Polering av biologiskt renat avloppsvatten med naturlig

Ett utökat näringsupptag från biologiskt renat avloppsvatten har testats med naturliga algkulturer. Särskilt har inverkan av omrörning, luftning och koldioxidtillförsel undersökts i denna studie från Mexiko.

Av: Jörgen Hanaeus

Mikroalger är intressanta ur avloppsverkssynpunkt både för att ta upp näring och hindra eutrofiering av recipienter samt att producera någon form av nyttigheter; t ex gödningsmedel eller biodiesel.

Tolv algkulturer togs ur olika vattenmiljöer och testades för näringsupptag ur biologiskt renat avloppsvatten. Två av dessa valdes för mer detaljerad påverkan. Denna utgjordes av a) omrörning, b) omrörning + 12 h daglig luftning och c) omrörning + luftning med CO₂-berikad luft. Näringsupptaget var gott; ca 70 % av totalt kväve och 90 % av löst fosfor kunde avskiljas.

Intermittent CO₂-tillsats visade sig ge ökad effekt och även högre lipidinnehåll i algmassan. Ett lågt lipidinnehåll, 0,5-4 % minskade lämpligheten för biodieselproduktion, medan en relativt hög askhalt, 30-50 %, pekade mot att användningen till gödningsmedel var mer lovande. 

Bakgrund

Näringsupptag via algkulturer anses vara en resurssnål teknik och med näring från avloppsvatten förstärks den bilden. Ämnen som fettsyror, pigment och antioxidanter är möjliga att utvinna. Biomassan kan också utvecklas till föda för människor och djur; till biobränslen och gödningsmedel.

Dock krävs kunskaper om de processer som kan leda fram till sådana produkter. Vilka algarter är lämpliga, vilka processparametrar är viktiga och hur – ljusintensitet, temperatur, pH, omrörning, luftning.

I föreliggande studie används biologiskt behandlat avloppsvatten och lokal algflora för att undersöka inverkan av processparametrarna omrörning, luftning och koldioxidtillsats. Upptaget av fosfor och kväve fokuserades och algbiomassans lämplighet för biodiesel och gödningsmedel bedömdes.

Försök

Kommunalt, biologiskt behandlat avloppsvatten togs från ett lokalt avloppsverk nära Pesqueria City i Mexiko. Tolv algprover samlades in på ca 0,5 m djup från strandlinjer från olika vattenförekomster i nordvästra Nuevo Leon. De placerades i 500 mL-bägare som försågs med näringslösning och belystes kontinuerligt i två veckor under långsam omrörning.

Algbiomassan koncentrerades därefter genom centrifugering och erhållen stamlösning blandades med avloppsvattnet i 500 mL-bägare. De tolv bägarna undersöktes map nitrat- och fosfatupptag samt algmasseproduktion och de två gynnsammaste valdes till fortsatta försök.

Halvskaledelen utfördes i sex st 21 L cylindriska behållare; höjd 3 dm, diameter 3 dm, med mekanisk omrörare (900 rpm) och anslutning för luft- eller luft + CO₂-inblåsning. Försöken drevs under 30 d med kontinuerlig omrörning (a) eller med omrörning plus luftning 12 h/d (b) eller lika som (b) fast med CO₂-berikad luft (c). Genomsnittstemperaturen under försöken var 13 °C.

Avloppsvattnet som tillfördes algkulturerna höll TOC 18 mg/L, Tot-N 17 mg/L, PO₄^3--P 2,3 mg/L, pH 7,2 och konduktivitet 133 mS/m.

Resultat

Urvalet: efter 12 d hade alla 12 startkulturerna tagit upp 75-91 % av nitratkvävet och 60-80 % av fosfatfosforn. De två kulturer som valdes för fortsatta försök var klart bäst i biomasseproduktion: 165 och 74 mg TS/L jämfört med i genomsnitt 21 mg TS/L för övriga kulturer.

I halvskaledelen var de första 11 dygnen stabila; därefter började påtagliga pH-stegringar och konduktivitetsminskningar att inträffa, olika snabba beroende på vilken behandling de utsattes för. När experimentet avslutades efter 30 d var pH kring 11 utom där extra CO₂ tillsatts, där pH var 7-8.

Nitratinnehållet sjönk påtagligt, från ca 15 mg NO₃-N/L till 1-4 mg/L efter 16 d. Ammoniuminnehållet ökade i ca 12 d för att sedan minska och var < 0,1 mg NH₄⁺-N efter 26 d för samtliga behandlingar. Fosfatfosforinnehållet sjönk från 2,3 mg P/L till ca 0,3 mg P/L efter 18-30 d, beroende på behandlingstyp.

Gällande fosfatupptaget var behållarna med enbart omrörning effektivast med ca 94 % reduktion för de båda valda kulturerna.

Lipidinnehållet i algbiomassan var lågt i alla behandlingar, < 5% av TS, men högst där CO₂ tillsatts. Fosforinnehållet var ca 0,5 % medan det organiska kväveinnehållet (Kjeldahl-N) varierade mellan 0,5 och 1 % av TS, lägst för de CO₂-berikade behållarna.

Askinnehållet varierade mellan 30 och 50 % av TS.

Slutsatser

Lågt lipidinnehåll men hög askhalt indikerar att algmassan är olämplig   för biodieselproduktion, men kan vara gångbar som gödselmedel. Ändamålet påverkar alltså i hög grad processutformningen.

Källa: Beltran-Rocha, J.C.¹⁾ , Barcelo-Quintal, I.D.²⁾, Garcia-Martinez, M.²⁾, Osornio-Berthet, L.²⁾, Saavedra-Villareal, N.¹⁾,Villareal-Chiu, J.¹⁾ & Lopez-Chuken, U.J.¹⁾ (2017): Polishing of municipal secondary effluent using native microalgae consortia. Water Science & Technology, 75.7, pp 1693-1701.

Hela artikeln finns att köpa här. 

Författarna från: 

1)     Universidad Autonoma de Nuevo Leon, Pedro de Alba S/N, Ciudad

Universitaria, San Nicolas de los Garcia 66451, Nuevo Leon, Mexico.

2)     Universidad Autonoma Metropolitana Azcapotzalco, Av. San Pablo Xalpa 180, Reynosa Tamaulipas, Azcapotzalco 02200, CDMx, Mexico.

Kontakt:  ulrico.lopez@uani.mx