ショートカットニトリフィケーションは、排水処理における効率的な窒素除去の主要プロセスの一つであり、制御された環境条件と運転パラメータを通じて、アンモニア酸化細菌（AOB）を選択的に濃縮し、亜硝酸酸化細菌（NOB）の活性を抑制するという原理に基づいています。このプロセスは、アンモニア性窒素を亜硝酸に指向的に変換します。低エネルギー消費、短い反応サイクル、最小限のアルカリ度要件などの利点があり、安定した効率的なプロセス運転を確保するためには、標準化された培養が不可欠です。主な技術的ポイントは以下のとおりです。
1. 接種汚泥のスクリーニングと馴化
接種汚泥の品質は、ショートカットニトリフィケーションの起動効率を直接決定します。都市排水処理場の曝気槽活性汚泥または馴化されたショートカットニトリフィケーション汚泥を優先し、汚泥沈降比（SV30）を20％〜30％に維持し、MLSS濃度を3000〜5000 mg/Lに保ち、顕著な臭いがないことと良好な沈降性能を確保する必要があります。接種量は、反応器の有効容量の15％〜20％に制御する必要があります。接種後、馴化フェーズを開始します。初期の流入アンモニア性窒素濃度を50〜80 mg/Lに設定し、体積負荷率を0.1〜0.2 kg NH4+-N/(m³·d)に維持します。アンモニア性窒素除去率が70％を超えて安定したら、流入アンモニア性窒素濃度を毎週20％〜30％ずつ徐々に増加させ、設計負荷に達するまで行い、勾配適応を通じてAOBの環境適応能力と代謝活性を向上させます。
2. パラメータ制御
(1) 温度制御
AOBの最適な生育温度は25〜35℃であり、そのアンモニア酸化速度はNOBよりも著しく高くなります。培養中、反応器の温度変動は±1℃以内に制御する必要があります。これは、恒温水浴や加熱ジャケットなどの機器を使用して維持できます。温度が15℃を下回る場合は、AOB活性の阻害によるプロセス失敗を防ぐために、流入負荷を適切に減らす必要があります。
(2) 溶存酸素（DO）調整
ショートカットニトリフィケーションの主要な制御ポイントの1つは、低酸素環境を維持することであり、溶存酸素（DO）濃度は0.5〜1.0 mg/Lに厳密に制御されます。正確なDO調整は、曝気強度を調整することによって達成されます（低強度連続または間欠曝気モードを使用）。低酸素環境は、好気性硝化細菌（NOB）の増殖を著しく抑制し、アンモニア酸化細菌（AOB）の微好気性代謝要件を満たします。バイオフィルム反応器を使用する場合、バイオフィルム内の無酸素微小環境は、AOBの選択的濃縮をさらに強化できます。
(4) 栄養比率
流入水は、AOBの生育に必要な栄養要件を満たす必要があり、窒素対リン（N：P）比は10：1に制御する必要があります。さらに、マグネシウム、鉄、マンガンなどの微量元素を補給して（濃度は0.1〜1.0 mg/Lが望ましい）、AOB代謝に不可欠な補因子を供給する必要があります。流入水中の高濃度の有毒または有害物質（重金属、抗生物質など）は、微生物活性の不可逆的な阻害を防ぐために避ける必要があります。
III. 培養プロセスのモニタリングと調整
培養期間中、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素の濃度を毎日流入水と流出水で測定し、pH、溶存酸素（DO）、温度、アルカリ度などの他のパラメータを同時に監視するためのルーチンモニタリングメカニズムを確立する必要があります。
初期段階（1〜2週間）では、アンモニア性窒素除去率と汚泥沈降性能に焦点を当てる必要があります。アンモニア性窒素除去率が50％を下回る場合は、微生物群集が適応するまで現在の負荷を維持する必要があります。
移行段階（2〜4週間）では、亜硝酸蓄積率（NO2--N/(NO2--N+NO3--N)）の監視が主な関心事です。蓄積率が80％以上で安定したら、負荷を徐々に増やすことができます。
安定段階（4〜6週間）では、亜硝酸蓄積率が90％以上、アンモニア性窒素除去率が85％以上であることを確認することが不可欠であり、ショートカットニトリフィケーションシステムが成熟状態に達したことを示しています。
培養プロセス中にNOBの過剰な増殖（硝酸性窒素濃度の継続的な増加）が発生した場合は、温度を上げる（30〜35℃）、曝気時間を短縮する、または短期的な飢餓（1〜2日間流入を停止する）などの対策を講じて、NOBの活性を抑制することができます。AOBの活性が低下した場合は、pH、DO、温度などのパラメータが最適な範囲から逸脱していないか調査し、速やかに調整し、栄養素を補給する必要があります。
IV. 安定したプロセス運転を確保するための対策
ショートカットニトリフィケーションシステムが成熟したら、安定した運転パラメータを維持し、流入負荷、温度、pHなどの急激な変動を避けることが不可欠です。MLSS濃度を3000〜6000 mg/Lの範囲に保ち、汚泥の老化を防ぐために、定期的な汚泥排出を実施する必要があります。流入水の品質に大きな変化がある場合は、微生物群集が適応する時間を確保するために、段階的な負荷調整アプローチを採用する必要があります。標準化された培養手順と正確な運転制御を通じて、ショートカットニトリフィケーションプロセスの安定した効率的な運転を達成し、その後の脱窒またはanammoxプロセスの統合の基盤を築くことができます。
