Evaluation of the Effectiveness of a Wastewater Treatment Plant with MBBR Technology

• Autorzy: Czarnota Joanna , Masłoń Adam

Warianty tytułu

PL

Ocena efektywności działania oczyszczalni ścieków z technologią MBBR

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The MBBR technology base on the idea of bringing together, within a single system, the best characteristics of the activated sludge and biofilm processes. With biomass immobilised on free-support media, the retention of solids in the biological reactor is enhanced. The advantages of this technology as compared with activated-sludge systems are: a higher effective sludge retention time (SRT) that favours nitrification, more limited production of sludge, more limited requirements as regards area, and resilience to toxic shock. The MMBR technology does not need recirculation of sludge, which is the case with activated-sludge systems, so process performance is independent of a secondary clarifier. Wastewater treatment based on the MBBR process in the same tank favours nitrification, since the issue of the retention time for solids becomes partly uncoupled from the hydraulic retention time. This is particularly important where a WWTP is operating at low temperatures, as under these conditions, the sludge age needed to support nitrification is relatively great, due to the low growth rates achieved by nitrifying bacteria. The aim of the paper is the evaluation of the effectiveness of a wastewater treatment plant in Nowa Wieś (Poland). The technological system of the Nowa Wieś WWTP consists of an sieve, grit chamber, two reactors with moving bed biofilm (MBBR reactors with the EvU-Perl carriers) and two secondary settling tanks. The study includes an analysis of the efficiency of operation of the Nowa Wieś WWTP in the 2016-2018 period. The assessment of the plant’s efficiency was based on values for pollution indicators in raw and treated sewage made available by the plant operator (i.e. in relation to BOD₅, COD, TSS, TN and TP), as well as on the calculated efficiency of removal of particular pollutants. The average level of efficiency determined for the removal of organic compounds from sewage was 98.9±0.6% (BOD₅) and 95.3±2.1% (COD), denoting that the average concentration of these compounds in outflow was of 4.3±2.1 and 43.3±16.7 mg O₂∙dm^-3 respectively. The average value for the efficiency of removal of total suspended solids was in turn 97.6±1.5%, with the average concentration on discharge equal to 8.3±4.3 mg∙dm^-3. Unfortunately, in the analysed years, a dozen or so times (in about 36% of the results) the reduction of biogenic compounds proving achievable was below the level laid down by the permit, i.e. 80.0% for TN and 85.0% for TP. The average efficiencies of removal of nitrogen and phosphorus compounds from wastewater in the analysed period were in fact of 73.7±25.3% and 87.4±10.8% respectively. This denotes that the average concentration of biogenic compounds in treated wastewater was 25.4±24.4 mg TN∙dm dm^-3 and 2.5±3.1 mg TP dm^-3.

