Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Start-up of a One-stage Biofilm Reactor for the Removal of Nitrogen from Digester Supernatant in the Partial Nitrification-Anammox Process

Zielińska M., Cydzik-Kwiatkowska A., Bernat K., Zieliński M., Kulikowska D., Wojnowska-Baryła I.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

241--257

EN

For nitrogen-rich wastewater with a low COD/N ratio, the partial nitrification-Anammox process is considered a promising alternative to conventional nitrification-denitrification, saving energy and additional carbon source. In the Anammox reaction, performed under anoxic conditions by autotrophic bacteria, ammonium and nitrite contribute in equimolar amounts to the formation of dinitrogen gas. Anammox bacteria are characterized by low biomass yield because of their autotrophic growth mode and their high maintenance requirement due to their slow growth rate (doubling time of 10-12 days). In addition, nitrite is a substrate for Anammox on one hand and an inhibitor of Anammox microorganisms at some concentrations on the other hand. Next, inorganic carbon limitation is the limiting factor in the growth of nitrifiers and Anammox bacteria. These are the reasons that one-stage reactors are extremely difficult to start-up. The goal of this study was to determine the effect of bicarbonate addition on the changes in nitrogen forms in the one-stage reactor, biofilm composition and overall reactor performance during the adaptation of non-Anammox biomass to nitrogen-rich wastewater. In this study, a one-stage biofilm batch reactor treated the digester supernatant from the full-scale municipal wastewater treatment plant. In the supernatant, the average concentrations of pollutants were as follows: 320±52 mg COD/L, 413±78 mg TN/L, 328±46 mg NH4-N/L and 97±19 mg TP/L. Aerobic granular sludge from the full-scale municipal wastewater treatment plant operated with simultaneous nitrification and denitrification was used as inoculum. The operational parameters of the reactor were: working volume 3 L, 8-hour cycle, volumetric exchange ratio 50%/cycle. In one-stage reactors, nitrite-oxidizing bacteria (NOB) must be selectively pressured to decrease their activity. Therefore, in this reactor, low dissolved oxygen, about 0.5 mg/L, a pH of about 8.0, and a high temperature, about 35ºC, were maintained. Apart from determining changes in nitrogen profile, fluorescence in situ hybridization technique indicating the changes in the biofilm composition was used as an indicator of adaptation of the microorganisms to high influent nitrogen concentrations. With the bicarbonate/TN ratio in the influent of about 3.5, stable reactor performance was obtained with the final ammonium concentration in the effluent below 10 mg N-NH4/L. Nitrate was the predominant form of nitrogen in the effluent. In this period, the abundance proportion between Anammox bacteria, ammonium-oxidizing bacteria (AOB) and NOB dynamically changed in the biomass. This part of biomass that was suspended in the reactor was characterized by good settling abilities, with the sludge volume index below 50 mL/g MLSS.

