A nitrificação de atalho, como um dos processos centrais para a remoção eficiente de nitrogênio no tratamento de águas residuais, opera com base no princípio de enriquecer seletivamente as bactérias oxidantes de amônia (AOB), enquanto inibe a atividade das bactérias oxidantes de nitrito (NOB) por meio de condições ambientais controladas e parâmetros operacionais. Este processo consegue a conversão direcionada de nitrogênio amoniacal em nitrito. Com vantagens como baixo consumo de energia, ciclos de reação curtos e requisitos mínimos de alcalinidade, o cultivo padronizado é crucial para garantir uma operação de processo estável e eficiente. Os principais pontos técnicos são os seguintes:
1. Triagem e Aclimação do Lodo de Inoculação
A qualidade do lodo inoculado determina diretamente a eficiência de inicialização da nitrificação de atalho. O lodo ativado de tanques de aeração de estações de tratamento de águas residuais municipais ou lodo nitrificante de atalho aclimatado deve ser priorizado, com a razão de sedimentação do lodo (SV30) mantida em 20%-30% e a concentração de MLSS entre 3000-5000 mg/L, garantindo ausência de odor significativo e bom desempenho de sedimentação. O volume de inoculação deve ser controlado em 15%-20% do volume efetivo do reator. Após a inoculação, inicie a fase de aclimatação: defina a concentração inicial de nitrogênio amoniacal no afluente em 50-80 mg/L, mantenha uma taxa de carregamento volumétrico de 0,1-0,2 kg NH4+-N/(m³·d). Uma vez que a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal se estabilize acima de 70%, aumente gradualmente a concentração de nitrogênio amoniacal no afluente em 20%-30% semanalmente até atingir a carga de projeto, aumentando assim a adaptabilidade ambiental e a atividade metabólica das AOB por meio da adaptação gradiente.
2. Controle de Parâmetros
(1) Controle de Temperatura
A temperatura ideal de crescimento para AOB é 25-35°C, onde sua taxa de oxidação de amônia é significativamente maior do que a de NOB. Durante o cultivo, a flutuação da temperatura do reator deve ser controlada dentro de ±1°C, o que pode ser mantido usando equipamentos como um banho-maria de temperatura constante ou jaqueta de aquecimento. Quando a temperatura cai abaixo de 15°C, a carga do afluente deve ser apropriadamente reduzida para evitar falhas no processo devido à atividade inibida das AOB.
(2) Regulação de Oxigênio Dissolvido (OD)
Um dos pontos de controle centrais para a nitrificação de atalho é manter um ambiente de baixo oxigênio, com a concentração de oxigênio dissolvido (OD) estritamente controlada em 0,5-1,0 mg/L. A regulação precisa de OD é alcançada ajustando a intensidade de aeração (usando modos de aeração contínua ou intermitente de baixa intensidade). O ambiente de baixo oxigênio inibe significativamente a proliferação de bactérias nitrificantes aeróbicas (NOB), ao mesmo tempo em que atende aos requisitos metabólicos microaeróbicos das bactérias oxidantes de amônia (AOB). Se um reator de biofilme for empregado, o microambiente anóxico dentro do biofilme pode aumentar ainda mais o enriquecimento seletivo de AOB.
(4) Proporção de Nutrientes
O afluente deve atender aos requisitos nutricionais para o crescimento de AOB, com uma razão nitrogênio-fósforo (N:P) controlada em 10:1. Além disso, oligoelementos como magnésio, ferro e manganês devem ser suplementados (com concentrações preferencialmente variando de 0,1 a 1,0 mg/L) para fornecer suporte de cofator essencial para o metabolismo de AOB. Altas concentrações de substâncias tóxicas ou nocivas (por exemplo, metais pesados, antibióticos, etc.) no afluente devem ser evitadas para evitar a inibição irreversível da atividade microbiana.
III. Monitoramento e Regulação do Processo de Cultivo
Durante o período de cultivo, um mecanismo de monitoramento de rotina deve ser estabelecido para medir as concentrações de nitrogênio amoniacal, nitrogênio nitrito e nitrogênio nitrato no afluente e efluente diariamente, monitorando simultaneamente pH, oxigênio dissolvido (OD), temperatura, alcalinidade e outros parâmetros.
Na fase inicial (1-2 semanas), o foco deve ser na taxa de remoção de nitrogênio amoniacal e no desempenho de sedimentação do lodo. Se a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal estiver abaixo de 50%, a carga atual deve ser mantida até que a comunidade microbiana se adapte.
Durante a fase de transição (2-4 semanas), a principal preocupação é monitorar a taxa de acumulação de nitrito (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Quando a taxa de acumulação se estabiliza em 80% ou mais, a carga pode ser gradualmente aumentada.
Na fase estável (4-6 semanas), é essencial garantir que a taxa de acumulação de nitrito seja ≥90% e a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal seja ≥85%, indicando que o sistema de nitrificação de atalho atingiu um estado maduro.
Se ocorrer proliferação excessiva de NOB (aumento contínuo da concentração de nitrogênio nitrato) durante o processo de cultivo, medidas como aumentar a temperatura (para 30-35°C), encurtar o tempo de aeração ou implementar a privação de curto prazo (parar o afluente por 1-2 dias) podem ser tomadas para inibir a atividade de NOB. Se a atividade de AOB diminuir, é necessário investigar se parâmetros como pH, OD e temperatura se desviam da faixa ideal, ajustá-los prontamente e suplementar nutrientes.
IV. Medidas para Garantir a Operação Estável do Processo
Uma vez que o sistema de nitrificação de atalho amadurece, é essencial manter parâmetros operacionais estáveis e evitar flutuações drásticas na carga do afluente, temperatura, pH e outros fatores. A descarga regular de lodo deve ser implementada para manter a concentração de MLSS na faixa de 3000-6000 mg/L, evitando o envelhecimento do lodo. Quando houver mudanças significativas na qualidade do afluente, uma abordagem de ajuste de carga gradual deve ser adotada para permitir que as comunidades microbianas tenham tempo para se adaptar. Por meio de procedimentos de cultivo padronizados e controle operacional preciso, a operação estável e eficiente do processo de nitrificação de atalho pode ser alcançada, lançando as bases para a integração subsequente do processo de desnitrificação ou anammox.