PL

Technologia złoża ruchomego (MBBR) opiera się na idei połączenia w ramach jednego systemu najlepszych cech osadu czynnego i błony biologicznej. W wyniku unieruchomienia mikroorganizmów na ruchomych nośnikach, retencja biomasy w reaktorze biologicznym jest zwiększona. Zaletami tej technologii w porównaniu do klasycznego osadu czynnego są: wyższy efektywny wiek osadu, który intensyfikuje proces nitryfikacji, mniejszy przyrost osadu nadmiernego oraz odporność układu na dopływ substancji toksycznych. Technologia MBBR nie wymaga recyrkulacji osadu czynnego, co ma miejsce w przypadku systemów osadu czynnego, więc wydajność procesu jest niezależna od osadnika wtórnego. Oczyszczanie ścieków w oparciu o proces MBBR sprzyja nitryfikacji, ponieważ kwestia czasu retencji biomasy zostaje częściowo niezależna od hydraulicznego czasu retencji. Jest to szczególnie ważne, gdy oczyszczalnia ścieków działa w niskich temperaturach, ponieważ w tych warunkach wiek osadu potrzebny do podtrzymania nitryfikacji jest stosunkowo duży, ze względu na niskie tempo wzrostu osiągane przez bakterie nitryfikacyjne. Celem pracy jest ocena efektywności oczyszczalni ścieków w Nowej Wsi (Polska). Układ technologiczny oczyszczalni w Nowej Wsi składa się z sita i piaskownika, dwóch reaktorów z osadem czynnym i złożem ruchomym w postaci kształtek EvU-Perl oraz dwóch osadników wtórnych. Opracowanie obejmuje analizę efektywności działania oczyszczalni ścieków w Nowej Wsi w latach 2016-2018. Ocenę efektywności przedmiotowej oczyszczalni dokonano w oparciu o wartości wskaźników zanieczyszczeń w ściekach surowych i oczyszczonych udostępnionych przez eksploatatora oczyszczalni (BZT₅, ChZT, zawiesina ogólna, azot ogólny, fosfor ogólny), a także obliczonej efektywności usuwania poszczególnych zanieczyszczeń. Średnia efektywność usunięcia ze ścieków związków organicznych wyniosła 98.9±0.6% (BZT₅) oraz 95.3±2.1% (ChZT), efektem czego średnie stężenie tych związków w odpływie wynosiło odpowiednio 4.3±2.1 mg O₂∙dm^-3 oraz 43.3±16.7 mg O₂∙dm^-3 . Wartość średnia efektywności usuwania zawiesiny ogólnej była na poziomie 97.6±1.5%, przy średnim stężeniu równym 8.3±4.3 mg∙dm^-3. Niestety w analizowanych latach kilkanaście razy (ok. 36% wyników) odnotowano niższy stopień redukcji związków biogennych, niż ten określony pozwoleniem wodno-prawnym tj. 80.0% dla N_og i 85.0% dla P_og. Wyznaczona średnia efektywność usunięcia związków azotu i fosforu ze ścieków w rozpatrywanym okresie wyniosła odpowiednio 73.7±25.3% oraz 87.4±10.8%. Średnia wartość stężenia związków biogennych w ściekach oczyszczonych była równa 25.4±24.4 mg N∙dm^-3 oraz 2.5±3.1 mg P∙dm^-3.

Słowa kluczowe

EN

MBBR technology; activated sludge; EvU-Perl carrier material; organic compounds; biogenic compounds

PL

technologia MBBR; osad czynny; złoże biologiczne EvU-Perl; związki organiczne; związki biogenne

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 2
• Strony: 906--925
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Czarnota Joanna

