La nitrificación de atajo, como uno de los procesos centrales para la eliminación eficiente de nitrógeno en el tratamiento de aguas residuales, opera bajo el principio de enriquecer selectivamente las bacterias oxidadoras de amoníaco (AOB) mientras inhibe la actividad de las bacterias oxidadoras de nitrito (NOB) a través de condiciones ambientales controladas y parámetros operativos. Este proceso logra la conversión dirigida de nitrógeno amoniacal en nitrito. Con ventajas como bajo consumo de energía, ciclos de reacción cortos y requisitos mínimos de alcalinidad, el cultivo estandarizado es crucial para garantizar una operación del proceso estable y eficiente. Los puntos técnicos clave son los siguientes:
1. Selección y Aclimatación del Lodo de Inoculación
La calidad del lodo inoculado determina directamente la eficiencia de inicio de la nitrificación de atajo. Se debe priorizar el lodo activado del tanque de aireación de la planta de tratamiento de aguas residuales municipales o el lodo nitrificante de atajo aclimatado, manteniendo la relación de sedimentación del lodo (SV30) en 20%-30% y la concentración de MLSS entre 3000-5000 mg/L, asegurando que no haya olores significativos y un buen rendimiento de sedimentación. El volumen de inoculación debe controlarse en 15%-20% del volumen efectivo del reactor. Después de la inoculación, inicie la fase de aclimatación: establezca la concentración inicial de nitrógeno amoniacal en el influente en 50-80 mg/L, mantenga una tasa de carga volumétrica de 0.1-0.2 kg NH4+-N/(m³·d). Una vez que la tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal se estabilice por encima del 70%, aumente gradualmente la concentración de nitrógeno amoniacal en el influente en un 20%-30% semanalmente hasta alcanzar la carga de diseño, mejorando así la adaptabilidad ambiental y la actividad metabólica de las AOB a través de la adaptación gradual.
2. Control de Parámetros
(1) Control de Temperatura
La temperatura óptima de crecimiento para las AOB es de 25-35°C, donde su tasa de oxidación de amoníaco es significativamente mayor que la de las NOB. Durante el cultivo, la fluctuación de la temperatura del reactor debe controlarse dentro de ±1°C, lo que se puede mantener utilizando equipos como un baño de agua de temperatura constante o una camisa de calentamiento. Cuando la temperatura desciende por debajo de 15°C, la carga del influente debe reducirse apropiadamente para evitar fallas en el proceso debido a la inhibición de la actividad de las AOB.
(2) Regulación de Oxígeno Disuelto (OD)
Uno de los puntos de control centrales para la nitrificación de atajo es mantener un ambiente de bajo oxígeno, con la concentración de oxígeno disuelto (OD) estrictamente controlada en 0.5-1.0 mg/L. La regulación precisa del OD se logra ajustando la intensidad de la aireación (utilizando modos de aireación continua o intermitente de baja intensidad). El ambiente de bajo oxígeno inhibe significativamente la proliferación de bacterias nitrificantes aeróbicas (NOB) mientras satisface los requisitos metabólicos micro-aeróbicos de las bacterias oxidadoras de amoníaco (AOB). Si se emplea un reactor de biopelícula, el microambiente anóxico dentro de la biopelícula puede mejorar aún más el enriquecimiento selectivo de las AOB.
(4) Proporción de Nutrientes
El influente debe cumplir con los requisitos nutricionales para el crecimiento de las AOB, con una relación nitrógeno-fósforo (N:P) controlada en 10:1. Además, se deben complementar oligoelementos como magnesio, hierro y manganeso (con concentraciones preferiblemente entre 0.1 y 1.0 mg/L) para proporcionar soporte de cofactor esencial para el metabolismo de las AOB. Se deben evitar altas concentraciones de sustancias tóxicas o dañinas (por ejemplo, metales pesados, antibióticos, etc.) en el influente para evitar la inhibición irreversible de la actividad microbiana.
III. Monitoreo y Regulación del Proceso de Cultivo
Durante el período de cultivo, se debe establecer un mecanismo de monitoreo de rutina para medir las concentraciones de nitrógeno amoniacal, nitrógeno nitrito y nitrógeno nitrato en el influente y el efluente diariamente, mientras que simultáneamente se monitorean el pH, el oxígeno disuelto (OD), la temperatura, la alcalinidad y otros parámetros.
En la fase inicial (1-2 semanas), la atención debe centrarse en la tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal y el rendimiento de sedimentación del lodo. Si la tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal es inferior al 50%, se debe mantener la carga actual hasta que la comunidad microbiana se adapte.
Durante la fase de transición (2-4 semanas), la principal preocupación es monitorear la tasa de acumulación de nitrito (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Cuando la tasa de acumulación se estabiliza en el 80% o más, la carga se puede aumentar gradualmente.
En la fase estable (4-6 semanas), es esencial asegurar que la tasa de acumulación de nitrito sea ≥90% y la tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal sea ≥85%, lo que indica que el sistema de nitrificación de atajo ha alcanzado un estado maduro.
Si ocurre una proliferación excesiva de NOB (aumento continuo de la concentración de nitrógeno nitrato) durante el proceso de cultivo, se pueden tomar medidas como aumentar la temperatura (a 30-35°C), acortar el tiempo de aireación o implementar una inanición a corto plazo (detener el influente durante 1-2 días) para inhibir la actividad de las NOB. Si la actividad de las AOB disminuye, es necesario investigar si parámetros como el pH, el OD y la temperatura se desvían del rango óptimo, ajustarlos rápidamente y complementar los nutrientes.
IV. Medidas para Asegurar una Operación Estable del Proceso
Una vez que el sistema de nitrificación de atajo madura, es esencial mantener parámetros operativos estables y evitar fluctuaciones drásticas en la carga del influente, la temperatura, el pH y otros factores. Se debe implementar la descarga regular de lodo para mantener la concentración de MLSS dentro del rango de 3000-6000 mg/L, evitando el envejecimiento del lodo. Cuando haya cambios significativos en la calidad del influente, se debe adoptar un enfoque de ajuste de carga gradual para permitir que las comunidades microbianas tengan tiempo de adaptarse. A través de procedimientos de cultivo estandarizados y un control operativo preciso, se puede lograr una operación estable y eficiente del proceso de nitrificación de atajo, sentando las bases para la posterior integración del proceso de desnitrificación o anammox.
