Nowe trendy w usuwaniu azotu amonowego ze ścieków: nitrytacja – anammox w niskiej temperaturze

• Autorzy: Tomaszewski M. , Cema G. , Ziembińska-Buczyńska A.

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/68334

Warianty tytułu

EN

new trends in ammonia nitrogen removal from wastewater: nitritation – anammox at low temperature

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Proces częściowej nitryfikacji (nitrytacji) – anammox (beztlenowego utleniania azotu amonowego) znajduje coraz szersze zastosowanie w oczyszczaniu ścieków o wysokim ładunku azotu amonowego i wysokiej temperaturze (25–40°C). Podyktowane jest to optymalną temperaturą rozwoju bakterii anammox, która mieści się w zakresie od 30 do 40°C. Ze względu na korzyści płynące z wykorzystania procesu anammox do oczyszczania ścieków komunalnych, których temperatura znacznie odbiega od optymalnej dla procesu, coraz więcej uwagi poświęca się badaniom nad możliwościami efektywnego prowadzenia procesu nitrytacji – anammox w niższej temperaturze (10–20°C). W porównaniu do tradycyjnego systemu nitryfikacji – denitryfikacji, proces nitrytacji – anammox cechuje się niższym zapotrzebowaniem na tlen, niższym przyrostem osadu nadmiernego oraz brakiem zapotrzebowania na źródło węgla organicznego, co przekłada się na znaczne obniżenie kosztów eksploatacyjnych. W prezentowanej pracy dokonano przeglądu najnowszych badań i osiągnięć dotyczących zastosowania procesu nitrytacji – anammox w niskich temperaturach. Wykazały one, że możliwe jest skuteczne usuwanie azotu amonowego ze ścieków komunalnych w temperaturze 15°C w skali pilotażowej, a nawet 12°C w skali laboratoryjnej. Najlepsze rezultaty osiągane są dzięki zastosowaniu reaktorów sekwencyjnych i/lub ze złożem ruchomym, w których biomasa występuje w formie granul i/lub biofilmu, a także kombinacje tych technologii. Badania oparte na biologii molekularnej sugerują natomiast, że największe zdolności adaptacyjne do niskiej temperatury wykazują bakterie anammox z rodzaju Candidatus Brocadia. W dalszym ciągu wyzwaniem pozostaje jednak utrzymanie stabilnego procesu nitrytacji – anammox w temperaturze 10°C oraz sposób i czas adaptacji biomasy.

EN

Partial nitrification (nitritation) – anammox (anaerobic ammonia oxidation) process is increasingly used to treat wastewater, characterized by a high nitrogen content and high temperature (25–40°C). It is connected with the optimal temperature of anammox bacteria, which is at the range between 30 and 40°C. Mainstream application of anammox for the municipal wastewater, characterized by lower temperature seems to be one of the most challenging, but profitable process. Thenceforth, the research performed in the field of the nitritation – anammox at low temperature (10–20°C) become more and more intense. Compared with the conventional nitrification – denitrification system, nitritation – anammox reduces oxygen demand, eliminates the need for organic carbon source and produces less excess sludge. As a result, it allows to a significant cost reduction. This paper reviews the most important and recent information in the field of nitritation – anammox process at low temperature. Effective nitrogen removal from the municipal wastewater was demonstrated at 15°C in a pilot scale and at 12°C in a laboratory scale reactor. The best performance is achieved in sequencing batch reactors and moving bed reactors with biofilm or granular biomass, as well as combinations of these technologies. Molecular biology studies shows that anammox bacteria of the genus Candidatus Brocadia may have the biggest predispositions to adapt to low temperature. However, temperature about 10°C, time and method of biomass adaptation are still the main challenges for stable and common nitritation – anammox process.

Słowa kluczowe

PL

nitrytacja–anammox; usuwanie azotu amonowego; oczyszczanie ścieków

EN

nitritation–anammox; ammonia nitrogen removal; wastewater treatment

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 18, nr 2
• Strony: 175--179
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Tomaszewski M.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Katedra Biotechnologii Środowiskowej, ul. Akademicka 2A, 44-100 Gliwice

autor

Cema G.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Katedra Biotechnologii Środowiskowej, ul. Akademicka 2A, 44-100 Gliwice

