Effekt av fosforåtervinning i sidoström på den biologiska fosforavskiljningen i en ny BNR-IC process bestämd av kemisk och mikrobiologisk analys. Det föreligger ett stort behov av att återvinna fosfor ur avloppsfraktioner för utnyttjande på jordbruksmark. Samhällets syn på fosforprodukten som återvinns är avgörande för utfallet. Refererad studie indikerar ett sätt att kombinera en långtgående biologisk fosforavskiljning med en långtgående återvinning av fosfor i form av hydroxiapatit.
Av: Bengt Andersson
Flera försök har gjorts för att utveckla integrerade biologiska och kemiska processer för att avskilja fosfor och att återvinna fosforn i form av värdefulla produkter som struvit (MAP) eller hydroxiapatit (HAP). De lösningar som tagits fram bygger på att slammet från en bio-P anläggning (BNR) rötas anaerobt och att rejektvattnet med höga fosforhalter behandlas genom kemisk fällning.
Ett annat sätt att återvinna fosforn är utnyttja inducerad kristallisation (IC) istället för kemisk fällning. I artikeln beskrivs hur IC kan integreras med BNR i en sidoströmsprocess (BNR-IC). Processen bygger på att en fosforrik ström skapas av denitrifierande polyfosfatackumulerande organismer (DPAO) i ett anaerobt steg. En del av denna ström leds till IC, där fosforn kan återvinnas i form av HAP som lätt kan avvattnas och användas direkt som gödning. Genom fosforåtervinningen minskas P-belastningen på efterföljande anoxiska steg.
Det är endast en delström som leds från det anaeroba steget till IC och fosforåtervinningen beror i hög grad på sidoströmsförhållandet (SSR), dvs. hur mycket av det totala flödet som leds till IC. Syftet med studien var att med hjälp av kemiska och mikrobiella analyser undersöka hur SSR påverkar avskiljning och återvinning av fosfor.
Genomförande av undersökningen
Försöken utfördes i en anläggning i pilotskala uppbyggd av ett anaerobt steg, ett aerobt steg och ett anoxiskt/aerobt steg. I det anaeroba steget sker fosforsläpp och upptag av COD av DPAO. Efter sedimentering leds en del av det fosforrika vattnet till en IC-kolonn för återvinning av fosfor. Resterande vatten tillsammans med utgående vatten från IC leds till ett aerobt steg för nitrifikation. Efter sedimentering leds vattnet till det anoxiska steget för simultan denitrifikation och fosforupptag med nitrat som elektronacceptor. Ett aerobt steg finns för kvävgasstrippning och kompletterande närsaltavskiljning. Slam från det anaeroba steget leds till anoxtanken och slam från det anoxiska/aeroba steget återförs till det anaeroba steget. Överskottsslam tas ut från det aeroba steget.
Försöken utfördes med ett syntetiskt avloppsvatten med en fosforhalt av 10 mg P/l, en COD-halt av 250 mg/l och en totalkvävehalt av 42 mg N/l. Slamåldern för nitrifierare resp. DPAO uppgick till 16 resp. 12 dygn. SSR varierades mellan 0 och 55 % i 6 steg och varje steg varande i 30 dygn.
Kemiska analyser utfördes enligt standard. Mikrobiologiska analyser av slammet gjordes efter varje steg. Analyskedjan bestod av förbehandling av prov, extraktion av DNA och PCR-förstärkning (Polymerase Chain Reaction) samt gelelektroforesis (DGGE) och sekventiering av PCR-fragmenten. Med hjälp av en programvara BLAST kunde resultaten jämföras med närmast kända organismer. Det fylogenetiska trädet kunde klassificeras och likheter i DGGE-profilerna beräknades med hjälp av DICE koefficient.
Resultat
Fosforsläpp och fosforupptag minskade då SSR ökades. Minskningen var mest markant för SSR över 35 %. Fosforavskiljningen i BNR-IC ökade emellertid med ökande SSR upp till 35 % och utgående fosforhalt minskade linjärt från 0,75 mg P/l vid 0 % till 0,39 mg P/l vid 35 %. Ökningen av avskiljningen förklarades av en minskad fosforbelastning på det anoxiska steget. En ytterligare ökning av SSR till 45 resp. 55 % medförde att utgående fosforhalt ökade till 1,05 resp. 2,24 mg P/l. Den minskade fosforavskiljningen förklarades av en inhibering av DPAO med lägre släpp och upptag av fosfor.
Effekten av fosforåtervinning i IC-kolonnen vid olika SSR visade att effektiviteten minskade gradvis från omkring 80 % vid SSR 15 % till omkring 55 % vid SSR 55 %. Emellertid ökade mängden återvunnen forsfor först med ökande SSR för att sedan minska och den maximala återvinningen uppgick till 7,2 mg P/l vid 35 % SSR, vilket innebar en återvinningsgrad av 72 %.
Kalciumklorid användes som ympkristall i IC och återvunnen fosforprodukt utgjordes i huvudsak av HAP.
DGGE-analysen detekterade visuellt 11 band med störst rikedom av organismer och de mikrobiella populationerna klassificerades i fem olika fyla. Sex av banden förekom i samliga försök och de var närmast relaterade till Ferribacterium, Thiotrix, Acidovorax, Acinetobacter, Simplicispia och Comamonas. Detta indikerade att dessa mikroorganismer svarade för fosforavskiljningen vid anaeroba/anoxiska förhållanden, dvs. DPAO. Jämfört med de fyra första försöken (SSR 0 – 35 %) uppvisade de två sista (SSR 45 – 55 %) en större mikrobiell mångfald, som indikerade en negativ effekt på tillväxten av DPAO. De lägre fosforhalterna i anoxsteget innebar troligen att tillväxten av andra organismer stimulerades. Detta bekräftades av DICE koefficienten, som var låg vid jämförelsen av försök med SSR 0 % och försöken med SSR 45 och 55 %.
Slutsatser
Studien visade att
- en sidoströmsprocess med inducerad kristallisation (IC) hade en positiv effekt på fosforavskiljningen upp till en belastning motsvarande 35 % av avloppsvattenflödet
- processen hade en negativ effekt på fosforavskiljningen vid högre belastning av IC beroende på en förändring av den mikrobiologiska sammansättningen
- fosforåtervinningen från IC i form av HAP var störst vid en belastning av IC motsvarande 35 % av flödet och uppgick till då till 7,2 mg P/l motsvarande 72 % av inkommande fosformängd
Källa: H.M. Zou, X.W. Lu, T. Li. Effect of side-stream phosphorus recovery on biological phosphorus removal performance investigated in a novel BNR-IC process. Water Science & Technology 70.9 (2014) pp 1441 – 1447.
