O que são nitrificação e desnitrificação de curto prazo?

No campo da desnitrificação biológica, a nitrificação e a desnitrificação de curto alcance são dois processos importantes. Eles rompem as vias tradicionais de nitrificação e desnitrificação e alcançam a remoção eficiente de nitrogênio, regulando a estrutura da comunidade microbiana.

01 Nitrificação de curto prazo

A nitrificação de curto prazo refere-se ao processo em que, durante o processo de desnitrificação biológica, o processo de oxidação do nitrogênio amoniacal só é realizado até o estágio de nitrito por meio de meios específicos de controle de processo, ou seja, o nitrogênio amoniacal (NH₄⁺) é primeiro oxidado em nitrito ( NO₂⁻), e o nitrito não é mais oxidado em nitrato (NO₃⁻). Este processo depende principalmente do aumento da atividade das bactérias oxidantes de amônia (AOB) e da inibição efetiva da atividade das bactérias nitrificantes (NOB). A vantagem da nitrificação de curto prazo é que ela reduz o consumo de oxigênio e a demanda por fontes de carbono, reduz a carga do estágio subsequente de desnitrificação e, assim, melhora a eficiência da desnitrificação de todo o sistema.

Fatores de influência e estratégias de otimização:

Concentração de FAZER: O DO precisa ser estritamente controlado em 0,5-1,5 mg/L para inibir as bactérias nitrificantes e beneficiar as bactérias oxidantes da amônia.

Valor de temperatura e pH: A temperatura adequada (20-30°C) e o ambiente de pH neutro a fracamente alcalino são propícios à operação estável do

nitrificação de curto prazo.

SRT (idade do lodo): O encurtamento adequado do SRT conduz ao cultivo seletivo de bactérias nitrificantes de curto prazo.

Carga influente: Mantenha uma carga estável de nitrogênio amoniacal para evitar danos ao sistema de nitrificação de curto alcance causados ​​por choque.

02 Desnitrificação de curto alcance

A desnitrificação de curto alcance refere-se à redução direta de nitrato ou nitrito em nitrogênio gasoso (N₂), pulando a etapa de redução de NO₃⁻ a NO₂⁻ no processo de desnitrificação convencional. Este processo geralmente requer bactérias desnitrificantes especiais que podem usar diretamente o nitrito como um aceptor de elétrons para a reação de desnitrificação em ambiente anóxico. A desnitrificação de curto alcance pode não apenas evitar o produto intermediário - óxido nítrico (NO) produzido no processo tradicional de desnitrificação, reduzindo a pressão ambiental, mas também melhorar a taxa total de remoção de nitrogênio e economizar a entrada de fonte de carbono orgânico.

Fatores de influência e estratégias de otimização:

Ambiente anóxico: Condições anóxicas estritas são a base da desnitrificação de curto alcance, e o OD deve ser controlado abaixo de 0,5 mg/L.

Valor de pH: O pH entre 6,0-8,0 é propício ao crescimento e à atividade de bactérias desnitrificantes de curto alcance.

Temperatura: A temperatura adequada (20-30°C) ajuda a aumentar a taxa de desnitrificação.

Tipo e fornecimento de fonte de carbono: selecionar fontes de carbono eficientes e facilmente degradáveis ​​e aumentar adequadamente o fornecimento de carbono para promover a desnitrificação de curto alcance.

Estado de fluxo e mistura no reator: garanta uma mistura uniforme no reator para evitar concentração excessiva de oxigênio em áreas locais.

03Como regular as comunidades microbianas para alcançar a nitrificação e desnitrificação a curto prazo?

Controle de oxigênio dissolvido: A realização da nitrificação de curto prazo depende da inibição da atividade das bactérias nitrificantes (NOB). Normalmente, a concentração de oxigênio dissolvido no reator é estritamente controlada para manter um nível baixo que possa garantir o funcionamento normal das bactérias oxidantes de amônia (AOB) e inibir o crescimento de NOB.

Regulação de temperatura e pH: Diferentes populações microbianas têm diferentes adaptabilidades às condições ambientais. Ao ajustar a temperatura e o valor do pH do reator, a atividade da comunidade bacteriana alvo pode ser promovida seletivamente. Por exemplo, alguns AOB específicos podem ter maior atividade em temperaturas mais baixas ou dentro de uma faixa específica de pH.

Otimização SRT (idade do lodo) e HRT (tempo de retenção hidráulica): A configuração razoável da idade do lodo e do tempo de retenção hidráulica do biorreator pode ajudar a enriquecer seletivamente o AOB, ao mesmo tempo que elimina ou inibe a proliferação de NOB.

Aeração alternada e tratamento anóxico: Use aeração intermitente ou tratamento segmentado para criar condições ambientais que conduzam à nitrificação e desnitrificação a curto prazo. Por exemplo, primeiro converta o nitrogênio amoniacal em nitrito em condições aeróbicas e depois mude rapidamente para condições anóxicas ou anaeróbicas para que o nitrito seja diretamente reduzido a nitrogênio.

Adicionando inibidores: Certos produtos químicos podem ser usados ​​como inibidores do NOB, como metanol, isopropanol, etc., que podem inibir efetivamente a atividade do NOB, conseguindo assim a nitrificação a curto prazo.

Estratégia de adição de fontes de carbono: A adição apropriada de fontes de carbono pode regular o processo de desnitrificação, de modo que o nitrito seja usado como aceptor de elétrons antes do nitrato, alcançando a desnitrificação de curto prazo.

Em resumo, através de uma série de métodos precisos de controle de processo, os processos de nitrificação e desnitrificação de curto prazo podem ser induzidos com sucesso e operados de forma estável em sistemas de tratamento de esgoto, melhorando assim a eficiência da desnitrificação, reduzindo o consumo de energia e reduzindo a geração de subprodutos.