PL

Proces częściowej nitryfikacji-Anammox jest obiecującą alternatywą wobec konwencjonalnej nitryfikacji-denitryfikacji do usuwania azotu ze ścieków o wysokim stężeniu związków azotowych i niskim stosunku ChZT/N, skutkującą oszczędnością energii i dodatkowych źródeł węgla organicznego. W procesie Anammox, prowadzonym w warunkach anoksycznych przez bakterie autotroficzne, azot amonowy i azot azotanowy(III) uczestniczą w równoważnych ilościach w powstawaniu azotu cząsteczkowego. Wpracowanie jednostopniowych reaktorów, w których planowane jest prowadzenie częściowej nitryfikacji i Anammox, jest trudne. Z uwagi na niską szybkość autotroficznego wzrostu (czas generacji 10-12 dni), biomasa bakterii Anammox charakteryzuje się niskim przyrostem. Ponadto, azot azotanowy(III) jest substratem do procesu Anammox, jednak w pewnych stężeniach inhibuje proces. Dodatkowo, niedostatek nieorganicznych związków węglowych jest czynnikiem limitującym wzrost tlenowych bakterii utleniających azot amonowy oraz bakterii Anammox. Celem badań było określenie wpływu dozowania do reaktora jednostopniowego wodorowęglanów na występowanie poszczególnych form związków azotowych w ściekach oczyszczonych oraz skład biomasy podczas wpracowania reaktora do oczyszczania ścieków bogatych w azot z wykorzystaniem procesu Anammox. W prezentowanych badaniach, jednostopniowy reaktor porcjowy z błoną biologiczną był wykorzystywany do oczyszczania wód nadosadowych pochodzących z oczyszczalni ścieków komunalnych pracującej w skali technicznej. Stężenia zanieczyszczeń w wodach nadosadowych były następujące: 320±52 mg ChZT/dm3, 413±78 mg Nog/dm3, 328±46 mg NH4-N/dm3 i 97±19 mg Pog/dm3. Reaktor został zaszczepiony tlenowym osadem granulowanym z oczyszczalni ścieków komunalnych pracującej w skali technicznej eksploatowanej z jednoczesną nitryfikacją i denitryfikacją. Parametry eksploatacyjne reaktora badawczego były następujące: objętość robocza 3 dm3, długość cyklu 8 h, stopień wymiany objętościowej 50%. W reaktorach jednostopniowych bakterie utleniające azot azotanowy(III) muszą być poddawane selektywnej presji w celu ograniczenia ich aktywności. Z tego względu w reaktorze eksperymentalnym utrzymywano niskie stężenie tlenu (około 0,5 mg/dm3), pH około 8,0 i wysoką temperaturę (około 35ºC). Wskaźnikiem adaptacji mikroorganizmów do wysokich stężeń azotu w ściekach dopływających były zmiany w profilu związków azotowych w odpływie oraz wyniki uzyskane techniką fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ, pozwalającą na określanie liczebności poszczególnych grup mikroorganizmów w biomasie. Stabilną pracę reaktora uzyskano przy stosunku wodorowęglanów do azotu ogólnego w dopływie równym około 3,5; stężenie azotu amonowego w ściekach oczyszczonych nie przekraczało 10 mg/dm3. Główną formą azotu w odpływie był azot azotanowy(V). W okresie wpracowania proporcje między liczebnością w biomasie tlenowych bakterii utleniających azot amonowy i azot azotanowy(III) oraz bakterii Anammox podlegały dynamicznym zmianom. Część biomasy pozostająca w zawieszeniu charakteryzowała się dobrymi właściwościami sedymentacyjnymi; indeks objętościowy osadu wynosił poniżej 50 cm3/g s.m.

2

Praktyczne zalety technologii anammox w układzie z dwoma reaktorami

Jaroszyński Ł.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2017

|

Nr 1

26--32

PL

Usuwanie azotu z odcieków po procesie fermentacji metanowej na oczyszczalniach ścieków jest realizowane w głównym ciągu technologicznym, choć na rynku polskim zaczynają się pojawiać rozwiązania oferujące proces deamonifikacji w bocznym ciągu technologicznym. Proces deamonifikacji może być skonfigurowany w różnych układach technologicznych, które mają zapewnić stabilność dwóm etapom reakcji, jakimi są częściowa nitryfikacja i anammox. W artykule omówiono zalety procesu deamonifikacji, który może być realizowany w dwóch oddzielnych reaktorach, z wykorzystaniem osadu czynnego kłaczkowatego oraz osadu granulowanego. Na podstawie wyników badań laboratoryjnych w skali pilotowej zaobserwowano wysoką aktywność biologiczną w układzie z dwoma reaktorami, przekładającą się na szybkość usuwania azotu na poziomie 2,8 kg N/m3d przy jednocześnie dużej stabilność procesu i 80% sprawności usuwania azotu. Oddzielenie procesu częściowej nitryfikacji od procesu anammox umożliwiło oddzielne sterowanie kluczowymi parametrami procesowymi. W reaktorze częściowej nitryfikacji sterowanie stężeniem tlenu oraz wiekiem osadu (stężeniem osadu) pozwoliło skuteczne dopasować kinetykę procesu do zmian ładunku azotu i temperatury. Dodatkowo w badaniach została wykazana łatwość rozruchu procesu z wykorzystaniem osadu czynnego z głównego ciągu technologicznego, w zakresie temperatur od 20°C do 35°C przy braku specjalnych zabiegów mających na celu wyeliminowanie nitryfikantów utleniających azotyny do azotanów. W procesie anammox, dzięki granulacji osadu, można było zapewnić skuteczną retencję osadu, co skutkowało możliwością przyjęcia chwilowo zwiększonego obciążenia ładunkiem azotu, jak również utrzymanie sprawności usuwania azotu pomimo zmian temperatury w zakresie temperatur od 20°C do 35°C.

