Den totala sammansättningen av trådformiga bakterier i avloppsreningsverk för långtgående närsaltavskiljning har för första gången kvantifierats i fullskaleanläggningar vid en studie vid 28 danska avloppsreningsverk. Samtidigt insamlades information om verkens utformning, dimensionering och driftbetingelser för utvärdering av eventuella samband.
Av: Bengt Andersson
Ett frekvent driftproblem med slamsvällning och skumning inträffar ofta i aktivtslamanläggningar utformade för långtgående närsaltavskiljning. Detta beror i huvudsak på förekomsten av trådformiga bakterier (filament), vars roll i den biologiska nedbrytningsprocessen är dåligt känd men vars fysiska roll vid flockbildning, sedimentering och skumning är väl dokumenterad. För stor förekomst av filament kan bli problematisk för driften och det finns ingen universell strategi för att förhindra eller eliminera problemen med filament. Åtgärder som förändrade driftstrategier eller dosering av olika kemikalier har tillämpats med varierande framgång.
En större förståelse för filamentens funktion i aktivtslamprocessen är en nyckelfråga för att förhindra en omfattande tillväxt av dem i processen. Många studier har genomförts genom åren och med FISH-teknik (fluorescence in situ hybridization) har ett nytt verktyg erhållits som komplement till studier av morfologi och infärgning för identifiering av olika filament. Idag finns FISH-prober för de mest vanligt förekommande filamenten i kommunala aktivtslamanläggningar.
Studien
Under cirka fem år har den mikrobiella populationsdynamiken undersökts i mer än 30 danska fullskaleanläggningar med närsaltsavskiljning. Presenterad studie omfattar data från 28 anläggningar insamlade under åren 2009, 2010 och 2011. Anläggningarnas storlek varierade mellan 14000 och 420000 p.e. och processutformningen var antingen en alternerande eller recirkulerande aktivtslamprocess. Vid 21 av de 28 verken tillämpades biologisk fosforavskiljning. Industribelastningen varierade mellan 0 och 70 %. Temperaturvariationerna i avloppsvattnet uppgick till mellan 7 och 20 oC och slamåldern var mellan 20 och 25 dygn under sommaren och mellan 25 och 30 dygn under vintern. Vid 12 av verken doserades polyaluminiumklorid främst under höst och vinter för att förbättra sedimenteringsegenskaperna och begränsa tillväxten av Microthrix. Vid samtliga verk tillsattes en låg dos av järnsulfat eller järnklorid för att förbättra fosforavskiljningen och flockningen. Samtliga reningsverk uppvisade i stort en stabil drift utan större störningar med utgående halter lägre än uppställda begränsningsvärden på 8 mg N/l, 0,5 eller 1 mg P/l och 70 mg COD/l.
Provtagning skedde två gånger om året för 21 av verken och 4 gånger om året för 7 av verken. Provtagning två gånger i veckan gjordes vid ett verk under tre månader för att belysa korttidsförändringar för filamentförekomst. Uttagna prov från luftningsbassängerna genomgick en visuell karakterisering genom mikroskopi efter Eikelbooms schema samt registrering av allmänna slamegenskaper som flockstruktur, flockegenskaper och filamentindex. FISH-analyser genomfördes med hjälp av ett trettiotal prober i ett logiskt och väl genomtänkt schema. Databearbetning genomfördes med hjälp av statistiska jämförelser och kurvanalys, korrelations- och clusteranalys inkluderande multivariat variansanalys och principalkomponentanalys.
Resultat
Tillfälliga driftproblem relaterade till sedimentering och skumning observerades vid 15 % av verken med höga FI-index (Filament Index) (3,5 – 5) och DSVI-värden (Diluted Sludge Volume Index) (> 126 ml/g). Endast 4 % av verken hade ett lågt FI-index (< 1,5) och ett lågt DSVI (< 100 ml/g). De flesta reningsverken (cirka 80 %) hade ett FI-index mellan 2 och 3 och DSVI av 105 ml/g i genomsnitt och någon större negativ effekt på sedimenteringsegenskaperna kunde inte konstateras.
Flockarna i aktivtslamanläggningarna karakteriserades som starka enligt Eikelbooms karakteriseringsschema. Vid de 7 verk som studerades mera ingående kunde inga förändringar av flockstruktur och -utseende noteras under studien.
Trådformiga bakterier fanns i riklig mängd i alla verken. Med FISH-teknik kunde konstateras att filamenten utgjorde i genomsnitt cirka 24 % av biomassan och i några fall med höga FI-index ända upp till 46 %. Tillgängliga FISH-prober kunde identifiera det överväldigande flertalet av filamenten. Behov av prober för oidentifierade Chloroflexi och TM7 arter finns emellertid. För en kvantifiering erfordras tillgång till FISH-teknik eftersom flertalet filament gömdes i slamflockarna.
Ett fåtal typer utgjorde majoriteten av filament i varje verk. Den dominerande bakterien var Microthrix, som svarade för 6 % av biomassan och mellan 11 och 22 % av alla filament. Den mest förekommande filamentstammen var Chloroflexi, där typ 0092, 0803 och 1851 utgjorde i medeltal lite drygt 10 % av biomassan och mellan 30 och 60 % av filamenten. En annan vanlig population identifierade med en specifik probe var filament ur stammen TM7 (cirka 5 % av filamenten). Även många andra filament identifierades, dock inte så riklig förekomst.
Säsongsvariationer kunde observeras för Microthrix och TM7. Microthrix förekom rikligast under vinter och vår och TM7-filament var mest förekommande under hösten. Chloroflexi tycktes var mest förekommande under sommar och höst.
Med hjälp av multivariat variansanalys kunde visas att varje verk hade en unik sammansättning av filament som var stabil under de tre år undersökningen pågick. Korrelationsanalys visade att det fanns starka samband under ett år men inte under följande år och det visar att ett års studier är för kort tid för att kunna dra några slutsatser. Inga starka samband kunde konstateras mellan filamentförekomst och -sammansättning och den fysiska utformningen av verken.
Slutsatser
Av undersökningen konstaterades att majoriteten av filament kunde identifieras med tillgängliga FISH-prober. Trådformiga bakterier var rikligt förekommande vid samtliga undersökta danska aktivtslamanläggningar för långtgående närsaltavskiljning och filamenten utgjorde i genomsnitt cirka 24 % av biomassan. Mest förekommande filament var Microthrix, Chloroflexi typ 0092 och 0803 samt TM7.
Varje reningsverk hade en unik sammansättning av filament som var stabil under hela undersökningen. Inga starka samband fanns mellan filamentförekomst och – sammansättning och fysiska parametrar.
Faktorer som sannolikt mest påverkar filamentförekomsten i aktivtslamanläggningarna är sammansättningen av organiskt material i inkommande avloppsvatten och större förändringar av driften av anläggningarna.
Trots den rikliga förekomsten av filament observerades driftproblem med sedimentering och skumning endast vid cirka 15 % av verken, som hade högst FI-index.
Källa: A.T Mielczarek, C Kragelund, P.S. Eriksen, P. Halkjaer Nielsen. Population Dynamics if Filamentous Bacteria in Danish Wastewater Treatment Plants with Nutrient Removal. Water Research 46 (2012) pp 3781 – 3795.
Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.
