Badania wpływu grubości błony biologicznej na ziarnach złoża filtracyjnego na zużycie tlenu podczas usuwania azotu amonowego z wody

• Autorzy: Pruss A.

Warianty tytułu

EN

Contribution of biofilm thickness on sand filter grains to oxygen uptake during ammonia nitrogen removal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono wyniki badań przeprowadzonych na modelu fizycznym filtru pospiesznego z biologicznie aktywnym piaskowym złożem filtracyjnym. Przeanalizowano cykle filtracyjne przy prędkości filtracji 5 m/h i 10 m/h i temperaturze wody 15 stopni Celsjusza. Stwierdzono, że w miarę przedłużania czasu filtracji azot amonowy był okresowo usuwany przy zużyciu tlenu mniejszym od wynikającego ze stechiometrii reakcji nitryfikacji. Wynikało z tego, że w złożu filtracyjnym, oprócz nitryfikacji, zachodził także proces asymilacji azotu amonowego przez bakterie nitryfikacyjne i heterotroficzne. Wykazano, że przyrost błony biologicznej przy wyższej prędkości filtracji był wolniejszy w wyniku stałego odrywania się części organizmów heterotroficznych i powolnego przyrastania struktur bakterii nitryfikacyjnych odporniejszych na działanie strumienia przepływającej wody. W efekcie, przy większych prędkościach filtracji, niższym zużyciu tlenu od wynikającego ze stechiometrii reakcji nitryfikacji, tworząca się na ziarnach błona biologiczna miała strukturę bardziej zwartą i później osiągała grubość czyniącą ją podatną na zrywające działanie strumienia wody. Przy niższej prędkości filtracji błona biologiczna miała większą grubość. Stwierdzono także, że powtarzającym się w trakcie cyklu filtracyjnego zjawiskom odrywania błony i zmniejszenia jej grubości towarzyszył wzrost zużycia tlenu powyżej wartości wynikającej ze stechiometrii reakcji nitryfikacji.

EN

The study was carried out using a physical model of a rapid filter with a biologically active sand bed. The filtration cycles tested involved two velocities: 5 m/h and 10 m/h, water temperature being set to 15. It was found that with the extension of the filtration time ammonia nitrogen was periodically removed with a lower oxygen uptake than the one resulting from the stoichiometry of the nitrification reaction. And this indicates that, besides nitrification, there is a concurrent process where ammonia nitrogen is assimilated by nitrifying and heterotrophic bacteria. The experiments revealed that at the filtration velocity of 10 m/h biofilm growth was slower. This is attributable to the continuing detachment of a certain portion of the heterotrophic organisms, on one hand, and to the slower growth rate of nitrifying bacteria that are characterized by a higher resistance when exposed to the water stream, on the other hand. As a result, owing to an increased filtration velocity and a lower oxygen uptake than the one resulting from the stoichiometry of the nitrification reaction, the biofilms growing on the grain surface developed a more compact structure and thereafter reached a thickness that reduced their inherent resistance to the influence of the water stream. At a lower filtration velocity, the biofilm grew thicker. It was also found that the recurrent phenomena of biofilm detachment and reduction in biofilm thickness (observed during the filtration cycle) were concomitant with a rise in oxygen uptake to a value higher than the one resulting from the stoichiometry of the nitrification reaction.

Słowa kluczowe

PL

filtracja pośpieszna; błona biologiczna; azot amonowy; nitryfikacja; bakterie heterotroficzne; bakterie nitryfikacyjne

EN

rapid filtration; biofilm; ammonia nitrogen; nitrification; heterotrophic bacteria; nitrifying bacteria

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 29, nr 1
• Strony: 35--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Pruss A.

• Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznań,

Bibliografia

• 1. M. BŁAŻEJEWSKI, A. PRUSS: Ocena udziału procesu asymilacji w usuwaniu azotu amonowego z wody. Ochrona Środowiska, 1999, nr 4, ss. 17-20.
• 2. A. PRUSS: Parametry identyfikacyjne procesu nitryfikacji w złożach filtracyjnych. Rozprawa doktorska, Politechnika Poznańska, Poznań 2002 (praca niepublikowana).
• 3. A. PRUSS, M. BŁAŻEJEWSKI: Wpływ gradientu prędkości na grubość błony biologicznej na ziarnach złoża filtracyjnego i usuwanie z wody azotu amonowego. Mat. konf. ,,11 Kongres Inżynierii Środowiska", tom 1, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 2005, Vol. 32, pp. 261-269.
• 4. M.T.T. LIPPONEN, J. PERTTI, P.J. MARTIKAINEN, E. RITVA, R.E. VASARA, K. SERVOMAA, O. OUTI ZACHEVSA, M.H. KONTROA: Occurrence of nitrifiers and diversity of ammonia-oxidizing bacteria in developing drinking water biofilms. Water Research, 2004, Vol. 38, pp. 4424-4434.
• 5. S. SUMMERFELT, M.J. SHARRER: Design implication of carbon dioxide production within biofilters contained in recirculating salmonid culture systems. Aquacultural Engineering, 2004, Vol. 32, pp. 171-182.
• 6. J.M. EBELING, M.B. TIMMONS, J.J. BISOGNI: Engineering analysis of the stoichiometry of photoautotrophic, autotrophic, and heterotrophic removal of ammonia-nitrogen in aquaculture systems. Aquaculture, 2006, Vol. 257, pp 346-358.
• 7. K. OLAŃCZUK-NEYMAN, R. BRAY: Biological processes in the manganese and ammonia nitrogen removal from groundwater. Mat. konf. "Zaopatrzenie w wodę miast i wsi", PZiTS, Poznań 1998, t. 2, ss. 61-71.
• 8. K. OLAŃCZUK-NEYMAN, R. BRAY: Mikrobiologiczne aspekty usuwania manganu i azotu amonowego z wód podziemnych na wpracowanych złożach piaskowych. Mat. konf. ,,1 Kongres Biotechnologii", Wrocław 1999, ss. 155-166.
• 9. V. LAZAROVA, B. CAPDEVILLE, L. NIKOLOV: Biofilm performance of fluidized bed biofilm reactor for drinking water denitrification. Wat. Sci. Technol., 1992, Vo!. 26, No. 3/4, pp. 555-566.
• 10. Z. HEIDRICH: Urządzenia do uzdatniania wody. Zasady projektowania i przykłady obliczeń. Arkady, Warszawa 1980.