EN

In Poland, nitrogen removal from reject water after anaerobic digestion process occurs mainly in the main-stream wastewater treatment plant, although deammonification process in side-stream treatment is also available. The deammonification process can be done in different process configurations which provide stability to partial nitritation and anammox processes. In this publication, advantages of two-reactor configuration for deammonification process with flocculated and granular biomass are discussed. Based on the research results in the pilot scale two-reactor system, stable and high biomass activity was observed which was related with high nitrogen removal rate of 2,8 kg N/m3d and 80% nitrogen removal efficiency. The separation of partial nitritation process from anammox process allowed for individual key-process parameters control. In partial nitritation process, dissolved oxygen concentration and sludge retention time (or solids concentration) control allows adjusting the biomass activity to variable nitrogen loading rate and reject water temperature. Additionally, in the conducted research, simple partial nitritation reactor start-up from the main-stream biomass was demonstrated in the temperature range of 20-35°C without sophisticated nitrite oxidizing bacteria washout techniques. In anammox process, biomass granulation allowed for efficient biomass retention inside of the reactor which allowed for efficient nitrogen removal despite of shocking nitrogen loading rates to the reactor and temperature variations in the range of 20-35°C.

3

Wykorzystanie procesu częściowej nitryfikacji Anammox w oczyszczaniu ścieków - doświadczenia w Politechnice Śląskiej

Cema G., Surmacz-Górska J., Gutwiński P., Ziembińska-Buczyńska A., Płonka L., Tomaszewski M.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2016

|

Nr 12

472--475

PL

Alternatywą dla klasycznego procesu nitryfikacji/denitryfikacji może być połączenie procesu częściowej skróconej nitryfikacji oraz odkrytego kilkanaście lat temu procesu Anammox. Usuwanie azotu w procesie Anammox pozwala zmniejszyć koszty napowietrzania, a co za tym idzie zużycie energii o ponad 60%, nie ma też potrzeby zapewnienia węgla organicznego, a dodatkowo zmniejsza się emisję CO2 o ok. 90%, co ma duże znaczenie biorąc pod uwagę fakt, że ditlenek węgla jest jednym z głównych gazów cieplarnianych. Katedra Biotechnologii Środowiskowej zajmuje się tym procesem już od 2003 roku. Początkowo proces był badany w bioreaktorach membranowych. Następnie przy współpracy z Królewską Politechniką w Sztokholmie badano proces w układach wykorzystujących pierścienie kaldnes jako nośnik biofilmu. Badania prowadzone były zarówno w układach dwustopniowych jak i jednostopniowych. Jednym z wniosków uzyskanych w tych badaniach było określenie procesu nitryfikacji jako tego procesu, który limituje szybkość całkowitej reakcji. Badano także zarówno usuwanie azotu z wód osadowych z odwadniania osadów ściekowych, jak i odcieków składowiskowych. Następnie badania były ukierunkowane na badanie procesu jednostopniowego w układach SBR oraz na określenie czynników limitujących proces. Określono m.in. że czynnikiem hamującym proces jest w głównej mierze wolny amoniak.

EN

An alternative to classic nitrification/denitrification process can be a combination of partial short-cut nitrification and discovered several years ago Anammox process. The main advantages of this process compared to the conventional nitrification/denitrification are: decrease of the aeration costs by almost 60%, low sludge production, and no need for external organic carbon source addition (Anammox process) and the CO2 emission is reduced by 90%. Environmental Biotechnology Department is engaged in research on this process since 2003. Initially, the process was studied in membrane bioreactors. Then, in collaboration with the Royal Institute of Technology (KTH) in Stockholm we studied the process in moving bed biofilm reactors (MBBR) using Kaldnes K1 as a carrier material for biofilm growth. The process was tested as a two-stage process as well as a one-stage process. The nitrification process was determined as a bottleneck of the overall process rate. The nitrogen removal was studied both from reject water after dewatering of digested sludge and form landfill leachate. Then the studies were focused on the study of single-stage process in SBR. It was also showed that the process is strongly affected by free ammonia.

