I en kanadensisk studie undersöktes om levande nitrifierare förekom i inkommande avloppsvatten, om det i så fall fanns en taxonomisk överensstämmelse med nitrifierarna det aktiva slammet och om hänsyn till en naturlig ympning av nitrifierare bör beaktas vid modellering av en aktivtslamprocess.
Av: Bengt Andersson
Vid modellering av en aktivtslamprocess har förekomsten av ammoniumoxiderande bakterier (AOB) och nitritoxiderande bakterier (NOB) i inkommande avloppsvatten inte betraktats som signifikant och i modellverktyg som IWA.s Activated Sludge Models (ASM) tas inte hänsyn till någon aktiv biomassa i inkommande avloppsvatten. Att bortse från närvaron av nitrifierare i kommunala avloppsvatten, om de förekommer, innebär att modellerna underskattar omfattningen av nitrifikation i aktivtslamprocessen och att resultatet blir mest påtagligt vid låga temperaturer då nitrifierarna är mindre aktiva.
Inga studier har enligt författarna genomförts för bestämning av förekomsten av nitrifierare i inkommande avloppsvatten som kan nå luftningsbassängerna eller om det föreligger en överensstämmelse taxonomiskt mellan nitrifierare närvarande i inkommande avloppsvatten och i det aktiva slammet.
Syftet med genomförd studie var att undersöka om autotrofa nitrifierare är förekommande och levande i inkommande avloppsvatten till kommunala fullskaleanläggningar, om eventuellt förekommande populationer av nitrifierare i inkommande avloppsvatten är de samma som i det aktiva slammet (dvs. om ympning är möjlig och observerad) och vilka effekter för dimensionerande SRT skulle kunna uppnås om ympning beaktas vid en modellering.
Genomförande av undersökningen
Prov på inkommande avloppsvatten till tre olika avloppsreningsverk nära Montreal i Quebec Canada togs ut som entimmesprov under 24 timmar varje dygn. Parallell togs stickprov från det aktiva slammet från olika platser längs bassängerna. Provtagningen skedde under februari månad 2013 under vintersäsong.
DNA extraherades ur proven och närvaron av nitrifierare bestämdes genom kvantitativ PCR (Polymerase Chain Reaction) av specifika funktionella gener, där populationen av AOB analyserades inriktat mot amoA genen (ammonium monooxygenase) och populationen av NOB mot nxrB genen (nitrit oxidoreduktase). Genom pyrosekventiering bestämdes ordningsföljden av nukleotiderna i DNA och kvalitetsfiltrerade sekvenser med minst 97 % likhet grupperades i OTU (operational taxonomic units) med hjälp av en databas (Ribosomal Database Project).
Respirometri användes för uppskattning av syreupptagningshastigheten för inkommande nitrifierande biomassa och för bestämning om biomassan var levande. Genom modellering beräknades den absolut minst erforderliga slamåldern (SRT) vid olika temperaturer med och utan ymp av nitrifierare.
Resultat
Nitrifierare (både AOB och NOB) detekterades i alla inkommande avloppsvattenprov från de tre avloppsreningsverken. Genom att definiera OTU som sekvenser med minst 97 % likhet erhölls i genomsnitt 371 distinkta OTU i inkommande avloppsvatten och 236 OTU i det aktiva slammet för AOB sekvenserna. Färre OTU (99 resp. 83) detekterades för NOB sekvenserna.
En jämförelse visade att dominanta AOB och NOB OTU i inkommande avloppsvatten och i det aktiva slammet var de samma. Andelen sekvenser av OTU som förekom både i inkommande avloppsvatten och i det aktiva slammet i samma anläggning uppgick till 78 % för AOB och till 86 % för NOB. Identiteten av mest vanliga OTU var olika vid de tre verken på grund av variationer i inkommande population. Observationerna styrker hypotesen att inkommande nitrifierare utgör en ymp och har en avgörande betydelse för den nitrifierande populationen i det aktiva slammet.
Bestämning av metabolisk status på nitrifierande biomassa i inkommande avloppsvatten genom respirometri visade att populationerna av AOB och NOB i inkommande avloppsvatten svarade på tillsatsen av ammonium respektive nitrit, vilket visade att nitrifierarna i inkommande avloppsvatten är levande. Det tog emellertid 6,5 resp. 4,5 timmar för AOB och NOB att uppnå full metabolisk aktivitet men det saknar avgörande betydelse eftersom SRT är väsentligt längre än induktionstiden. Baserat på maximala aktivitetsdata konstaterades att inkommande ymp svarade för cirka 0,3 g nitrifierare per dag per gram nitrifierare i luftningsbassängerna.
Påverkan av ymp av nitrifierare från inkommande avloppsvatten vid modellering uppskattades genom att jämföra lägsta erforderlig SRT med och utan ymp. Resultatet visade att ympen inte hade någon större betydelse vid en temperatur av 20 oC men betydelsen blev mer markant vid lägre temperatur. Vid 5 oC reducerades lägsta erforderlig SRT med 56 % genom att beakta ympning vid modelleringen.
Även om det uppenbarligen finns en potentiell ymp av nitrifierare från inkommande avloppsvatten måste dock omfattning och effekt påvisas.
Slutsatser
Studien visade
- att det föreligger en överensstämmelse mellan AOB och NOB OTU.s i inkommande vatten och i det aktiva slammet
- att det finns en naturlig ymp av nitrifierare från inkommande avloppsvatten till aktivtslambassängerna som kan bidra till nitrifikationsprocessen
- att erforderlig SRT vid modellering skulle kunna minskas vid låga avloppsvattentemperaturer om hänsyn tas till inkommande ymp av nitrifierare
- att resultatet kan förbättra driftoptimaliteten med syftet att upprätthålla nitrifikation året om även vid extrem vintersäsong
Källa: S. Jauffur, S. Isazadeh, D. Frigon. Should activated sludge models consider influent seeding of nitrifiers? Field characterization of nitrifying bacteria. Water Science & Technology 70.9 (2014) pp 1526 – 1532.
