Operation mode and external carbon dose as determining factors in elemental composition and morphology of aerobic granules

• Autorzy: Cydzik-Kwiatkowska A. , Rusanowska P. , Głowacka K.

Identyfikatory

DOI

10.1515/aep-2016-0009

Warianty tytułu

PL

Parametry eksploatacyjne oraz dawka zewnętrznego źródła węgla jako czynniki determinujące skład pierwiastkowy oraz morfologię granul tlenowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The elemental composition and morphology of aerobic granules in sequencing batch reactors (GSBRs) treating high-nitrogen digester supernatant was investigated. The investigation particularly focused on the effect of the number of anoxic phases (one vs. two) in the cycle and the dose of external organics loading (450 mg COD/(L·cycle) vs. 540 mg COD/(L·cycle)) on granule characteristics. Granules in all reactors were formed of many single cells of rod and spherical bacteria. Addition of the second anoxic phase in the GSBR cycle resulted in enhanced settling properties of the granules of about 10.6% and at the same time decreased granule diameter of about 19.4%. The study showed that external organics loading was the deciding factor in the elemental composition of biomass. At 540 mg COD/(L·cycle) the granules contained more weight% of C, S and N, suggesting more volatile material in the granule structure. At lower organics loadings granules had the higher diameter of granules which limited the diffusion of oxygen and favored precipitation of mineral compounds in the granule interior. In this biomass higher content of Mg, P and Ca, was observed.

PL

W pracy określono skład pierwiastkowy oraz morfologię granul tlenowych w reaktorach porcjowych (GSBRs) oczyszczających wody nadosadowe o wysokim stężeniu azotu amonowego i niskim stosunku ChZT/N. Zbadano wpływ liczby faz anoksycznych (jedna lub dwie) w cyklu pracy GSBR i dawki zewnętrznego źródła węgla (450 mg ChZT/(l•cykl) oraz 540 mg ChZT/(l•cykl)) na właściwości granul tlenowych. Granule we wszystkich reaktorach składały się z wielu pojedynczych komórek pałeczek i ziarniaków. Włączenie drugiej fazy anoksycznej w cyklu GSBR, przy danej dawce zewnętrznego źródła węgla, poprawiło właściwości sedymentacyjne osadu granulowanego o około 10,6% przy jednoczesnym obniżeniu średnic granul o około 19,4%. Badania wykazały, że dawka zewnętrznego źródła węgla była decydującym czynnikiem wpływającym na skład pierwiastkowy biomasy. Przy dawce 540 mg ChZT/(lcykl) granule zawierały więcej% wagowych C, S i N, co wskazywało na obecność wyższej ilości związków organicznych w strukturze osadu granulowanego. Przy niższej dawce zewnętrznego źródła węgla granule miały większe średnice, co skutkowało ograniczeniem dyfuzji tlenu i sprzyjało wytrącaniu związków mineralnych w ich wnętrzu. W tej biomasie obserwowano wyższą zawartość Mg, Ca i P.

Słowa kluczowe

EN

anoxic phase; sodium acetate; granule diameter; granule morphology; calcium; phosphorus

PL

faza beztlenowa; granule tlenowe; octan sodowy; średnica granul; morfologia granul; wapń; fosfor

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 42, no. 1
• Strony: 74--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Cydzik-Kwiatkowska A.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Poland Department of Environmental Biotechnology

autor

Rusanowska P.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Poland Department of Environmental Biotechnology

autor

Głowacka K.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Poland Department of Plant Physiology, Genetics and Biotechnology