• Rzeszow University of Technology, Poland

autor

Masłoń Adam

• Rzeszow University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Ahmadi, M., Mehr alian, A., Amiri, H., Ramavandi, B., Izanloo, H. (2014). Upgrading of Kish Island Mirmohana Wastewater Treatment Plant using Moving Bed Biofilm Reactor Alternative. Iranian Journal of Health Sciences, 2(3), 33-42.
• 2. Barwal, A., Chaudhary, R. (2014). To study the performance of biocarriers in moving bed biofilm reactor (MBBR) technology and kinetics of biofilm for retrofitting the existing aerobic treatment systems: a review. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 13, 285-299.
• 3. Bassin, J.P., Dezotti, M. (2018). Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). In: Advanced Biological Processes for Wastewater Treatment. Springer, Cham.
• 4. Bugajski, P., Chmielowski, K., Kaczor, G. (2016). Wpływ wielkości dopływu wód opadowych na skład ścieków surowych w małym systemie kanalizacyjnym. Acta Scientiarum Polonorum Formatio Circumiectus, 15(2), 3-11.
• 5. Burton, F., Tchobanoglous, G., Tsuchihashi, R., Stensel, H.D. (2013). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery. Inc, Metcalf & Eddy.
• 6. Chu, L., Wang, J. (2011). Comparison of polyurethane foam and biodegradable polymer as carriers in moving bed biofilm reactor for treating wastewater with a low C/N ratio. Chemosphere, 83(1), 63-68.
• 7. Cyganecka, A., Podedworna, J., Żubrowska-Sudoł, A. (2008). Usuwanie azotu ze ścieków w procesie denitryfikacji defosfatacyjnej. Gaz, Woda i Technika sanitarna, 12, 23-27.
• 8. Czarnota, J., Tomaszek, J.A., Masłoń, A. (2016). Zastosowanie substancji pylistych w technologii tlenowego osadu granulowanego. Gaz, Woda i Technika sanitarna, 11, 407-412.
• 9. Decyzja Starosty Rzeszowskiego z dnia 28.06. 2013 r. w sprawie udzielenia pozwolenia wodnoprawnego na odprowadzanie oczyszczonych ścieków z komunalnej oczyszczalni ścieków w Nowej Wsi do wód potoku Czarna, nr decyzji: OŚ.6341.1.24.2013.
• 10. Gani, K.M., Singh, J., Singh, N.K., Ali, M., Rose, V., Kazmi, A.A. (2016). Nitrogen and carbon removal efficiency of a polyvinyl alcohol gel based moving bed biofilm reactor system. Water Science Technology, 73(7), 1511-1519.
• 11. Gromiec, M. (2016). Zużycie energii w reaktorach SBR z tlenowym osadem granulowanym. Kierunek WOD-KAN, 1, 57-60.
• 12. Information materials, Zakład Gospodarki Wodno-Ściekowej w Trzebownisku, 25.02.2019.
• 13. Klaczyński, E. (2012). Oczyszczalnia ścieków – biologiczne usuwanie fosforu. Wodociągi- Kanalizacja, 11(105), 48-51.
• 14. Klaczyński, E. (2013). Oczyszczalnia ścieków – biologiczne usuwanie azotu. Wodociągi-Kanalizacja, 1(107), 24-25.
• 15. Kermani, M., Bina, B., Movahedian, H., Amin, M.M., Nikaein, M. (2008). Application of moving bed biofilm process for biological organics and nutrients removal from municipal wastewater. American journal of environmental sciences, 4(6), 675-682.
• 16. Krupicz, A., Masłoń, A. (2016). Zmienność ładunków zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni ścieków w Stalowej Woli. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, XXXIII, 63 (2/I/16), 101-114.
• 17. Mazurkiewicz, M. (2012). Usuwanie związków azotu ze ścieków w oczyszczalni w Kostrzynie nad Odrą. Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Uniwersytet Zielonogórski, 147(27), 5-15.
• 18. Młyńska, A., Chmielowski, K., Młyński, D. (2017). Analiza zmian jakości ścieków w trakcie procesów oczyszczania na oczyszczalni w Przemyślu. Inżynieria Ekologiczna, 18(5), 18-26.
• 19. Mudhaffar, S., Zainab, B., Walaa, S.M. (2015). Biological Phosphorus and Nitrogen Removal from Wastewater Using Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Engineering and Technology Journal, 33(7), Part (A), 1731-1739.
• 20. Piaskowski, K., Kołacz, K. (2011). Zmienność ilościowo-jakościowa ścieków surowych w oczyszczalni ścieków komunalnych. Forum Eksploatatora, 3, 62-69.
• 21. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Poz. 1800).
• 22. Shrestha, A. (2013). Specific Moving Bed Biofilm Reactor in Nutrient Removal from Municipal Wastewater. University of Sydney.
• 23. Sytek-Szmeichel, K., Heidrich, Z., Stańko, G. (2016). Dane wyjściowe do projektowania miejskich oczyszczalni ścieków (według stanu na koniec 2015 r.). Gaz, Woda i Technika sanitarna, 7, 272-276.
• 24. Wang, X.J, Xia, S.Q, Chen, L., Zhao, J.F, Renault, N.J, Chovelon, J.M. (2006). Nutrients removal from municipal wastewater by chemical precipitation in a moving bed biofilm reactor. Process Biochemistry, 41(4), 824-828.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).