autor

Ziembińska-Buczyńska A.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Katedra Biotechnologii Środowiskowej, ul. Akademicka 2A, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• 1. Ali M., Okabe S.: Anammox-based technologies for nitrogen removal: Advances in process start-up and remaining issues. Chemosphere, 141, 144–153, 2015.
• 2. Awata T., Goto Y., Kindaichi T., Ozaki N., Ohashi A.: Nitrogen removal using an anammox membrane bioreactor at low temperature. Water Sci. Technol., 72.12, 2148–2153, 2015.
• 3. De Clippeleir H., Vlaeminck S. E., Wilde F. D., Daeninck K., Mosquera M., Boeckx P., Verstraete W., Boon N.: One-stage partial nitritation/anammox at 15°C on pretreated sewage: feasibility demonstration at lab-scale. Appl. Microbiol. Biotechnol., 97, 10199–10210, 2013.
• 4. Dosta J., Fernandez I., Vazquez-Padın J.R., Mosquera-Corral A., Campos J.L., Mata-Alvarez J., Mendez R.: Short- and long-term effects of temperature on the Anammox process. J. Hazard. Mater., 154, 688–693, 2008.
• 5. Dymaczewski Z., Oleszkiewicz J.A., Sozański M.M., ed.: Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków. ed. Poznań, Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych Oddział w Poznaniu, 16–22, 1997.
• 6. Gilbert E. M., Agrawal S., Schwartz T., Horn H., Lackner S.: Comparing different reactor configurations for partial nitritation/anammox at low temperatures. Water Res., 81, 92–100, 2015.
• 7. Guo Q., Xing B.-S., Li P., Xu J.-L., Yang C.-C., Jin R.-C.: Anaerobic ammonium oxidation (anammox) under realistic seasonal temperature variations: Characteristics of biogranules and process performance. Bioresour. Technol., 192, 765–773, 2015.
• 8. Hendrickx T. L. G., Kampman C., Zeeman G., Temmink H., Hu Z., Kartal B., Buisman C.J.N.: High specific activity for anammox bacteria enriched from activated sludge at 10˚C. Bioresour. Technol., 163, 214–221, 2014.
• 9. Jin R.-C., Yang G.-F., Yu J.-J., Zheng P.: The inhibition of the anammox process: A review. Chem. Eng. J., 197, 67–79, 2012.
• 10. Jetten M.S.M., Wagner M., Fuerst, J., Loosdrecht M.V., Kuenen J.G., Strous M.: Microbiology and application of the anaerobic ammonium oxidation (Anammox) process. Curr. Opin. Biotechnol., 12, 283–288, 2001.
• 11. Kartal B., van Niftrik L., Keltjens J.T., den Camp H.J. Op, Jetten M.S.: Anammox-growth physiology, cell biology, and metabolism. Adv. Microb. Physiol., 60, 211–262, 2012.
• 12. Lackner S., Gilbert E.M., Vlaeminck S.E., Joss A., Horn H., van Loosdrecht M.C.M.: Full-scale partial nitritation/anammox experiences – An application survey. Water Res., 55, 292–303, 2014.
• 13. Lan C.-J., Kumar M., Wang C.-C., Lin J.-G.: Development of simultaneous nitritation, anammox and denitrification (SNAD) process in a sequential batch reactor. Bioresour. Technol., 102, 5514–5519, 2011.
• 14. Laureni M., Weissbrodt D. G., Szivak I., Robin O., Nielsen J. L., Morgenroth E., Joss A.: Activity and growth of anammox biomass on aerobically pre-treated municipal wastewater. Water Res., 80, 325–366, 2015.
• 15. Laureni M., Falas P., Robin O., Wick A., Weissbrodt D. G., Nielsen J. L., Ternes T.A., Morgenroth E., Joss A.: Mainstream partial nitritation and anammox: long-term process atability and effluent quality at low temperature. Water Res., 101, 628–639, 2016.
• 16. Lotti T., Kleerebezem R., Hu Z., Kartal B., Jetten M.S.M., van Loosdrecht M.C.M.: Simultaneus partial nitritation and anammox at low temperature with granular sludge. Water Res., 66, 111–121, 2014.
• 17. Lotti T., Kleerebezem R., Hu Z., Kartal B., de Kreuk M.K., van Erp Taalman Kip C., Kruit J., Hendrickx T.L.G, van Loosdrecht M.C.M.: Pilot-scale evaluation of anammox-based mainstream nitrogen removal from municipal wastewater. Environ. Tech., 36 (9), 1167–1177, 2015a.
• 18. Lotti T., Kleerebezem R., van Loosdrecht M.C.M.: Effect of temperature change on Anammox activity. Biotechnol. Bioeng., v. 122, n. 1, 98–103, 2015b.
• 19. Ma B., Peng Y., Zhang S., Wang J., Gan Y., Chang J., Wang S., Wang, Zhu G.: Performance of anammox UASB reactor treating low strength wastewater under moderate and low temperatures. Bioresour. Technol., 129, 606–611, 2013.
• 20. Ma B., Wang S., Cao S., Miao Y., Jia F., Du R., Peng Y.: Biological nitrogen removal from sewage via anammox: Recent advantages. Bioresour. Technol., 200, 981–990, 2016.
• 21. Nozhevnikova A. N., Simankova M. V., Litti Y. V.: Application of the microbial process of anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) in biotechnological wastewater treatment. Appl. Biochem. Microbiol., 48 (8), 667–684, 2012.
• 22. Taotao Z., Dong L., Huiping Z., Shuibo X., Wenxin Q., Yingjiu L., Jie Z.: Nitrogen removal efficiency and microbial community analysis of ANAMMOX biofilter at ambient temperature. Water Sci. Technol., 71.5, 725–733, 2015.
• 23. van Hulle S.W.H., Vandeweyer H.J.P., Meesschaert B.D., Vanrolleghem P.A., Dejans P., Dumoulin A.: Engineering aspects and practical application of autotrophic nitrogen removal from nitrogen rich streams. Chem. Eng. J., 162 (1), 1–20, 2010.
• 24. Trojanowicz K., Plaza E., Trela J.: Pilot scale studies on nitration-anammox process for mainstream wastewater at low temperature. Water Sci. Technol., 73.4, 761–768, 2016.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).