
Uno dei punti di controllo fondamentali per la nitrificazione a ciclo breve è il mantenimento di un ambiente a basso ossigeno, con la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) rigorosamente controllata a 0,5-1,0 mg/L. La regolazione precisa del DO si ottiene regolando l'intensità di aerazione (utilizzando modalità di aerazione continua o intermittente a bassa intensità). L'ambiente a basso ossigeno inibisce significativamente la proliferazione dei batteri nitrificanti aerobici (NOB) soddisfacendo al contempo i requisiti metabolici micro-aerobici dei batteri ossidanti dell'ammoniaca (AOB). Se viene impiegato un reattore a biofilm, il microambiente anossico all'interno del biofilm può ulteriormente migliorare l'arricchimento selettivo degli AOB.
(4) Proporzionamento dei nutrienti
L'affluente deve soddisfare i requisiti nutrizionali per la crescita degli AOB, con un rapporto azoto-fosforo (N:P) controllato a 10:1. Inoltre, dovrebbero essere integrati oligoelementi come magnesio, ferro e manganese (con concentrazioni preferibilmente comprese tra 0,1 e 1,0 mg/L) per fornire un supporto essenziale di cofattori per il metabolismo degli AOB. Elevate concentrazioni di sostanze tossiche o dannose (ad esempio, metalli pesanti, antibiotici, ecc.) nell'affluente dovrebbero essere evitate per prevenire l'inibizione irreversibile dell'attività microbica.
III. Monitoraggio e regolazione del processo di coltivazione
Durante il periodo di coltivazione, è necessario stabilire un meccanismo di monitoraggio di routine per misurare quotidianamente le concentrazioni di azoto ammoniacale, azoto nitrito e azoto nitrato nell'affluente e nell'effluente, monitorando contemporaneamente pH, ossigeno disciolto (DO), temperatura, alcalinità e altri parametri.
Nella fase iniziale (1-2 settimane), l'attenzione dovrebbe essere rivolta al tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale e alle prestazioni di sedimentazione del fango. Se il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale è inferiore al 50%, il carico attuale dovrebbe essere mantenuto fino a quando la comunità microbica non si adatta.
Durante la fase di transizione (2-4 settimane), la preoccupazione principale è il monitoraggio del tasso di accumulo di nitrito (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Quando il tasso di accumulo si stabilizza all'80% o superiore, il carico può essere gradualmente aumentato.
Nella fase stabile (4-6 settimane), è essenziale garantire che il tasso di accumulo di nitrito sia ≥90% e il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale sia ≥85%, indicando che il sistema di nitrificazione a ciclo breve ha raggiunto uno stato maturo.
Se durante il processo di coltivazione si verifica un'eccessiva proliferazione di NOB (aumento continuo della concentrazione di azoto nitrato), è possibile adottare misure come l'aumento della temperatura (a 30-35°C), l'accorciamento del tempo di aerazione o l'implementazione di un'alimentazione a breve termine (interruzione dell'afflusso per 1-2 giorni) per inibire l'attività dei NOB. Se l'attività degli AOB diminuisce, è necessario indagare se parametri come pH, DO e temperatura si discostano dall'intervallo ottimale, regolarli prontamente e integrare i nutrienti.
IV. Misure per garantire un funzionamento stabile del processo
Una volta che il sistema di nitrificazione a ciclo breve matura, è essenziale mantenere parametri operativi stabili ed evitare drastiche fluttuazioni nel carico in ingresso, nella temperatura, nel pH e in altri fattori. Lo scarico regolare del fango dovrebbe essere implementato per mantenere la concentrazione di MLSS nell'intervallo di 3000-6000 mg/L, prevenendo l'invecchiamento del fango. Quando ci sono cambiamenti significativi nella qualità dell'affluente, dovrebbe essere adottato un approccio di regolazione del carico graduale per consentire alle comunità microbiche di avere tempo per adattarsi. Attraverso procedure di coltivazione standardizzate e un controllo operativo preciso, è possibile ottenere un funzionamento stabile ed efficiente del processo di nitrificazione a ciclo breve, ponendo le basi per la successiva integrazione del processo di denitrificazione o anammox.