4

Nowoczesne techniki i technologie inżynierii środowiska

Miksch K., Cema G., Felis E., Sochacki A.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2015

|

Tom 17, cz. 1

833--857

EN

The novel technologies used in environmental engineering were discussed in this paper – the formation of aerobic granules, the Anammox process, the advanced oxidation processes, the use of fungi for dyes decolorization, constructed wetlands, the soil phytoremediation supported by rhizosphere microorganisms and the use of molecular biology technique in environmental engineering. The structure of granular sludge is influenced by EPS production. The average diameter and density of biogranules increase due to EPS production. Although polysaccharides are essential, proteins were found to be the predominant component of aerobic granular sludge. Compared to loosely bound EPS (LB-EPS), tightly bound EPS (TB-EPS) showed more significant correlations with granules formation. This investigation will contribute towards a better understanding of the behavior and composition of EPS in sequencing batch reactors. The traditional nitrification and denitrification processes proceed well with typical municipal wastewater. Nevertheless, there are also nitrogen-rich wastewater streams like landfill leachate or reject waters from dewatering of digested sludge, for which traditional nitrification/denitrification can be generally ineffective due to free ammonia inhibition of nitrification and unfavorable biodegradable carbon content for denitrification. Because of high requirements for oxygen and the necessity for addition of external carbon source, treating such nitrogen-rich streams with nitrification/denitrification would become expensive and unsustainable. The least resources consuming pathway for the conversion of ammonium to nitrogen gas is a combination of partial nitrification and the Anammox process. The main advantages of this process compared to the conventional nitrification/denitrification are: low sludge production, decrease of the aeration costs by almost 60% (only half of the ammonia is oxidized to nitrite in the nitritation process without further oxidation to nitrate), and no need for external organic carbon source addition (Anammox process). Furthermore, anammox bacteria oxidize ammonium under anoxic conditions with nitrite as the electron acceptor, and converse energy for CO2 fixation. Additionally, the biomass yield of the Anammox process is very low (0.08 kg VSS kg NH4-N-1 in comparison to 1 kg VSS kg NH4-N-1 in conventional nitrification/denitrification process) consequently, little sludge is produced. The low sludge production is another factor that contributes to the substantially lower operation costs compared to conventional denitrification systems. Advanced oxidation processes (AOPs) are oxidative methods which are based on the generation of the hydroxyl radicals, which are very reactive and less selective than other oxidants. In the wastewater treatment technology, AOPs can be used in a combination with conventional biological techniques (so called hybrid processes), as pre- and post- treatment processes. The advanced oxidation processes have been used in order to increase the biodegradability and also detoxification of the wastewater. The ability of fungi to degrade lignin-cellulose debris is well known. In addition to these natural molecules they may also degrade synthetic compounds, including synthetic dyes. High effectiveness of Evans blue and brilliant green mixture removal by all tested strains was demonstrated. The process was the most effective and fast in shaken conditions. Finally strain MB removed 90% of tested mixture in shaken samples after 96h. It was the best result reached among all the strains used in the experiment. High removal efficiency was accompanied by a decrease of toxicity (from V class to III class in test with D. magna and from IV class even to non-toxic in test with L. minor). The highest decrease of phytotoxicity was noticed in samples with shaken biomass in which the effect of dyes mixture elimination was the best. The research indicates very high potential of tested strains for decolorization and detoxification of dyes mixture. Constructed wetlands are man-made system mimicking the process occurring in natural wetlands. These systems are considered to be an alternative to more technically advanced waste water treatment technologies. The development of constructed wetlands is envisaged to pursue the following directions grouped according to: the type of the waste water to be treated, target contaminants, treatment intensification methods, ancillary benefits and the locality. Mycorrhiza fungi can be used for phytoremediation proccess. They support plant growth by lowering the stress caused by the lack of phosphorus and water. They produce enzymes participating in several stages of xenobiotics decomposition, which is helpful in their further biodegradation performed by the other rhisospherical organisms. The natural colonisation of PAHs contaminated soil is a long-term process. It could be shortend by adding fungal propagules as an inoculum to the soil. Fungi used for the injections should be isolated from PAHs contaminated soil. That guarantees their survival and development in the contaminated environment. The level of PAHs elimination from soil depends on a type of bioremediation modification used. It was shown that the best results are obtained with monocotylous plants combined with bacterial and fungal biopreparations obtained from contaminated soil. The symbiosis of mycorrhiza fungi with monocotylous plants caused ca. 40% increase of 3, 4, 5 and 30% of 6-ring hydrocarbons removal from soil in comparison with the conventional methods. Important aspect of environmental protection and engineering is the possibility for qualitative and quantitative monitoring of complex microbial communities, responsible for biotechnological processes, such as: soil bioremediation, wastewater treatment or composting. Due to the fact that most of the environmental bacteria cannot be grown in the laboratory conditions molecular techniques are widely used in environmental engineering. Among these methods the Polymerase Chain Reaction (PCR)-based and hybridization-based (such as Fluorescent in situ Hybridization; FISH) techniques are known to be the most useful.