Kısa döngü nitrifikasyonu, atık su arıtımında verimli azot giderimi için temel süreçlerden biri olarak, amonyak oksitleyici bakterilerin (AOB) seçici olarak zenginleştirilmesi ve nitrit oksitleyici bakterilerin (NOB) aktivitesinin kontrollü çevresel koşullar ve operasyonel parametreler aracılığıyla inhibe edilmesi prensibine göre çalışır. Bu süreç, amonyak azotunun nitrite yönlendirilmiş dönüşümünü sağlar. Düşük enerji tüketimi, kısa reaksiyon döngüleri ve minimum alkalinite gereksinimleri gibi avantajlarla, istikrarlı ve verimli proses operasyonunu sağlamak için standartlaştırılmış kültürleme çok önemlidir. Temel teknik noktalar şunlardır:
1. İnokülasyon Çamurunun Taranması ve Alıştırılması
İnoküle edilen çamurun kalitesi, kısa döngü nitrifikasyonunun başlangıç verimliliğini doğrudan belirler. Belediye atık su arıtma tesisi havalandırma tankı aktif çamuru veya alıştırılmış kısa döngü nitrifiye edici çamur tercih edilmelidir, çamur çökelme oranı (SV30) %20-%30 arasında ve MLSS konsantrasyonu 3000-5000 mg/L arasında tutulmalı, belirgin bir koku olmamalı ve iyi çökelme performansı sağlanmalıdır. İnokülasyon hacmi, reaktörün efektif hacminin %15-%20'si olarak kontrol edilmelidir. İnokülasyondan sonra, alıştırma fazını başlatın: başlangıç giriş amonyak azotu konsantrasyonunu 50-80 mg/L olarak ayarlayın, 0.1-0.2 kg NH4+-N/(m³·d) hacimsel yükleme oranını koruyun. Amonyak azotu giderim oranı %70'in üzerine çıktığında, giriş amonyak azotu konsantrasyonunu haftalık olarak %20-%30 oranında kademeli olarak artırarak, AOB'nin çevresel adaptasyonunu ve metabolik aktivitesini gradyan adaptasyonu yoluyla artırın.
2. Parametre Kontrolü
(1) Sıcaklık Kontrolü
AOB için optimum büyüme sıcaklığı 25-35°C'dir, burada amonyak oksidasyon hızı NOB'den önemli ölçüde daha yüksektir. Kültivasyon sırasında, reaktör sıcaklık dalgalanması ±1°C içinde kontrol edilmelidir, bu da sabit sıcaklık su banyosu veya ısıtma ceketi gibi ekipmanlar kullanılarak sağlanabilir. Sıcaklık 15°C'nin altına düştüğünde, AOB aktivitesinin inhibisyonu nedeniyle proses arızasını önlemek için giriş yükü uygun şekilde azaltılmalıdır.
(2) Çözünmüş Oksijen (DO) Düzenlemesi
Kısa döngü nitrifikasyonu için temel kontrol noktalarından biri, düşük oksijenli bir ortamın korunmasıdır, çözünmüş oksijen (DO) konsantrasyonu 0.5-1.0 mg/L'de sıkı bir şekilde kontrol edilir. Hassas DO düzenlemesi, havalandırma yoğunluğunun ayarlanmasıyla (düşük yoğunluklu sürekli veya aralıklı havalandırma modları kullanılarak) sağlanır. Düşük oksijenli ortam, aerobik nitrifiye edici bakterilerin (NOB) çoğalmasını önemli ölçüde inhibe ederken, amonyak oksitleyici bakterilerin (AOB) mikro-aerobik metabolik gereksinimlerini karşılar. Bir biyofilm reaktörü kullanılıyorsa, biyofilmin içindeki anoksik mikroçevre, AOB'nin seçici zenginleşmesini daha da artırabilir.
(4) Besin Oranlaması
Giriş, AOB büyümesi için besin gereksinimlerini karşılamalıdır, azot-fosfor (N:P) oranı 10:1 olarak kontrol edilmelidir. Ek olarak, magnezyum, demir ve manganez gibi eser elementler (tercihen 0.1 ila 1.0 mg/L konsantrasyonlarda) AOB metabolizması için temel kofaktör desteği sağlamak üzere takviye edilmelidir. Girişteki yüksek konsantrasyonlarda toksik veya zararlı maddeler (örneğin, ağır metaller, antibiyotikler vb.) mikrobiyal aktivitenin geri dönüşü olmayan inhibisyonunu önlemek için kaçınılmalıdır.
III. Kültivasyon Prosesinin İzlenmesi ve Düzenlenmesi
Kültivasyon periyodu boyunca, giriş ve çıkıştaki amonyak azotu, nitrit azotu ve nitrat azotu konsantrasyonlarını günlük olarak ölçmek için rutin bir izleme mekanizması kurulmalı, aynı zamanda pH, çözünmüş oksijen (DO), sıcaklık, alkalinite ve diğer parametreler izlenmelidir.
Başlangıç fazında (1-2 hafta), odak noktası amonyak azotu giderim oranı ve çamur çökelme performansında olmalıdır. Amonyak azotu giderim oranı %50'nin altındaysa, mikrobiyal topluluk adapte olana kadar mevcut yük korunmalıdır.
Geçiş fazında (2-4 hafta), birincil endişe nitrit birikim oranını (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)) izlemektir. Birikim oranı %80 veya daha yüksek seviyede stabilize olduğunda, yük kademeli olarak artırılabilir.
Kararlı fazda (4-6 hafta), nitrit birikim oranının ≥%90 ve amonyak azotu giderim oranının ≥%85 olduğundan emin olmak esastır, bu da kısa döngü nitrifikasyon sisteminin olgun bir duruma ulaştığını gösterir.
Kültivasyon süreci sırasında NOB'nin aşırı çoğalması (nitrat azotu konsantrasyonunda sürekli artış) meydana gelirse, NOB aktivitesini inhibe etmek için sıcaklığı yükseltme (30-35°C'ye), havalandırma süresini kısaltma veya kısa süreli açlık (1-2 gün giriş durdurma) gibi önlemler alınabilir. AOB aktivitesi düşerse, pH, DO ve sıcaklık gibi parametrelerin optimum aralıktan sapıp sapmadığını araştırmak, bunları derhal ayarlamak ve besin takviyesi yapmak gerekir.
IV. İstikrarlı Proses Operasyonunu Sağlama Önlemleri
Kısa döngü nitrifikasyon sistemi olgunlaştıktan sonra, istikrarlı operasyonel parametreleri korumak ve giriş yükü, sıcaklık, pH ve diğer faktörlerdeki ani dalgalanmalardan kaçınmak esastır. MLSS konsantrasyonunu 3000-6000 mg/L aralığında tutmak, çamurun yaşlanmasını önlemek için düzenli çamur deşarjı uygulanmalıdır. Giriş kalitesinde önemli değişiklikler olduğunda, mikrobiyal toplulukların adapte olması için zaman tanımak amacıyla kademeli bir yük ayarlama yaklaşımı benimsenmelidir. Standartlaştırılmış kültürleme prosedürleri ve hassas operasyonel kontrol ile, kısa döngü nitrifikasyon prosesinin istikrarlı ve verimli çalışması sağlanabilir, sonraki denitrifikasyon veya anammox proses entegrasyonu için temel oluşturulur.
