Nitritation/anammox-processen för rejektvattenbehandling

• Deammonifikation, baserad på partiell nitritation i kombination med anammox, är som kväveavskiljningsmetod miljövänligare än konventionell nitrifikation/denitrifikation. Detta på grund av minskat energibehov, mindre behov av kemikalier samt lägre utsläpp av CO2 och N2O. Behandlingen av rejektvatten från avvattningsprocessen av rötslam med denna teknik minskar kvävebelastningen på reningsverket som därmed ökar möjligheten att klara framtida strängare reningskrav.Syftet med försöken var att studera strategier för styrning och övervakning av deammonifikationen i biofilmsprocessen i en MBBR (eng. för Moving Bed Biofilm Reactor) och utvärdera inverkan av olika luftningstrategier på processens prestanda och effektivitet. Försök utfördes, både på laboratorienivå och vid en pilotanläggning på Hammarby Sjöstadsverk.En viktig parameter som påverkar hastigheten för kväveavskiljning och aktiviteten hos olika mikroorganismer är koncentrationen av löst syre som bör vara tillräckligt hög för att ammoniumoxiderande bakterier (AOB) skall producera tillräckligt med nitrit för anammoxreaktionen, men inte för hög då det hämmar anammoxprocessen och ger ökad aktivitet hos nitritoxiderande bakterier (NOB).Försöken utfördes med kontinuerlig och intermittent luftning med olika syrehalter och tider för luftade och icke-luftade faser. Aktiviteten hos mikroorganismer i biofilmen mättes genom tester av syreupptagningshastighet (OUR), specifik anammoxaktivitetstest (SAA) och nitratupptagningshastighet (NUR). Onlinemätning av pH, ledningsförmåga och redoxpotential användes för att övervaka processen.Den högsta hastigheten och graden av kväveavskiljning erhölls då syrekoncentrationen var 3,5 mg O2/l och kvoten mellan icke-luftad och luftad fas (R) uppgick till 1/3. Aktivitetstester visade att anammoxbakterier och AOB spelade de dominerande rollerna i biofilmen. De genomsnittliga och maximala värdena för specifika anammoxaktiviteten var 3,0 g N/m2 × d respektive 4,3 g N/m2 × d. Syreupptaget vid AOB-aktivitetstesterna hade ett medelvärde på 4,0 g O2/ m2 × d och ett högsta värde på 5,1 g O2/m2 × d.Intermittent luftning minskade energiförbrukningen och förbättrade processeffektiviteten. Införande av anaeroba faser och hög kvävetillförsel ökar anammoxbakteriernas aktivitet och nitritoxidationen begränsas. Nitritproduktionen är begränsande faktor i enstegs deammonifikationsprocess.Mätning av lustgas i pilotanlägningen, visade att lustgasproduktionen som var beroende av kvävebelastning, koncentrationen av löst syre samt förhållandet mellan luftad och icke-luftad fas (R), varierade mellan 0,4 och 2,0 % av den totala kvävebelastningen.Studien visade att redoxpotential (ORP) kan användas som styrningsparameter för driften av enstegs deammonifikationsprocess. Vid försök med användning av ORP för styrning av luftflödet erhölls den högsta kväveavskiljningshastigheten och effektiviteten när börvärde för ORP var 0 mV.

• Deammonification, based on partial nitritation combined with anammox, is a more environmental friendly nitrogen removal technology compared to conventional nitrification/denitrification, due to decreased energy need, less use of chemicals and low emissions of CO2 and N2O. Treatment of supernatant from dewatering of digested sludge with this technology can decrease nitrogen load to wastewater treatment plants and gives better possibilities to meet future stringent effluent requirements.The objective of this study was to investigate strategies for controlling and monitoring the deammonification process in a moving bed biofilm reactor (MBBR) and evaluate the influence of different aeration strategies on the process performance and efficiency. Experiments were carried out, both in laboratory scale and in a pilot plant at Hammarby Sjöstadsverk.A significant parameter influencing the nitrogen removal rate and activity of different microorganisms is dissolved oxygen (DO) concentration which has to be high enough to allow ammonia oxidizing bacteria (AOB) to produce a sufficient amount of NO2-N for anammox reaction, but not too high to cause inhibition of anammox bacteria and increased activity of nitrite oxidizing bacteria (NOB).The investigations were made with continuous and intermittent aeration with different DO concentrations and different ratios between non-aerated and aerated phase duration (R). The activity of different microorganisms in the biofilm was measured by specific anammox activity (SAA), oxygen uptake rate (OUR) and nitrate utilization rate (NUR) tests. On-line measurement of pH, conductivity and redox potential were useful to monitor the process.The highest nitrogen removal rate and efficiency was obtained when DO was 3.5 mg/l and R equaled to 1/3. Activity tests showed that anammox bacteria and AOB played the dominating roles in the biofilm. The average and maximum values of SAA were 3.0 g N/m2 × d and 4.3 g N/m2 × d, respectively. An average value of 4.0 g O2/m2 × d and the maximum value of 5.1 g O2/m2 × d was obtained in the OUR test for AOB activity.Intermittent aeration reduced energy usage and improved process efficiency. Introduction of anaerobic phases and high nitrogen load enhanced the activity of anammox bacteria and NOB activity was limited. Nitrite production was the bottleneck of the one stage deammonification process.Monitoring of N2O emissions in the pilot plant showed that 0.4–2 % of nitrogen load was converted into N2O gas. N2O production was related to the nitrogen load, DO concentrations and ratio between non-aerated phase and aerated phase (R).The results showed that redox potential (ORP) can be used as control parameter for operation of one stage deammonification process. At experiments using ORP for controlling air flow, the highest nitrogen removal rate and efficiency were obtained when the set point for ORP was 0 mV.

Subject headings

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Samhällsbyggnadsteknik -- Vattenteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Civil Engineering -- Water Engineering (hsv//eng)

Keyword

Anammox

deammonification

nitritation

nitrogen removal

supernatant

Anammox

deammonifikation

kväverening

nitritation

rejektvatten

Land and Water Resources Engineering

Mark- och vattenteknik

Publication and Content Type

vet (subject category)

rap (subject category)