【راهنمای عملی】چگونه یک سیستم نیتریفیکاسیون میانبر را پرورش دهیم

نیتریفیکاسیون میان‌بر، به عنوان یکی از فرآیندهای اصلی برای حذف کارآمد نیتروژن در تصفیه فاضلاب، بر اساس اصل غنی‌سازی انتخابی باکتری‌های اکسید‌کننده آمونیاک (AOB) و در عین حال مهار فعالیت باکتری‌های اکسید‌کننده نیتریت (NOB) از طریق شرایط محیطی کنترل‌شده و پارامترهای عملیاتی عمل می‌کند. این فرآیند به تبدیل هدایت‌شده نیتروژن آمونیاکی به نیتریت دست می‌یابد. با مزایایی مانند مصرف انرژی کم، چرخه‌های واکنش کوتاه و حداقل الزامات قلیائیت، کشت استاندارد شده برای اطمینان از عملکرد پایدار و کارآمد فرآیند بسیار مهم است. نکات فنی کلیدی به شرح زیر است:

1. غربالگری و سازگاری لجن تلقیح

کیفیت لجن تلقیح شده مستقیماً راندمان راه‌اندازی نیتریفیکاسیون میان‌بر را تعیین می‌کند. لجن فعال تانک هوادهی تصفیه خانه فاضلاب شهری یا لجن نیتریفیکاسیون میان‌بر سازگار شده باید در اولویت قرار گیرد، با نسبت ته نشینی لجن (SV30) که در 20٪-30٪ و غلظت MLSS بین 3000-5000 میلی‌گرم در لیتر حفظ می‌شود، و اطمینان از عدم وجود بوی قابل توجه و عملکرد ته نشینی خوب. حجم تلقیح باید در 15٪-20٪ از حجم موثر راکتور کنترل شود. پس از تلقیح، فاز سازگاری را شروع کنید: غلظت اولیه نیتروژن آمونیاکی ورودی را در 50-80 میلی‌گرم در لیتر تنظیم کنید، نرخ بارگذاری حجمی 0.1-0.2 کیلوگرم NH4+-N/(m³·d) را حفظ کنید. هنگامی که نرخ حذف نیتروژن آمونیاکی به بالای 70٪ تثبیت شد، به تدریج غلظت نیتروژن آمونیاکی ورودی را 20٪-30٪ در هفته افزایش دهید تا به بار طراحی برسید، در نتیجه سازگاری محیطی و فعالیت متابولیکی AOB را از طریق سازگاری تدریجی افزایش دهید.

2. کنترل پارامتر

(1) کنترل دما

دمای رشد بهینه برای AOB 25-35 درجه سانتی‌گراد است، جایی که نرخ اکسیداسیون آمونیاک آن به طور قابل توجهی بالاتر از NOB است. در طول کشت، نوسان دمای راکتور باید در محدوده ±1 درجه سانتی‌گراد کنترل شود، که می‌تواند با استفاده از تجهیزاتی مانند حمام آب با دمای ثابت یا ژاکت گرمایشی حفظ شود. هنگامی که دما به زیر 15 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، بار ورودی باید به طور مناسب کاهش یابد تا از شکست فرآیند به دلیل مهار فعالیت AOB جلوگیری شود.

(2) تنظیم اکسیژن محلول (DO)

یکی از نقاط کنترل اصلی برای نیتریفیکاسیون میان‌بر، حفظ یک محیط کم اکسیژن است، با غلظت اکسیژن محلول (DO) که به شدت در 0.5-1.0 میلی‌گرم در لیتر کنترل می‌شود. تنظیم دقیق DO با تنظیم شدت هوادهی (با استفاده از حالت‌های هوادهی مداوم یا متناوب با شدت کم) به دست می‌آید. محیط کم اکسیژن به طور قابل توجهی از تکثیر باکتری‌های نیتریفیکاسیون هوازی (NOB) جلوگیری می‌کند و در عین حال نیازهای متابولیکی میکرو-هوازی باکتری‌های اکسید‌کننده آمونیاک (AOB) را برآورده می‌کند. اگر از یک راکتور بیوفیلم استفاده شود، محیط میکرو-بی‌هوازی در داخل بیوفیلم می‌تواند غنی‌سازی انتخابی AOB را بیشتر افزایش دهد.

