Genom en strategi att leda en del av ett inkommande avloppsvatten med lågt COD-innehåll till anoxreaktorn istället för till den anaeroba reaktorn i en UCT-process kunde såväl kväve- som fosforavskiljningen förbättras högst väsentligt.
Av: Bengt Andersson
En University of Cape Town process (UCT) är uppbyggd med en anaerob, en anoxisk och en aerob reaktor samt en sedimenteringsbassäng för att uppnå en långtgående kväve- och fosforavskiljning. S.k. DPR-teknik (denitrifying phosphorus removal) har kunnat implementeras i UCT-processen genom att returslammet från sedimenteringen leds in i den anoxiska i stället för i den anaeroba reaktorn. I anoxreaktorn avskiljs en stor del av NOx-N, vilket medför att en inhiberande inverkan av NOx-N i den anaeroba reaktorn minimeras och att syntesen av PHB underlättas. Upplagrad PHB kan användas som lättillgänglig kolkälla för denitrifierare och för DPAO.s (denitrifying phosphorus accumulating organisms), som kan använda NOx-N istället för syre som elektronmottagare.
I UCT-processen leds inkommande avloppsvatten in till den anaeroba reaktorn, där en stor del av COD förbrukas av PAO och heterotrofer och där mängden COD i anoxreaktorn kan bli otillräcklig för denitrifikation och för DPR. För att undvika att en för stor del av COD förbrukas i den anaeroba reaktorn kan en förbiledning av en del av inkommande avloppsvatten till anoxreaktorn förbättra både denitrifikationen och DPR.
Syftet med refererad studie var att undersöka genomförbarheten av en modifiering av UCT-processen genom en strategi för förbiledning av inkommande avloppsvatten för att uppnå en bättre N- och P-avskiljning då avloppsvattnet innehåller otillräckligt med COD.
Genomförande av undersökningen
Studien genomfördes i en UCT-process i laboratorieskala, där den aeroba reaktorn även försetts med rörligt bärarmaterial (IFAS, integrated fixed-film activated sludge) för att förbättra nitrifikationen. Försöken utfördes under cirka 5 månader och de indelades i 5 olika faser, där olika andel av inkommande avloppsvatten förbileddes den anaeroba reaktorn (0, 40, 50, 60 resp. 70 %). Processmodifikationen döptes till BUCT-IFAS, där B står för bypass. Returslamflödet uppgick till 70 %, cirkulationsflödet från anoxreaktorn till den anaeroba reaktorn till 200 % och cirkulationsflödet från utloppet av den aeroba till inloppet av den anoxiska reaktorn till 200 % av inkommande flöde.
Ett syntetiskt avloppsvatten användes för försöken innehållande i genomsnitt 155 mg COD/l, 47 mg total-N/l och 6,4 mg total-P/l, vilket gav en C/N-kvot av 3,3. Den totala avskiljningen av kväve och fosfor bestämdes liksom fosforavskiljningen och denitrifikation genom DPR samt kväveavskiljningen genom simultan nitrifikation och denitrifikation. Batchvisa försök gjordes för att undersöka funktionen av DPAO och PAO vid olika förbiledningsflöden.
Resultat
Avskiljningen av fosfor ökade då förbiledningen ökades upp till 60 % av totalt inkommande flöde. Det innebar att fosforhalten i utgående avloppsvatten minskade från 3,0 mg P/l utan förbiledning till 0,4 mg P/l vid 60 % förbiledning, vilket ökade avskiljningsgraden av fosfor från 53 till 94 %.
Med mera COD in till anoxreaktorn minskade utgående halt NOx-N varvid det anaeroba fosforsläppet ökade. Samtidigt ökade PHB proportionellt mot fosforsläppet, vilket bidrog till en ökad syntes av PHB som kunde tjäna som kolkälla för DPAO i anoxreaktorn. De batchvisa mätningarna av P-upptagningshastigheten visade att förhållandet mellan den anoxiska P-upptagshastigheten och den aeroba upptagshastigheten ökade från 29 till 56 %, vilket innebar att andelen DPAO i PAO ökade då driftförhållandena förändrades genom förbiledningen.
En ytterligare ökning av förbiledningen till 70 % resulterade i en försämrad fosforavskiljning från 94 till 85 % och en ökad utgående halt från 0,4 till 1,0 mg P/l på grund av en för liten mängd COD in till den anaeroba reaktorn.
Fullständig nitrifikation uppnåddes i anläggningen genom att biofilmen på det rörliga bärarmaterialet i den aeroba reaktorn kunde kvarhålla långsamväxande nitrifierare. Kväveavskiljningen ökade från 46 % utan förbiledning till 72 % med en förbiledning av 70 % av inkommande flöde med en minskning av utgående kvävehalt från 25 till 13,4 mg N/l. Med mer COD tillgängligt som elektrondonator kunde avskiljningen genom denitrifikation i förhållande till den totala kväveavskiljningen öka från 59 till 75 %. Avskiljningen genom simultan nitrifikation och denitrifikation i den aeroba zonen uppgick till mellan 12 och 13 % genom att såväl nitrifierare och heterotrofer lätt kunde anrikas på bärarmaterialet och genom lägre syrepenetrering in i de innersta delarna av biofilmen gynnades en anoxisk mikromiljö för denitrifierande bakterier.
Utgående kvävehalt vid 60 resp. 70 % förbiledning uppgick till 14 resp. 13 mg N/l, vilket uppfyllde utsläppskraven i Kina på 15 mg N/l. Samtidigt uppnåddes en utgående fosforhalt av 1,0 resp. 0,4 mg P/l och eftersom utsläppskraven uppgick till 0,5 mg P/l var en förbiledning av 60 % av flödet den optimala.
Slutsatser
Studien visade att
- såväl kväve- som fosforavskiljningen kunde ökas genom tillämpning av en strategi där en del av inkommande avloppsvatten förbileddes den anaeroba reaktorn
- genom förbiledningen stimulerades såväl denitrifikationen som DPR i anoxreaktorn
- förbiledning av 60 % av inkommande avloppsvatten var optimalt med halter i utgående avloppsvatten som uppfyllde nationella utsläppskrav i Kina för såväl kväve som fosfor.
Källa: Y. Bai, X. Quan, Y. Zhang, S. Chen. Enhancing nitrogen and phosphorus removal in the BUCT-IFAS process by bypass flow strategy. Water Science & Technology 72.4 (2015) pp 528 – 534.
