La nitrification à court terme, l'un des processus clés pour l'élimination efficace de l'azote dans le traitement des eaux usées, repose sur le principe de l'enrichissement sélectif des bactéries oxydant l'ammoniac (BOA) tout en inhibant l'activité des bactéries oxydant les nitrites (BON) grâce à des conditions environnementales et des paramètres opérationnels contrôlés. Ce processus permet la conversion dirigée de l'azote ammoniacal en nitrite. Avec des avantages tels qu'une faible consommation d'énergie, des cycles de réaction courts et des exigences minimales en matière d'alcalinité, une culture standardisée est cruciale pour assurer un fonctionnement stable et efficace du processus. Les principaux points techniques sont les suivants :
1. Criblage et acclimatation des boues d'inoculation
La qualité des boues inoculées détermine directement l'efficacité du démarrage de la nitrification à court terme. Les boues activées des bassins d'aération des stations d'épuration municipales ou les boues de nitrification à court terme acclimatées doivent être privilégiées, avec un rapport de sédimentation des boues (SV30) maintenu à 20 %-30 % et une concentration de MES comprise entre 3000 et 5000 mg/L, garantissant l'absence d'odeur significative et de bonnes performances de sédimentation. Le volume d'inoculation doit être contrôlé à 15 %-20 % du volume effectif du réacteur. Après l'inoculation, initier la phase d'acclimatation : fixer la concentration initiale d'azote ammoniacal entrant à 50-80 mg/L, maintenir un taux de charge volumétrique de 0,1-0,2 kg NH4+-N/(m³·j). Une fois que le taux d'élimination de l'azote ammoniacal se stabilise au-dessus de 70 %, augmenter progressivement la concentration d'azote ammoniacal entrant de 20 %-30 % par semaine jusqu'à atteindre la charge de conception, améliorant ainsi l'adaptabilité environnementale et l'activité métabolique des BOA grâce à une adaptation progressive.
2. Contrôle des paramètres
(1) Contrôle de la température
La température de croissance optimale pour les BOA est de 25-35°C, où son taux d'oxydation de l'ammoniac est significativement supérieur à celui des BON. Pendant la culture, la fluctuation de la température du réacteur doit être contrôlée à ±1°C, ce qui peut être maintenu à l'aide d'équipements tels qu'un bain-marie à température constante ou une chemise chauffante. Lorsque la température descend en dessous de 15°C, la charge entrante doit être réduite de manière appropriée pour éviter l'échec du processus en raison de l'inhibition de l'activité des BOA.
(2) Régulation de l'oxygène dissous (OD)
L'un des points de contrôle essentiels pour la nitrification à court terme est le maintien d'un environnement à faible teneur en oxygène, la concentration d'oxygène dissous (OD) étant strictement contrôlée à 0,5-1,0 mg/L. Une régulation précise de l'OD est obtenue en ajustant l'intensité de l'aération (en utilisant des modes d'aération continue ou intermittente à faible intensité). L'environnement à faible teneur en oxygène inhibe de manière significative la prolifération des bactéries nitrifiantes aérobies (BON) tout en répondant aux exigences métaboliques micro-aérobies des bactéries oxydant l'ammoniac (BOA). Si un réacteur à biofilm est utilisé, le microenvironnement anoxique au sein du biofilm peut encore améliorer l'enrichissement sélectif des BOA.
(4) Proportionnement des nutriments
L'influent doit répondre aux besoins nutritionnels pour la croissance des BOA, avec un rapport azote/phosphore (N:P) contrôlé à 10:1. De plus, des oligo-éléments tels que le magnésium, le fer et le manganèse doivent être ajoutés (avec des concentrations de préférence comprises entre 0,1 et 1,0 mg/L) pour fournir un soutien essentiel aux cofacteurs du métabolisme des BOA. Les concentrations élevées de substances toxiques ou nocives (par exemple, métaux lourds, antibiotiques, etc.) dans l'influent doivent être évitées pour empêcher l'inhibition irréversible de l'activité microbienne.
III. Surveillance et régulation du processus de culture
Pendant la période de culture, un mécanisme de surveillance de routine doit être mis en place pour mesurer quotidiennement les concentrations d'azote ammoniacal, d'azote nitrité et d'azote nitrique dans l'influent et l'effluent, tout en surveillant simultanément le pH, l'oxygène dissous (OD), la température, l'alcalinité et d'autres paramètres.
Dans la phase initiale (1 à 2 semaines), l'accent doit être mis sur le taux d'élimination de l'azote ammoniacal et les performances de sédimentation des boues. Si le taux d'élimination de l'azote ammoniacal est inférieur à 50 %, la charge actuelle doit être maintenue jusqu'à ce que la communauté microbienne s'adapte.
Pendant la phase de transition (2 à 4 semaines), la principale préoccupation est la surveillance du taux d'accumulation de nitrites (NO2--N/(NO2--N+NO3--N)). Lorsque le taux d'accumulation se stabilise à 80 % ou plus, la charge peut être progressivement augmentée.
Dans la phase stable (4 à 6 semaines), il est essentiel de s'assurer que le taux d'accumulation de nitrites est ≥90 % et que le taux d'élimination de l'azote ammoniacal est ≥85 %, ce qui indique que le système de nitrification à court terme a atteint un état mature.
Si une prolifération excessive de BON (augmentation continue de la concentration d'azote nitrique) se produit pendant le processus de culture, des mesures telles que l'augmentation de la température (à 30-35°C), la réduction du temps d'aération ou la mise en œuvre d'une privation à court terme (arrêt de l'influent pendant 1 à 2 jours) peuvent être prises pour inhiber l'activité des BON. Si l'activité des BOA diminue, il est nécessaire d'enquêter pour savoir si des paramètres tels que le pH, l'OD et la température s'écartent de la plage optimale, de les ajuster rapidement et d'ajouter des nutriments.
IV. Mesures pour assurer un fonctionnement stable du processus
Une fois que le système de nitrification à court terme est arrivé à maturité, il est essentiel de maintenir des paramètres opérationnels stables et d'éviter les fluctuations drastiques de la charge entrante, de la température, du pH et d'autres facteurs. Une décharge régulière des boues doit être mise en œuvre pour maintenir la concentration de MES dans la plage de 3000 à 6000 mg/L, empêchant ainsi le vieillissement des boues. En cas de changements importants de la qualité de l'influent, une approche d'ajustement de la charge par étapes doit être adoptée pour permettre aux communautés microbiennes de s'adapter. Grâce à des procédures de culture standardisées et à un contrôle opérationnel précis, un fonctionnement stable et efficace du processus de nitrification à court terme peut être obtenu, jetant ainsi les bases de l'intégration ultérieure du processus de dénitrification ou d'anammox.