(4) نسبت مواد مغذی

ورودی باید الزامات تغذیه‌ای برای رشد AOB را برآورده کند، با نسبت نیتروژن به فسفر (N:P) که در 10:1 کنترل می‌شود. علاوه بر این، عناصر کمیاب مانند منیزیم، آهن و منگنز باید مکمل شوند (با غلظت‌هایی که ترجیحاً از 0.1 تا 1.0 میلی‌گرم در لیتر متغیر است) تا پشتیبانی کوفاکتور ضروری برای متابولیسم AOB فراهم شود. از غلظت‌های بالای مواد سمی یا مضر (به عنوان مثال، فلزات سنگین، آنتی‌بیوتیک‌ها و غیره) در ورودی باید اجتناب شود تا از مهار برگشت‌ناپذیر فعالیت میکروبی جلوگیری شود.

III. نظارت و تنظیم فرآیند کشت

در طول دوره کشت، یک مکانیسم نظارت روتین باید برای اندازه‌گیری غلظت‌های نیتروژن آمونیاکی، نیتروژن نیتریتی و نیتروژن نیتراتی در ورودی و خروجی به صورت روزانه ایجاد شود، در حالی که به طور همزمان pH، اکسیژن محلول (DO)، دما، قلیائیت و سایر پارامترها را نظارت می‌کند.

در فاز اولیه (1-2 هفته)، تمرکز باید بر روی نرخ حذف نیتروژن آمونیاکی و عملکرد ته نشینی لجن باشد. اگر نرخ حذف نیتروژن آمونیاکی کمتر از 50٪ باشد، بار فعلی باید حفظ شود تا زمانی که جامعه میکروبی سازگار شود.

در طول فاز انتقال (2-4 هفته)، نگرانی اصلی نظارت بر نرخ تجمع نیتریت (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)) است. هنگامی که نرخ تجمع در 80٪ یا بالاتر تثبیت شد، بار را می‌توان به تدریج افزایش داد.

در فاز پایدار (4-6 هفته)، ضروری است که اطمینان حاصل شود که نرخ تجمع نیتریت ≥90٪ و نرخ حذف نیتروژن آمونیاکی ≥85٪ است، که نشان می‌دهد سیستم نیتریفیکاسیون میان‌بر به حالت بالغ رسیده است.

اگر تکثیر بیش از حد NOB (افزایش مداوم غلظت نیتروژن نیترات) در طول فرآیند کشت رخ دهد، اقداماتی مانند افزایش دما (به 30-35 درجه سانتی‌گراد)، کوتاه کردن زمان هوادهی یا اجرای گرسنگی کوتاه مدت (توقف ورودی به مدت 1-2 روز) می‌تواند برای مهار فعالیت NOB انجام شود. اگر فعالیت AOB کاهش یابد، لازم است بررسی شود که آیا پارامترهایی مانند pH، DO و دما از محدوده بهینه منحرف شده‌اند یا خیر، فوراً آنها را تنظیم کرده و مواد مغذی را تکمیل کنید.

IV. اقدامات برای اطمینان از عملکرد پایدار فرآیند

هنگامی که سیستم نیتریفیکاسیون میان‌بر بالغ شد، حفظ پارامترهای عملیاتی پایدار و اجتناب از نوسانات شدید در بار ورودی، دما، pH و سایر عوامل ضروری است. تخلیه منظم لجن باید اجرا شود تا غلظت MLSS در محدوده 3000-6000 میلی‌گرم در لیتر حفظ شود و از پیری لجن جلوگیری شود. هنگامی که تغییرات قابل توجهی در کیفیت ورودی وجود دارد، باید یک رویکرد تنظیم بار گام به گام اتخاذ شود تا به جوامع میکروبی زمان داده شود تا سازگار شوند. از طریق روش‌های کشت استاندارد شده و کنترل عملیاتی دقیق، می‌توان به عملکرد پایدار و کارآمد فرآیند نیتریفیکاسیون میان‌بر دست یافت و زمینه را برای ادغام فرآیند دنیتریفیکاسیون یا آناموکس بعدی فراهم کرد.