W ostatnich latach obserwuje się wzrastająca ilość ścieków które wymagają podwyższonego oczyszczania tak aby móc spełnić wymagania prawne dotyczące stężeń zanieczyszczeń wprowadzanych do odbiorników. Oczyszczalnie ścieków dążą do wypracowania nowych rozwiązań, również z uwagi na konieczność obniżenia przyszłych kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Firmy zajmujące się gospodarką wodnościekową poszukują wysoko skutecznych metod usuwania azotu, fosforu i związków organicznych, które nie tylko poprawią jakość ścieków oczyszczonych, ale również obniżą zużycie energii elektrycznej. Procesem wymagającym największych nakładów energii jest nitryfikacja z uwagi na jej tlenowy charakter i związane z tym napowietrzanie. Powstałe w tym procesie utlenione formy azotu są dalej redukowane w warunkach anoksycznych do azotu gazowego w procesie denitryfikacji, w efekcie prowadzą do jego usunięcia ze ścieków. Optymalizacja tych procesów pozwoli na osiągnięcie wyżej opisanych celów stawianych przed dzisiejszym oczyszczaniem ścieków.
Jedną z proponowanych technologii mających na celu obniżenie kosztów oczyszczania jest wywołanie skróconej nitryfikacji w ciągu głównym oczyszczalni. Proces ten przewiduje ograniczenie przebiegu nitryfikacji jedynie do pierwszej fazy, nazywanej nitrytacją, przy równoczesnej inhibicji drugiej fazy, czyli nitratacji. Inhibicja ta obejmująca bakterie nityryfikacyjne drugiej fazy (ang. nitrite oxidiazing bacteria – NOB) bez równoczesnej inhibicji bakterii prowadzących pierwszą fazę nitryfikacji (ang. ammonium oxidiazing bacteria – AOB) możliwa jest z uwagi na znacznie wyższą wrażliwość pierwszej grupy na szereg czynników środowiskowych.
Jednym z rozwiązań prowadzących do wywołania skróconej nitryfikacji jest ustalenie właściwego wieku osadu. Bakterie nitryfikacyjne należą do rodziny autotrofów, a więc wymagają węgla nieorganicznego do procesów metabolicznych oraz przyrostu. Energia potrzebna do związania jednego atomu węgla pozyskiwana jest z 35 moli NH3 (pierwsza faza nitryfikacji) lub 100 jonów azotynowych (druga faza). Z uwagi na mechanizm pozyskiwania związków organicznych przez bakterie autotroficzne, ich przyrost można określić jako relatywnie niski, jednakże AOB wykazują nieznacznie wyższe jego wartości w stosunku do NOB. Z tego też względu dobór wieku osadu na odpowiednio niskim poziomie może pozwolić na stopniową eliminację NOB z układu. Rozwiązanie to jest stosowane w układach oczyszczających odcieki z odwadniania osadu przefermentowanego, jednakże jest trudne do wdrożenia w ciągu głównym oczyszczalni.
Kolejne inhibitory NOB mogą stanowić wolny amoniak czy wolny kwas azotowy (III). Bazując na danych literaturowych, wartości stężenia wolnego amoniaku pozwalających na realizowanie kompletnej nitryfikacji wynoszą <0,1 mg NH3/dm3. Jednakże rzeczywiste problemy z nitryfikacją obserwowane są dopiero po przekroczeniu 10 mg NH3/dm3. Dla porównania kwas azotowy (III) powoduje inhibicję drugiej fazy nitryfikacji już przy stężeniu 0,02 mg HNO2/dm3, jednocześnie wpływając na pierwszą fazę tego procesu przy stężeniach rzędu 0,1-0,2 mg HNO2/m3. W związku z powyższymi, utrzymując właściwe warunki w obrębie reaktora, możliwe jest sterowanie stężeniem powyższych związków, a tym samym wywołanie inhibicji w obrębie jedynie drugiej fazy nitryfikacji. Zaznaczyć jednocześnie należy, iż w tym wypadku również z uwagi na zauważalnie niższe stężenia azotu w ściekach komunalnych, rozwiązanie to jest trudne do wdrożenia w reaktorach ciągu głównego.
Promowanie przyrostu bakterii AOB, prowadzącego do dysproporcji pomiędzy bakteriami obu faz nitryfikacji, może być realizowane również w oparciu o sterowanie stężeniem tlenu rozpuszczonego. Rozwiązanie to bazuje na różnicy w stałych powinowactwa do tlenu dla obu grup tych bakterii. Biorąc pod uwagę, iż przebieg nitratacji jest zależny od obecności i aktywności AOB, oraz wspomniane różnice w powinowactwie do tlenu, regulacja stężeniem tlenu może być wystarczająca do stopniowej eliminacji NOB z układu. Jednocześnie informacje z literatury sugerują, iż niezależnie od rzeczywistych wartości stałych powinowactwa do tlenu, NOB wykazują mniejszą odporność na jego niższe stężenia.
Poprzez wykorzystanie powyższych rozwiązań, odpowiednio zmodyfikowanych pod kątem pracy ciągu głównego oczyszczalni, możliwa do wprowadzenia skrócona nitryfikacja oraz denitryfikacja pozwolą na poprawę bilansu energetycznego oczyszczalni. Przedstawiając te elementy jako wartości mierzalne, proponowane rozwiązanie pozwoli ograniczyć zużycie tlenu nawet o 25% oraz zredukować zapotrzebowanie na związki organiczne w obrębie denitryfikacji o 40%. Wdrożenie procesowe postulowanego rozwiązania bezpośrednio przekłada się na niższe koszty operacyjne komunalnej oczyszczalni ścieków.
Projekt SNIT składa się z 4 etapów, z których 3 realizowane będą na terenie Polski podczas gdy czwarty odbywać się będzie w Norwegii. W ramach etapu pierwszego, badania skupią się na optymalizacji procesu hodowli nitryfikantów pierwszej fazy oraz warunków procesu skróconej nitryfikacji w ciągu bocznym. Etap drugi będą stanowić eksperymenty dążące do usunięcia NOB z osadu czynnego głównego ciągu oczyszczalni, w celu ograniczenia zużycia energii na napowietrzanie oraz zapotrzebowania na związki organiczne. Skuteczność podjętych działań prowadzić jednak będzie do powstania resztkowego azotu azotanowego (III) w ściekach oczyszczonych, w konsekwencji wywołując konieczność podjęcia działań mających na celu ich usunięcie (Etap 3). Rozwiązania mające na celu eliminację tego problemu będą obejmować niezależną hodowlę NOB na mobilnym, zanurzanym złożu biologicznym oraz piaskowy złoże denitryfikujące znajdujące się za osadnikami wtórnymi. Celem ostatniego etapu projektu, realizowanego przez norweskiego partnera, jest wypracowanie nowej metody dezintegracji osadu nadmiernego mającej na celu zwiększenie potencjału metanowego poprzez dodatek osadów rybnych z rybnych farm do procesu fermentacji.
