Denitrification in the activated sludge systems: study of the kinetics

• Autorzy: Liwarska-Bizukojc E. , Bizukojc M. , Ledakowicz S.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The number of kinetic studies on denitrification in the activated sludge systems is limited. Moreover, most of them concern the estimation of volumetric and specific nitrate uptake rates. At the same time the experimental determination of Monod kinetic parameters for anoxic growth of heterotrophic biomass has been hardly ever made. The aim of this work is to study the kinetics of denitrification including the determination of Monod kinetic parameters. In order to do it the appropriate procedure based upon the measurement of nitrate uptake rate (NUR) was elaborated. The proposed procedure proved reliable and gives the chance for the direct, experimental determination of kinetic parameters for denitrifying biomass to replace the commonly used correction factors. The mean values of specific NUR calculated in this work ranged from 1.33 to 1.77 mg NO₃--N g VSS-¹ h-¹ and were close to those achieved in the systems with acetate as the carbon source. The determined values of the maximum specific growth rate for denitrifying biomass (μ[max,D]) varied from 0.28 to 0.78 h-1, while the values of half-saturation constant K[NO3] were in the range from 0.81 to 2.05 mg NO3--N l-¹.

PL

Niewiele opublikowanych dotychczas prac poświęconych denitryfikacji dotyczy kinetyki tego procesu. Co więcej ograniczają się one głównie do wyznaczenia objętościowej i właściwej szybkości zużycia azotanów (V). Niezwykle rzadko można spotkać eksperymentalnie wyznaczone wartości parametrów kinetycznych równania Monoda dla wzrostu heterotrofów w warunkach anoksycznych. Celem tej pracy jest rozpoznanie kinetyki denitryfikacji wraz z wyznaczeniem wartości parametrów kinetycznych równania Monoda. Aby to osiągnąć, opracowano stosowną procedurę eksperymentalną opartą na pomiarze szybkości zużycia azotanów (V) (NUR). Zaproponowana procedura okazała się być wiarygodna. Umożliwia ona bezpośrednie, eksperymentalne wyznaczenie kinetycznych parametrów dla biomasy denitryfikującej i zastąpienie nimi stosowanych dotychczas współczynników korekcyjnych. Średnia wartość właściwej szybkości zużycia azotanów (V) wynosi od 1.33 do 1.77 mg N-NO₃- g-¹ Zorg-¹h-¹ i jest bliska wartościom otrzymanym w układach, w których źródłem węgla był octan. Z kolei wyznaczone w pracy wartości maksymalnej właściwej szybkości wzrostu biomasy denitryfikującej (μ[max,D]) zmieniają się od 0.28 do 0.78 h-¹, podczas gdy wartości stałej nasycenia dla azotanów (V) (K[NO3]) mieszczą się w zakresie od 0.81 do 2.05 mg N-NO3- l-¹.

Słowa kluczowe

EN

activated sludge; denitrification; kinetics; modelling

PL

osad czynny; denitryfikacja; kinetyka; modelowanie

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 5, no. 2
• Strony: 101--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Liwarska-Bizukojc E.

autor

Bizukojc M.

autor

Ledakowicz S.

• Institute of Fermentation Technology and Microbiology, Technical University of Lodz, Wólczanska 171/173, 90-924 Lodz, Poland,

Bibliografia

• [1] Henze M., Harremoës P., Jansen J., Arvin E.; Wastewater treatment. Biological and chemical processes. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2002
• [2] Henze M., Gujer W., Mino T., van Loosdrecht M.C.M.; Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3. IWA Sci. and Tech. Report No. 9, IWA Publishing, London, UK, 2000
• [3] Pai T.Y., Chang H.Y., Wan T.J, Chuang S.H., Tsai Y.P.; Using an extended activated sludge model to simulate nitrite and nitrate variations in TNCU2 process. Appl. Mathematical Modelling, Vol.33, 2009; p.4259-4268
• [4] Kaelin D., Manser R., Rieger L., Eugster J., Rottermann K., Siegrist H.; Extension of ASM3 for two-step nitrification and denitrification and its calibration and validation with batch tests and pilot scale data. Water. Res. Vol.43, 2009; p.1680-1692
• [5] Liwarska-Bizukojc E., Bizukojc M.; The influence of the selected nonionic surfactants on the activated sludge flocs morphology and kinetics of the organic matter removal in the flow system. Enz. Microb. Technol., Vol. 41, 2007; p.26-34
• [6] Liwarska-Bizukojc E., Bizukojc M.; New methodology to determine the kinetic parameters for nitrifying microorganims in the activated sludge systems. Proc. of IWA Specialist Conference Water & Industry, Valladolid, Spain, 2011; p.59
• [7] APHA-AWWA-WPCF: Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19th edn. APHA-AWWA-WPCF, Washington DC, USA, 1995
• [8] Kappeler J. Gujer W.; Estimation of kinetic parameters of heterotrophic biomass under aerobic conditions and characterization of wastewater for activated sludge modelling. Wat. Sci. Tech., Vol. 25, No. 6, 1992; p.125-139
• [9] Petersen B., Gernaey K., Henze M., Vanrolleghem P.A.; Calibration of activated sludge models: A critical review of experimental designs. In: Agathos S.N., Reineke W. (Eds.): Biotechnology for the Environment: Wastewater Treatment and Modelling. Waste Gas Handling. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2003; p.102-186
• [10] Liwarska-Bizukojc E., Scheumann R., Drews A., Bracklow U., Kraume M.; Effect of anionic and nonionic surfactants on the kinetics of the aerobic heterotrophic biodegradation of organic matter in industrial wastewater. Water Res., Vol.42, 2008; p.923-930
• [11] Novák L., Larrea L., Wanner J.; Estimation of maximum specific growth rate of heterotrophic and autotrophic biomass: A combined technique of mathematical modelling and batch cultivations. Wat. Sci. Tech., Vol.30, No.11, 1994; p.171-180
• [12] Makinia J., Rosenwinkel K.H., Spering V.; Comparison of two model concepts for simulation of nitrogen removal at a full scale biological nutrient removal pilot plant. J Environ Eng ASCE, Vol.132, No.4, 2006; p.476-487
• [13] Liwarska-Bizukojć E., Biernacki R.; Identification of the most sensitive parameters in the activated sludge model implemented in BioWin software. Bioresource Technology, Vol.101, No.19, 2010; p.7278-7285
• [14] Kujawa K., Klapwijk B.; A method to estimate denitrification potential for predenitrification systems using NUR batch test. Water Res., Vol.33, No.10, 1999; p.2291-2300
• [15] Sage M., Daufin G., Gésan-Guiziou G.; Denitrification potential and rates of complex carbon source from dairy effluents in activated sludge system. Water Res., Vol. 40, 2006; p.2747-2755
• [16] Foglar L., Briški F.; Wastewater denitrification process - the influence of methanol and kinetic analysis. Proc. Biochem. Vol.39, 2003; p.95-103
• [17] STOWA: Voordenitrificatie. Onderzoekresultaten en praktijkrichtlijnen. STOWA PN Rapporten 93-04. (Predenitrification. Results of investigations and practical guidelines. Reports of STOWA), 1992 (in Dutch)