Fosforavskiljning under anoxiska och aeroba förhållanden med slam från fem olika fullskaleanläggningar visade att avskiljningen var lägre vid anoxiska förhållanden men att samma avskiljning kunde uppnås med en efterföljande aerob fas med 70 % lägre syrebehov och upp till 70 % lägre COD-behov.
Av: Bengt Andersson
Vid integrerad biologisk fosfor- och kväveavskiljning stimuleras tillväxten av polyfosfatackumulerande organismer (PAO) genom alternerande anaeroba och aeroba förhållanden. En rad olika heterotrofa organismer inkl. PAO (DPAO) kan använda nitrat och/eller nitrit som elektronmottagare vid denitrifikation. Samtidig fosfor- och nitratavskiljning kan ske med samma kolkälla vid anoxisk fosforavskiljning.
Erfarenheterna från fullskaleanläggningar är begränsade vad gäller stökiometri, kinetik och mikrobiologi. En teori är att endast PAO, som kan använda nitrit eller nitrat (alltså DPAO), kan avskilja fosfor vid anoxiska förhållanden medan alla PAO kan avskilja fosfor vid aeroba förhållanden. Det innebär att fosforavskiljning under anoxiska och aeroba förhållanden skulle vara proportionell mot förhållandet mellan DPAO och PAO.
Sporadiska test har gjorts i laboratorieskala för att belysa detta men inga systematiska studier i fullskala har gjorts. Syftet med refererad studie var därför att undersöka aktiviteten av DPAO.s vid fem fullskaleanläggningar för biologisk fosforavskiljning med olika processkonfigurationer.
Genomförande
De fem fullskaleanläggningarna var två A2O-system i Portugal samt ett A2O-system och två biodenitroanläggningar i Danmark. Prov togs ut från slutet av den aeroba fasen under vinterförhållanden från alla verken och under sommarförhållanden vid de portugisiska verken.
Uttagna prov testades enligt följande schema. Första steget var anaerobt under 2 timmar med tillsats av acetat och fosfor. Proven uppdelades därefter, där en del testades aerobt med syrehalter nära mättnad och en del anoxiskt med tillsats av nitrat under 4 – 6 timmar tills PHA-reserverna var slut och fosforavskiljningen stabil. I ytterligare test gjordes försök med aeroba förhållanden efter den anoxiska fasen för att bestämma eventuellt ytterligare fosforupptag. Bestämning av acetat, fosfat och ammonium gjordes i vattenfasen samt PHA, glykogen och total-P i slamfasen. Genom qFISH kvantifierades målorganismer och Accumulibacter-PAO typ I och II.
Resultat
En jämförelse av fosforupptaget vid aeroba och anoxiska förhållanden visade att vid anoxiska förhållanden kunde DPAO endast avskilja omkring 35 % av fosforn i jämförelse med aeroba förhållanden med en andel av 13 % som lägst vid ett de portugisiska verken och 46 % som högst vid ett av de danska verken. Med en efterföljande aerob fas ökade fosforavskiljningen till drygt 90 % av avskiljningen vid aeroba förhållanden. I genomsnitt minskade syrebehovet med omkring 70 % och dessutom avskildes upp till 25 mg/l kväve. För en samtidig avskiljning av fosfor och kväve erfordrades endast 27 – 40 ppm COD i stället för 99 – 112 ppm vid aeroba förhållande, vilket innebar en minskning med cirka 70 %.
Hastigheten vid anoxisk fosforavskiljning var i genomsnitt en tredjedel av hastigheten vid aerob avskiljning. Då luftning introducerades efter den anoxiska fasen startade fosforupptaget med en högre hastighet, dock inte så hög som hastigheten vid enbart aeroba förhållanden. Bestämning av PAH och glykogen indikerade att PAO är aktiva vid anoxiska förhållande med nitrat antingen för att de kunde denitrifiera direkt med nitrat eller för att andra organismer överförde nitrat till nitrit som blev det hastighetsbestämmande steget eftersom ingen nitritackumulering observerades.
Förhållandet mellan avskild P och elektronmottagare (P/O2 resp. P/NO3) var av samma storleksordning som för andra fullskalestudier men lägre än värden rapporterade från försök i laboratorieskala, vilket indikerade att effektiviteten i fullskala var lägre. Detta pekade på vikten av att bestämma aerob och anoxisk fosforavskiljning i fullskala som komplement till mera fundamentala studier i laboratorieskala.
Slammen innehöll mellan 2 – 7 % Accumulibacter. Andelen Tetrasphaera-PAO uppgick till mellan 15 och 30 % men eftersom de inte utnyttjar acetat borde inte deras aktivitet synas i resultaten. Competibacter– och Defluviicoccus– relaterade GAO varierade mellan 1 till 6 %.
Bestämning av fraktionen av DPAO och icke-DPAO i förhållande till Accumulibacter PAO visade att den högsta denitrifikationsaktiviteten fanns i ett av de danska verken med ett förhållande av 84 % och den lägsta aktiviteten fanns i ett av de portugisiska verken med ett förhållande av 25 % med påtagliga variationer i tiden vid de portugisiska verken.
Förmågan att denitrifiera har antagits vara kopplad till olika typer av Accumulibacter, där typ I skulle kunna denitrifiera från nitrat medan typ II bara skulle kunna denitrifiera från nitrit. Inga samband mellan biovolymen av typ I eller typ II Accumulibacter eller dess fraktioner och den anoxiska fosforavskiljningen kunde dock ses. Försöken visade inte heller någon korrelation mellan närvaron av GAO och anoxisk avskiljning av fosfor.
En varierande DPAO aktivitet mellan verken och under året kunde inte förklaras av närvaron av Accumulibacter, Competibacter eller GAO. Bägarförsök är därför den bästa metoden för att utvärdera potentialen vid ett reningsverk för simultan fosfor- och kväveavskiljning.
Slutsatser
En uppskattning av kapaciteten för anoxisk fosforavskiljning vid fem olika anläggningar i fullskala visade att
- fosforavskiljningen vid anoxiska förhållanden endast var partiell (35 %) och med lägre hastighet jämfört med enbart aeroba förhållanden
- med en aerob fas efter den anoxiska uppnåddes nästan samma fosforavskiljning (90 %) med 70 % lägre syrebehov och upp till 70 % lägre behov av kolkälla för denitrifikation
- inga samband identifierades mellan den mikrobiella sammansättningen och förekomsten av DPAO
- bägarförsök är fortsatt det bästa sättet att bestämma prestanda för anoxisk fosforavskiljning
Källa: A.B. Lanham, A. Oehmen, G. Carvalho, A.M. Saunders, P.H. Nielsen, M.A.M. Reis. Denitrification activity of polyphosphate accumulating organisms (PAOs) in full-scale wastewater treatment plants. Water Science & Technology 78.12, 2018, pp 2249 – 2458.
Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.
