Annons Kamstrup 2024

Bakteriepopulation i ett fullskaligt biofilter som behandla

Internationell VA-utveckling 5/18

Luktande gas från avloppsverk, dominerad av svavelväte, har behandlats i torvbiofilter. De bakteriegenera som främst detekterades var Acidotermus, Telmatobacter, Methylovirgula och Bryobacter och 99 % reduktion uppnåddes.

Av: Jörgen Hanaeus

Lukt från avloppsverk är en vanlig källa till klagomål och olika filtertyper kommer till användning för att behandla utgående gas, som vanligen domineras av svavelväte, H2S. 

Här undersöks den mikrobiologiska populationen i ett fullskaligt luktbiofilter med torv vid ett avloppsverk. Svavelväte reducerades med 99 % i filtret som hade en uppehållstid av 30 s vid tom bädd. High-throughput 16S rRNA-sekvensering användes för analys av bakteriearterna. Analyserna gjordes säsongsvis sommar/vinter för sex olika positioner i filtret.

Dominerande bakteriegenera befanns vara Acidotermus, Telmatobacter, Methylovirgula och Bryobacter.

Bakgrund

Avloppsvattenrening och flera industriella processer genererar luktande gaser som kan ge avsevärda bidrag till atmosfärisk förorening och i synnerhet drabbas förstås närboende. I verken kommer lukten från organiskt material som bryts ner anaerobt vilket ger sulfider. Svavelväte är en färglös gas, olöslig i vatten, korrosiv och toxisk; ger obehag även i låga koncentrationer.

Intresset för att kontrollera illaluktande gaser har ökat på senare år; via nya lagar och förordningar. Fysikalisk-kemiska metoder är energikrävande och kan ge biprodukter som i sin tur kräver behandling vilket har ökat intresset för biologiska behandlingsmetoder.

Biofiltrering är billig och miljövänlig och kan behandla stora gasmängder med låga föroreningskoncentrationer. Biofiltreringen utförs i ett fixt medium där en biofilm växer på ytorna och där mikroorganismer oxiderar de luktande komponenterna till mindre besvärliga beståndsdelar. 

De bakterier som är aktiva använder svavelväte som energikälla och omvandlar gasen till luktfria biprodukter som sulfat, koldioxid och biomassa. Biofiltret fungerar bäst vid stabila arbetsförhållanden, dvs gällande näring och svavelvätekoncentrationer.  

Försök

Ett fullskaligt biofilter installerades i en avloppspumpstation i Florianopolis, Brasilien. Gasemissionen var alltså inte reglerbar utan uttrycktes i form av H2S som fanns i intervallet 0,002 – 5,66 mg/m3.

Biofiltret var rektangulärt med en volym av 6 m3, höjden 1 m och fyllt med torv (från en trädgårdsbutik); porositet 60 %, vattenhalt 60 – 80 %, pH 4 – 6. Torven bars av ett flislager på 15 cm i vilken fördelningsmunstycken placerats. Gasen, 720 m3/h, passerade uppströms och uppehållstiden i obelastad bädd var 30 sekunder. Bakteriekoncentrationen var 7×108 cfu/mL.

In och utgående H2S analyserades liksom molekylära analyser för diversitet och antal. De molekylära analyserna gjordes på bakterieprov från 15 och 75 cm djup och 2 m ifrån varandra och 0,5 m från väggen; vinter och sommar. Filtret startades 2013 och analyserna genomfördes 2015. 213 H2S-analyser utfördes. 

Resultat

Biofiltret kunde startas på ett fåtal dagar utan särskilt inoculum. H2S-koncentrationerna gick från 0,01 – 5,70 mg/m3 (in) till 0,00 – 0,21 mg/m3 (ut) och reduktionen var nära 100 %.

Ca 126 000 sekvensläsningar av hög kvalitet gjordes av bakteriernas 16 S rRNA. Sommarens torvprov visade det högsta bakterietalen, medan vinterprov från den lägre (men tidigare) provpunkten i filtret gav de lägsta värdena. Diversiteten (Shannon index) var högre i sommarproven och slutsatsen drogs att temperatur, syresättning och fuktinnehåll hade stark inverkan på den bakteriella sammansättningen.

I filtret var antalet OTUs (Chao 1) omkring 400 med små variationer. Själva torvprovet höll dock ca 170 OTUs (Operationell Taxonomisk Unit/Enhet). Antalet fyla med ett större antal sekvenser var 20. Proteobacteria, Acidobacteria och Actinobacteria fanns redan då filtret startades och expanderade efter filterstart. Bacteroidetes fanns också vid starten, men minskade drastiskt under drift.

Proteobacteria var största fylum med ca 50 % av lästa värden. Acidobacteria sedan med drygt 30 % sommartid och kring 25 % för vinterproverna.

Genusfördelningen visade att Chitinophaga var dominerande i torvmaterialet men i övriga prover var Acidothermus (ca 20 %), Telmatobacter (ca 10 %), Methylovirgula (ca 7 %), Bryobacter (ca 4 %) och Rhizomicrobium de mest frekventa. Acidothermus är gramnegativa, obligata aerober som växer vid termofila temperaturer och konsumerar H2S.

Slutsatser

Biofiltret avskilde H2S till över 99 % och arbetade stabilt över försöksperioden på närmare 3 år. De molekylära analyserna visade att djupet inte var avgörande för struktur och artfördelningen i bakteriesamhället, som var tämligen homogent utan säsongsvariationen var större än rumsvariationen. 

Dominerande genera när systemet börjat arbeta var gram-negativa, aeroba eller fakultativt anaeroba acidofiler och mesofiler som Acidothermus, Telmatobacter, Methylovirgula, Bryobacter och Rhizomicrobium.

I Skandinavien kan periodvis låga gastemperaturer påverka bakteriesammansättningen.

  

Källa: Allievi, M.J.1), Silveira, D.D.1), Cantao, M.E.2) & Filho,P.B.1) (2018):”Bacterial community diversity in full scale biofilter treating wastewater odor”. Water Science & Technology, 77.8, pp 2014-2022.

Författarna från:

1)    Department of Environmental Engineering, Federal University of Santa Catarina, Delfino Conti, Trinidade, Florianopolis, Santa Catarina, Brazil.

2)    Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuaria, Embrapa Sunos e Aves, BR 153, km 110, Vila Tamandua, Concordia, Santa Catarina, Brazil

Kontakt:   mjallievi@gmail.com

Annons Wateraid