Nitrifikasi pintas, sebagai salah satu proses inti untuk penghilangan nitrogen yang efisien dalam pengolahan air limbah, beroperasi berdasarkan prinsip memperkaya bakteri pengoksidasi amonia (AOB) secara selektif sambil menghambat aktivitas bakteri pengoksidasi nitrit (NOB) melalui kondisi lingkungan dan parameter operasional yang terkontrol. Proses ini mencapai konversi langsung nitrogen amonia menjadi nitrit. Dengan keunggulan seperti konsumsi energi yang rendah, siklus reaksi yang pendek, dan persyaratan alkalinitas yang minimal, kultur yang terstandarisasi sangat penting untuk memastikan operasi proses yang stabil dan efisien. Poin-poin teknis utama adalah sebagai berikut:
1. Penyaringan dan Aklimasi Lumpur Inokulasi
Kualitas lumpur yang diinokulasi secara langsung menentukan efisiensi startup nitrifikasi pintas. Lumpur aktif tangki aerasi pabrik pengolahan air limbah kota atau lumpur nitrifikasi pintas yang diaklimasi harus diprioritaskan, dengan rasio pengendapan lumpur (SV30) dipertahankan pada 20%-30% dan konsentrasi MLSS antara 3000-5000 mg/L, memastikan tidak ada bau yang signifikan dan kinerja pengendapan yang baik. Volume inokulasi harus dikontrol pada 15%-20% dari volume efektif reaktor. Setelah inokulasi, mulai fase aklimasi: atur konsentrasi nitrogen amonia influent awal pada 50-80 mg/L, pertahankan laju pemuatan volumetrik 0,1-0,2 kg NH4+-N/(m³·d). Setelah laju penghilangan nitrogen amonia stabil di atas 70%, secara bertahap tingkatkan konsentrasi nitrogen amonia influent sebesar 20%-30% setiap minggu hingga mencapai beban desain, sehingga meningkatkan kemampuan adaptasi lingkungan dan aktivitas metabolisme AOB melalui adaptasi gradien.
2. Kontrol Parameter
(1) Kontrol Suhu
Suhu pertumbuhan optimal untuk AOB adalah 25-35°C, di mana laju oksidasi amonianya secara signifikan lebih tinggi daripada NOB. Selama kultur, fluktuasi suhu reaktor harus dikontrol dalam ±1°C, yang dapat dipertahankan menggunakan peralatan seperti penangas air suhu konstan atau jaket pemanas. Ketika suhu turun di bawah 15°C, beban influent harus dikurangi secara tepat untuk mencegah kegagalan proses karena aktivitas AOB yang terhambat.
(2) Regulasi Oksigen Terlarut (DO)
Salah satu poin kontrol inti untuk nitrifikasi pintas adalah mempertahankan lingkungan oksigen rendah, dengan konsentrasi oksigen terlarut (DO) dikontrol ketat pada 0,5-1,0 mg/L. Regulasi DO yang tepat dicapai dengan menyesuaikan intensitas aerasi (menggunakan mode aerasi kontinu atau intermiten intensitas rendah). Lingkungan oksigen rendah secara signifikan menghambat proliferasi bakteri nitrifikasi aerobik (NOB) sambil memenuhi persyaratan metabolisme mikro-aerobik bakteri pengoksidasi amonia (AOB). Jika reaktor biofilm digunakan, lingkungan mikro anoksik di dalam biofilm dapat lebih meningkatkan pengayaan selektif AOB.
(4) Proporsi Nutrisi
Influent harus memenuhi persyaratan nutrisi untuk pertumbuhan AOB, dengan rasio nitrogen-ke-fosfor (N:P) dikontrol pada 10:1. Selain itu, elemen jejak seperti magnesium, besi, dan mangan harus dilengkapi (dengan konsentrasi sebaiknya berkisar antara 0,1 hingga 1,0 mg/L) untuk menyediakan dukungan kofaktor penting untuk metabolisme AOB. Konsentrasi tinggi zat beracun atau berbahaya (misalnya, logam berat, antibiotik, dll.) dalam influent harus dihindari untuk mencegah penghambatan ireversibel aktivitas mikroba.
III. Pemantauan dan Regulasi Proses Kultur
Selama periode kultur, mekanisme pemantauan rutin harus ditetapkan untuk mengukur konsentrasi nitrogen amonia, nitrogen nitrit, dan nitrogen nitrat dalam influent dan efluen setiap hari, sambil memantau pH, oksigen terlarut (DO), suhu, alkalinitas, dan parameter lainnya secara bersamaan.
Pada fase awal (1-2 minggu), fokus harus pada laju penghilangan nitrogen amonia dan kinerja pengendapan lumpur. Jika laju penghilangan nitrogen amonia di bawah 50%, beban saat ini harus dipertahankan sampai komunitas mikroba beradaptasi.
Selama fase transisi (2-4 minggu), perhatian utama adalah memantau laju akumulasi nitrit (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Ketika laju akumulasi stabil pada 80% atau lebih tinggi, beban dapat secara bertahap ditingkatkan.
Pada fase stabil (4-6 minggu), sangat penting untuk memastikan bahwa laju akumulasi nitrit adalah ≥90% dan laju penghilangan nitrogen amonia adalah ≥85%, yang menunjukkan bahwa sistem nitrifikasi pintas telah mencapai keadaan matang.
Jika proliferasi NOB yang berlebihan (peningkatan konsentrasi nitrogen nitrat secara terus-menerus) terjadi selama proses kultur, tindakan seperti menaikkan suhu (menjadi 30-35°C), memperpendek waktu aerasi, atau menerapkan kelaparan jangka pendek (menghentikan influent selama 1-2 hari) dapat diambil untuk menghambat aktivitas NOB. Jika aktivitas AOB menurun, perlu untuk menyelidiki apakah parameter seperti pH, DO, dan suhu menyimpang dari rentang optimal, segera menyesuaikannya, dan melengkapi nutrisi.
IV. Tindakan untuk Memastikan Operasi Proses yang Stabil
Setelah sistem nitrifikasi pintas matang, sangat penting untuk mempertahankan parameter operasional yang stabil dan menghindari fluktuasi drastis dalam beban influent, suhu, pH, dan faktor lainnya. Pembuangan lumpur secara teratur harus diterapkan untuk menjaga konsentrasi MLSS dalam rentang 3000-6000 mg/L, mencegah penuaan lumpur. Ketika ada perubahan signifikan dalam kualitas influent, pendekatan penyesuaian beban bertahap harus diadopsi untuk memberi waktu bagi komunitas mikroba untuk beradaptasi. Melalui prosedur kultur yang terstandarisasi dan kontrol operasional yang tepat, operasi yang stabil dan efisien dari proses nitrifikasi pintas dapat dicapai, meletakkan dasar untuk integrasi proses denitrifikasi atau anammox selanjutnya.
