Monokulturer av två olika algarter har tillsatts efter biologisk rening eller efter ett följande nitrifikationssteg i ett avloppsverk. Jämförelse har gjorts med algarter, som naturligt utvecklats i dessa steg, avseende närsaltavskiljning och biomassatillväxt.
Av: Jörgen Hanaeus
Algmonokulturer har odlats i vatten från två olika positioner på ett kommunalt avloppsverk i Florida med mekanisk rening, biologisk rening och kväverening. Chlorella sorokiniana och Botryococcus braunii har odlats i avloppsvatten som uttagits efter biosteget (aktivt slam/syre) samt efter nitrifikation. Effekten av de algarter som naturligen växte vid belysning av dessa vatten undersöktes också. Efter 12 dygn hade alla nämnda algarter separerat kväve till mellan 66 och 82 % i den första positionen och mellan 37 och 99 % i den andra positionen. Motsvarande siffror för fosforupptag var 91-100 % resp 60-100 %.
Slutsatsen blev att alger är intressanta för reduktion av närsaltsutsläpp och produktion av biomassa i avloppsverk.
Bakgrund
Algers aktivitet i biodammar för avloppsrening har varit känd sedan länge. Intresset riktas nu mot möjligheten att integrera algodling i större, kompakta avloppsverk med flerstegsrening; något som kan ha både miljömässiga och ekonomiska fördelar.
Två monokulturer och två naturliga kulturer av alger (upptagna vid de positioner i avloppsverket där odlingsvatten hämtades) odlades och dessa fyra kulturers förmåga att producera biomassa och ta upp fosfor och kväve i de olika positionerna uppmättes i laboratorieförsök.
De monokulturer som provades var Chlorella sorokiniana och Botryococcus braunii. Den förstnämnda valdes för egenskaperna: snabbväxande, gott näringsupptag och god störningstålighet. B. braunii växer klart långsammare, men får ett stort innehåll av fett, vilket gör den intressant för biobränsleproduktion.
Det stora avloppsverket i Tampa, Florida har mekanisk rening och biologisk rening med aktivslam/syre. Vidare nitrifikationsbassäng med eftersedimentering och denitrifikation i efterföljande sandfilter.
Vatten till algförsöken hämtades från A) sedimenteringsbassängen i aktivslamsteget och B) sedimenteringsbassängen efter nitrifikationssteget. Algodling gjordes också i referensmedium, R. Antalet satsvisa försök blev då 3 medier x 4 algpopulationer = 12 st.
Försök
Försöken utfördes som satsvisa tester i laboratorium under 12 dygn. Medium A höll 29 mg NH4-N/L,1,1 mg NO3-N/L, 7,3 mg PO4-P/L, 59 mg löst COD/L och pH 7,4. Medium B höll 0 mg NH4-N/L, 31 mg NO3-N/L 7,8 mg PO4-P/L och 36 mg löst COD/L med pH 7,6. Referensmediet R höll 21 mg NH4-N/L, 22 mg NO3-N/L, 151 mg PO4-P/L, 92 mg löst COD/L och pH 6,5.
Resultat
Algtillväxten ökade som väntat pH för medierna A och B, från ca 7,5 till 10-11 (koldioxidupptag). I referensmediet hade tillsatts vätekarbonat, varför pH-ökningen där blev betydligt mindre.
Kväveupptaget (löst N) i medium A blev 66-82%; störst för braunii-kulturen. Nivåer på knappa 10 mg löst N/L nåddes. I medium B blev kväveupptaget (löst N) 37-99 % med braunii-kulturen som påtagligt effektivast; övriga rätt likvärdiga. Braunii-kulturen höll 1-2 mg löst N/L. De olika kulturerna hade preferens för olika kväveformer.
Fosforupptaget (löst P) i medium A blev 91-100 %; störst för A- och B-kulturerna. Nivåer på klart < 1 mg löst P/L nåddes. I medium B blev fosforupptaget (löst P) 60-100 % och endast B-kulturens vatten hade kvarvarande, mätvärd halt av löst fosfor.
Halten löst COD företedde ett oregelbundet mönster – i några fall ökning och i andra fall oförändrat eller minskning – och borde ha följts med den partikulära delen för att få en godtagbar förklaring.
Biomassatillväxten, mätt som suspenderade ämnen, blev i position A) ca 0,5 g/L för de båda monokulturerna, 2 g/L för kulturen från position A och 0,3 mg/L för kulturen B). Motsvarande värden för position B) blev ca 0,4 g/L för monokulturerna, 1,2 g/L för kulturen A) och 0,2 g/L för kulturen B).
Specifik växthastighet bestämdes endast för Chlorella sorokiniana och blev 0,52/d för position A) och 0,42/d för position B) att jämföra med hastigheten i referensmediet R som var 0,11/d.
Slutsatser
De naturligen förekommande algarterna var likvärdiga med provade monokulturer avseende närsaltsupptag och biomassatillväxt. Efter 12 d hade i provpunkternas vatten mängden löst kväve upptagits till 66-82 % och mängden löst fosfor till 60-100%. Algupptaget var störst i den ammoniumdominerade provpunkten efter aktivslamsteget, vilket alltså kan vara den bästa placeringen av en algbioreaktor i det aktuella verket.
Konvertering av överskottsnäring till (alg-)biomassa kan vara intressant även för skandinaviska förhållanden, även om ingenjörsmässigt implementeringsarbete kräver sin utveckling också.
Källa: Drexter, I.1), Bekaan, S.2), Eskandari, Y.1) and Yeh, D.1) (2014): Implications of nutrient removal and augmented algal populations at a municipal wastewater treatment plant. W Sc&T 70.7, pp 6DBB26D2-AE83-44A2-861B-3B670FA41750-1160. Water Science & Technology
Författarna:
1) Department of Civil & Environmental Engineering, University of South Florida, 4202 E. Fowler Ave, ENB 118, Tampa, USA.
2) Department of Chemical Engineering, Saxion University of Applied Sciences, P.O. Box 70 000, 7500 KB, Enschede, The Netherlands.
Korrespondens: dhyeh@usf.edu (Daniel Yeh)
