Genom ympning (bioaugmentation) av nitrifierare från en rejektvattenprocess i fullskala ökade diversiteten av nitrifierare såväl i huvudprocessen som i sidoprocessen och förekomsten av nitrifierare ökade med cirka 25 % i förhållande till en referenslinje utan ympning.
Av: Bengt Andersson
Nitrifierare är de bakterier i konventionella avloppsreningsverk, som har lägst tillväxthastighet, och de utgör normalt mindre än 4 % av biomassan. Hastigheten påverkas dessutom påtagligt av avloppsvattentemperaturen, vilket erfordrar en stor bassängvolym för nitrifikation vid reningsverk i kallt klimat.
Ett effektivt sätt att öka nitrifikationen i huvudströmsprocessen är att om det finns en sidoströmsprocess för rejektvattenbehandling öka mängden nitrifierare genom bioaugmentation, vilket innebär att nitrifierare från rejektvattenanläggningen kan ympas till huvudströmmen. Typen av nitrifierare kan emellertid vara olika beroende på olika driftsförhållanden i processerna och för att stimulera tillväxten av nitrifierare, som redan finns i huvudströmmen, är det en fördel om överskottsslam från huvudströmmen även leds till rejektvattenprocessen.
Flera studier av bioaugmentation av nitrifierare finns dokumenterade i litteraturen men få avser studier i fullskala. I studierna har undersökts effekten på ammoniumoxiderande bakterier (AOB) medan effekten på nitritoxiderande bakterier (NOB) inte har beaktats. I refererad studie valdes att värdera bioaugmentation ur mikrobiell synpunkt, där modern molekylärteknik användes för identifiering av bakterier.
Syftet med refererad studie var att visa om antalet nitrifierare i huvudströmsprocessen ökar genom en ympning av nitrifierare från en sidoströmsreaktor genom bioaugmentation och hur bakteriesläkten och -arter av nitrifierare förändras med tiden.
Genomförande
Försöken utfördes vid Slottshagens avloppsreningsverk i Norrköping under nästan sex månader mellan december och maj månad. Huvudströmsprocessen utgjordes av två parallella linjer utformade för fördenitrifikation och kontaktstabilisering (försökslinjen och referenslinjen) med samma volumetriska belastning, SRT och drift. SRT uppgick till mellan 16 och 20 dygn och nitrifikationsgraden till cirka 90 % med en minskning av halten ammonium från 23 till 2,5 mg/l mg NH4-N/l. Rejektvattnet, som behandlades i en SBR-anläggning under den kalla perioden november till maj månad, utgjorde cirka 0,5 % av inkommande avloppsvattenflöde och omkring 15 % av den totala kvävebelastningen på verket. Under försöken ändrades SRT i SBR-anläggningen från 10 till 2,5 dygn i fyra steg samtidigt som returslamflödet till SBR ökades från 0 till 100 % i fyra steg. Allt rejektvatten leddes till försökslinjen.
Stickprov togs varannan vecka från SBR och de två flödeslinjerna för bestämning av bakteriesammansättningen genom DNA-extraktion och 16S rRNA amplikon sekventiering.
Resultat
Antalet bakteriearter innan försöken med bioaugmentation startade uppgick till omkring 900 i SBR-reaktorn och till cirka 1500 resp. 1800 i referens- och försökslinjerna. Efter det att returslammet började pumpas in till SBR-reaktorn ökade antalet arter i SBR till cirka 1700 medan det totala antalet arter var oförändrat i huvudströmslinjerna.
Den relativa förekomsten av nitrifierare i försökslinjen, referenslinjen resp. i SBR uppgick till 1,5 – 3,5 %, 1,2 – 3,2 % resp. 1,4 – 7,8 % av biomassan. 11 olika arter av AOB kunde bestämmas av vilka 10 tillhörde Nitrosomonas och 1 Nitrospiras (med mycket låg förekomst i några få prov) medan 5 olika arter av NOB identifierades av vilka 3 tillhörde Nitrospiras och 2 Nitrotoga.
Bestämning av nitrifikationshastigheten visade att hastigheten var drygt 40 % högre i försökslinjen jämfört med referenslinjen under en treveckorsperiod då temperaturen var som lägst. I genomsnitt under hela försöket var nitrifikationshastigheten omkring 25 % högre i försökslinjen jämfört med referenslinjen.
Det detekterades maximalt 8 arter av nitrifierare innan starten av försöket. Då bioaugmentation började minskade antalet arter i referenslinjen medan antalet arter av nitrifierare i försökslinjen och i SBR ökade under samma tidsperiod även under den kallaste perioden. Ökningen berodde på bioaugmentationen och både AOB och NOB ökade. Av biomassan i referenslinjen var 1,0 % AOB och 0,77 % NOB. Motsvarande fördelning i försökslinjen var 1,32 % AOB och 0,9 % NOB och i SBR 1,34 % AOB och 1,97 % NOB. Den genomsnittliga förekomsten av nitrifierare var således cirka 25 % högre i försökslinjen jämfört med referenslinjen, vilket motsvarar skillnaden i genomsnittlig nitrifikationshastighet mellan de två linjerna.
De dominerande arterna av NOB i alla tre reaktorer var Nitrotoga och Nitrospira. Nitrotoga är en tämligen nyupptäckt NOB, som är anpassad till kallt klimat och låga nitrithalter medan Nitrospira har ett bredare temperaturintervall. Även om de båda arterna kan finnas samtidigt kan Nitrotogas ta över vid kallt klimat. Försöken visade att Nitrospiras dominerade i alla linjerna innan försöket. Efter några veckor ökade förekomsten av Nitrotogas först i referenslinjen och några veckor senare även i försökslinjen och i SBR. Fördröjningen berodde på den högre temperaturen i SBR, som favoriserade Nitrospiras. Nitrobacter kunde däremot inte detekteras i någon av reaktorerna.
Slutsatser
Försök med bioaugmentation i fullskala för en förbättrad nitrifikation visade att
- diversiteten av nitrifierare ökade i försökslinjen och i rejektvattenprocessen även under den kallaste perioden
- förekomsten av nitrifierare i försökslinjen ökade med cirka 25 % i genomsnitt för hela perioden på 4 månader
- Nitrotogas var dominerande NOB i huvudströmsprocessen på grund av den låga temperaturen i avloppsvattnet medan Nitrobacter inte förekom alls
Källa: F. Stenström, J. la Cour Jansen. Impact of nitrifiers of full-scale bioaugmentation. Water Science & Technology 76.11 2017, pp 30793085 – 1780.
