Was versteht man unter Kurzzeitnitrifikation und Kurzzeitdenitrifikation?

Im Bereich der biologischen Denitrifikation sind die Nahbereichsnitrifikation und die Nahbereichsdenitrifikation zwei wichtige Prozesse. Sie durchbrechen die herkömmlichen umfassenden Nitrifikations- und Denitrifikationswege und erreichen eine effiziente Stickstoffentfernung durch Regulierung der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur.

01 Kurzfristige Nitrifikation

Kurzzeitnitrifikation bezieht sich auf den Prozess, bei dem während des biologischen Denitrifikationsprozesses der Ammoniakstickstoffoxidationsprozess nur bis zur Nitritstufe durch spezifische Prozesskontrollmittel durchgeführt wird, d. h. Ammoniakstickstoff (NH₄⁺) wird zunächst zu Nitrit oxidiert ( NO₂⁻) und Nitrit wird nicht mehr weiter zu Nitrat (NO₃⁻) oxidiert. Dieser Prozess hängt hauptsächlich von der Steigerung der Aktivität ammoniakoxidierender Bakterien (AOB) und der wirksamen Hemmung der Aktivität nitrifizierender Bakterien (NOB) ab. Der Vorteil der Kurzzeitnitrifikation besteht darin, dass sie den Sauerstoffverbrauch und den Bedarf an Kohlenstoffquellen reduziert, die Belastung der nachfolgenden Denitrifikationsstufe verringert und somit die Denitrifikationseffizienz des gesamten Systems verbessert.

Einflussfaktoren und Optimierungsstrategien:

DO-Konzentration: Der Sauerstoffgehalt muss streng auf 0,5–1,5 mg/L kontrolliert werden, um nitrifizierende Bakterien zu hemmen und Ammoniak oxidierenden Bakterien zu helfen.

Temperatur und pH-Wert: Eine geeignete Temperatur (20–30 °C) und eine Umgebung mit neutralem bis leicht alkalischem pH-Wert begünstigen den stabilen Betrieb von

kurzfristige Nitrifikation.

SRT (Schlammalter): Eine entsprechende Verkürzung der SRT begünstigt die selektive Kultivierung kurzfristiger nitrifizierender Bakterien.

Zuflussbelastung: Sorgen Sie für eine stabile Ammoniak-Stickstoffbelastung, um Schäden am Nahnitrifikationssystem durch Stöße zu vermeiden.

02 Denitrifikation im Nahbereich

Unter Denitrifikation im Nahbereich versteht man die direkte Reduktion von Nitrat oder Nitrit zu Stickstoffgas (N₂), wobei der Schritt der Reduktion von NO₃⁻ zu NO₂⁻ im herkömmlichen Denitrifikationsprozess übersprungen wird. Dieser Prozess erfordert in der Regel spezielle denitrifizierende Bakterien, die Nitrit direkt als Elektronenakzeptor für die Denitrifikationsreaktion in einer anoxischen Umgebung nutzen können. Durch die Kurzstreckendenitrifikation kann nicht nur das Zwischenprodukt Stickoxid (NO), das beim traditionellen Denitrifikationsprozess entsteht, vermieden werden, wodurch die Umweltbelastung verringert wird, sondern auch die Gesamtstickstoffentfernungsrate verbessert und der Einsatz organischer Kohlenstoffquellen eingespart werden.

Einflussfaktoren und Optimierungsstrategien:

Anoxische Umgebung: Strenge anoxische Bedingungen sind die Grundlage für die Denitrifikation im Nahbereich, und der Sauerstoffgehalt sollte unter 0,5 mg/L kontrolliert werden.

pH-Wert: Ein pH-Wert zwischen 6,0 und 8,0 begünstigt das Wachstum und die Aktivität von denitrifizierenden Bakterien mit kurzer Reichweite.

Temperatur: Eine geeignete Temperatur (20-30℃) hilft, die Denitrifikationsrate zu erhöhen.

Art und Versorgung der Kohlenstoffquelle: Wählen Sie leicht abbaubare und effiziente Kohlenstoffquellen aus und erhöhen Sie die Kohlenstoffversorgung entsprechend, um die Denitrifikation im Nahbereich zu fördern.

Strömungszustand und Durchmischung im Reaktor: Sorgen Sie für eine gleichmäßige Durchmischung im Reaktor, um eine übermäßige Sauerstoffkonzentration in lokalen Bereichen zu vermeiden.

03Wie können mikrobielle Gemeinschaften reguliert werden, um eine kurzfristige Nitrifikation und Denitrifikation zu erreichen?

Kontrolle des gelösten Sauerstoffs: Die Realisierung einer kurzfristigen Nitrifikation hängt von der Hemmung der Aktivität nitrifizierender Bakterien (NOB) ab. Normalerweise wird die Konzentration des gelösten Sauerstoffs im Reaktor streng kontrolliert, um ein niedriges Niveau aufrechtzuerhalten, das den normalen Betrieb von Ammoniak oxidierenden Bakterien (AOB) gewährleisten und das Wachstum von NOB hemmen kann.

Temperatur- und pH-Regulierung: Unterschiedliche Mikrobenpopulationen weisen eine unterschiedliche Anpassungsfähigkeit an Umweltbedingungen auf. Durch die Anpassung der Temperatur und des pH-Wertes des Reaktors kann die Aktivität der Zielbakteriengemeinschaft gezielt gefördert werden. Beispielsweise können bestimmte AOB bei niedrigeren Temperaturen oder innerhalb eines bestimmten pH-Bereichs eine höhere Aktivität aufweisen.

Optimierung von SRT (Schlammalter) und HRT (hydraulische Verweilzeit): Eine angemessene Einstellung des Schlammalters und der hydraulischen Verweilzeit des Bioreaktors kann dazu beitragen, AOB selektiv anzureichern und gleichzeitig die Vermehrung von NOB zu eliminieren oder zu hemmen.

Abwechselnde Belüftung und anoxische Behandlung: Verwenden Sie eine intermittierende Belüftung oder eine segmentierte Behandlung, um Umgebungsbedingungen zu schaffen, die eine kurzfristige Nitrifikation und kurzfristige Denitrifikation begünstigen. Wandeln Sie beispielsweise Ammoniakstickstoff zunächst unter aeroben Bedingungen in Nitrit um und wechseln Sie dann schnell zu anoxischen oder anaeroben Bedingungen, sodass Nitrit direkt zu Stickstoff reduziert wird.

Zugabe von Inhibitoren: Als Inhibitoren von NOB können bestimmte Chemikalien wie Methanol, Isopropanol usw. verwendet werden, die die Aktivität von NOB wirksam hemmen und dadurch eine kurzfristige Nitrifikation erreichen können.

Strategie zur Hinzufügung von Kohlenstoffquellen: Durch geeignete Zugabe einer Kohlenstoffquelle kann der Denitrifikationsprozess reguliert werden, sodass Nitrit vor Nitrat als Elektronenakzeptor verwendet wird und so eine kurzfristige Denitrifikation erreicht wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch eine Reihe präziser Prozesskontrollmethoden kurzfristige Nitrifikations- und kurzfristige Denitrifikationsprozesse in Abwasseraufbereitungssystemen erfolgreich induziert und stabil betrieben werden können, wodurch die Denitrifikationseffizienz verbessert, der Energieverbrauch gesenkt und die Nebenprodukterzeugung verringert wird.