Bibliografia

• [1]. APHA. (1992). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 18th edn. APHA, AWWA and WEF, Washington, 1992.
• [2]. Cassidy, D.P. & Belia, E. (2005). Nitrogen and phosphorus removal from an abattoir wastewater in a SBR with aerobic granular sludge, Water Research, 39(19), pp. 4817–4823.
• [3]. Castaing, R. (1951). Application of electron probes to local chemical and crystallographic analysis, PhD Thesis, University of Paris 1951 [English translation by Duwez, P. and Wittry, D.B., California Institute of Technology, 1955].
• [4]. Cydzik-Kwiatkowska, A. & Wojnowska-Baryła, I. (2011). Nitrifying granules cultivation in a sequencing batch reactor at a low organics-to-total nitrogen ratio in wastewater, Folia Microbiologica, 56(3), pp. 201–208.
• [5]. Cydzik-Kwiatkowska, A., Zielińska, M., Bernat, K., Wojnowska-Baryła, I. & Truchan, T. (2013). Treatment of high-ammonium anaerobic digester supernatant by aerobic granular sludge and ultrafiltration processes, Chemosphere, 90(8), pp. 2208–2215.
• [6]. Ebrahimi, S., Gabus, S., Rohrbach-Brandt, E., Hosseini, M., Rossi, P., Maillard, J. & Holliger, C. (2010). Performance and microbial community composition dynamics of aerobic granular sludge from sequencing batch bubble column reactors operated at 20°C, 30°C, and 35°C, Applied Microbiology and Biotechnology, 87, pp. 1555–1568.
• [7]. Gonzalez-Gil, G. & Holliger, C. (2011). Dynamics of microbial community structure and enhanced biological phosphorus removal by aerobic granules cultivated on propionate or acetate, Applied and Environmental Microbiology, 77(22), pp. 8041–8051.
• [8]. Jiang, H.L., Tay, J.H., Liu, Y. & Tay, S.T. (2003). Ca2+ augmentation for enhancement of aerobically grown microbial granules in sludge blanket reactors, Biotechnology Letters, 25, pp. 95–99.
• [9]. Juang, Y.C., Adav, S.S., Lee, D.J. & Tay, J.H. (2010). Stable aerobic granules for continuous-flow reactors: precipitating calcium and iron salts in granular interiors, Bioresource Technology, 101, pp. 8051–8057.
• [10]. Liu, Y., Lin, Y.M. & Tay, J.H. (2005). The elemental composition of P-accumulating microbial granules developed in sequencing batch reactors, Process Biochemistry, 40, pp. 3258–3262.
• [11]. Liu, Y.Q., Kong, Y., Tay, J.H. & Zhu, J. (2011). Enhancement of start-up of pilot scale granular SBR fed with real wastewater, Separation and Purification Technology, 82, pp. 190–196.
• [12]. Mañas, A., Biscans, B. & Spérandio, M. (2011). Biologically induced phosphorus precipitation in aerobic granular sludge process, Water Research, 45, pp. 3776–3786.
• [13]. Mañas, A., Pocquet, M., Biscans, B. & Spérandio, M. (2012). Parameters influencing calcium phosphate precipitation in granular sludge sequencing batch reactor, Chemical Engineering Science, 77, pp. 165–175.
• [14]. Muda, K., Aris, A., Salim, M.R., Ibrahim, Z., van Loosdrecht, M.C.M., Ahmad, A. & Nawahwi, M.Z. (2011). The effect of hydraulic retention time on granular sludge biomass in treating textile wastewater, Water Research, 45, pp. 4711–4721.
• [15]. Ni, B.J., Xie, W.M., Liu, S.G., Yu, H.Q., Wang, Y.Z., Wang, G. & Dai, X.L. (2009). Granulation of activated sludge in a pilot-scale sequencing batch reactor for the treatment of low-strength municipal wastewater, Water Research, 43, pp. 751–761.
• [16]. Ren, T.T., Liu, L., Sheng, G.P., Liu, X.W., Yu, H.Q., Zhang, M.C. & Zhu, J.R. (2008). Calcium spatial distribution in aerobic granules and its effects on granule structure, strength and bioactivity, Water Research, 42, pp. 3343–3352.
• [17]. Schönborn, C., Bauer, H.D. & Roske, I. (2001). Stability and enhanced biological phosphorus removal and composition of polyphosphate granules, Water Research, 35, pp. 3190–3196.
• [18]. Sheng, G.P., Yu, H.Q. & Li, X.Y. (2010). Extracellular polymeric substances (EPS) of microbial aggregates in biological wastewater treatment systems: a review, Biotechnology Advances, 26, pp. 882–894.
• [19]. Takiguchi, N., Kishino, M., Kuroda, A., Kato, J. & Ohtake, H. (2007), Effect of mineral elements on phosphorus release from heated sewage sludge, Bioresource Technology, 98, pp. 2533–2537.
• [20]. Toh, S.K., Tay, J.H., Moy, B.Y.P., Ivanov, V. & Tay, S.T. (2003). Size-effect on the physical characteristics of the aerobic granule in a SBR, Applied Microbiology and Biotechnology, 60, pp. 687–695.
• [21]. Tu, X., Song, Y., Yu, H., Zeng, P. & Liu, R. (2012). Fractionation and characterization of dissolved extracellular and intracellular products derived from floccular sludge and aerobic granules, Bioresource Technology, 123, pp. 55–61.
• [22]. van der Roest, H.F., de Bruin, L.M.M., Gademan, G. & Coelho, F. (2011) Towards sustainable waste water treatment with Dutch Nereda® technology, Water Practice and Technology 6(3).
• [23]. Villaverde, S., García-Encina, P.A. & Fdz-Polanco, F. (1997). Influence of pH over nitrifying biofilm activity in submerged biofilters, Water Research, 31(5), pp. 1180–1186.
• [24]. Zheng, Y.M., Yu, H.Q., Liu, S.H. & Liu, X.Z. (2006). Formation and instability of aerobic granules under high organic loading conditions, Chemosphere, 63, pp. 1791–1800.
• [25]. Zheng, Y.M. & Yu, H.Q. (2007). Determination of the pore size distribution and porosity of aerobic granules using size-exclusion chromatography, Water Research, 41, pp. 39–46.