Ytan på kommersiellt bärarmaterial är hydrofob med låg ytenergi och den är inte optimal för bakteriell påväxt. Olika metoder för kemisk behandling av bärarmaterialet studerades, som kunde ge en högre hydrofilicitet och snabbare påväxt av anammox liksom ympning med bärare med biofilm från en IFAS process.
Av: Bengt Andersson
Anammoxprocessen är lämpad för rening av sidoströmmar med höga kvävehalter som t.ex. rejektvatten från slamavvattningen. En sidoströmsprocess med rörligt bärarmaterial (MBBR) används ofta, där ammoniumoxiderande bakterier (AOB) och anammoxbakterier (AMX) kan finnas samtidigt i biofilmen. Uppstart av en anammoxprocess med nya oanvända bärare tar normalt lång tid och det är viktigt att skapa rätt förutsättningar för processen för att AMX skall kunna utvecklas och etableras. Ympning med 2 – 10 % bärare med rätt AMX-påväxt är en metod som använts ibland, där tiden för uppstart med ett oanvänt bärarmaterial kunnat minskas från omkring ett år till mellan 2 och 4 månader.
Bärarmaterialet till en MBBR är normalt tillverkat av polyeten med hög densitet (HDPE) med en hydrofob yta med låg ytenergi, vilket är ofördelaktigt för bakteriell påväxt. Ytan kan modifieras genom kemiska, plasma och termiska processer för att skapa en ökad hydrofilicitet, vilket kan medföra en snabbare påväxt och en kortare erforderlig tid för uppstart.
En annan möjlig metod för en snabbare påväxt av AMX är att utnyttja bärare med en annan påväxt, av t.ex. nitrifierare eller heterotrofer. Hypotesen är att en existerande biofilm kan utgör en gynnsam miljö för AMX genom att den skapar ett skydd mot syre och nitrit i omgivande vätska.
Syftet med studien var att undersöka om påväxten och tillväxten av AMX i en biofilm kunde ske snabbare genom behandling av bärarmaterialets yta eller genom överföring av bärarmaterial med en utvecklad biofilm från en fullskaleanläggning med en nitrifierande IFAS process. Det finns inga tidigare publicerade studier för en snabbare påväxt av AMX på ytmodifierad plast.
Genomförande
Försöken genomfördes vid James River Wastewater Treatment Plant i Newport, USA, med en IFAS-process (integrated fixed-film activated sludge) för huvudströmmen, som varit i drift i cirka 2,5 år. En sidoström MBBR i fullskala för behandling av rejektvatten från centrifuger byggdes, där reaktorn ympades med 10 % Anox Kaldnes K5 bärare med biomassa med AMX. Efter 120 dygn uppnåddes en avskiljning av NH4+ > 85 % och förhållandet mellan NO3–prod och NH4+avskild var lägre än 12 %, vilket innebär att produktionen av NO3– helt kommer från AMX.
Behandlingen av ytan på oanvända bärare gjordes på tre olika sätt, tillsats av KMnO4, Fentons reagens (FeSO4 och H2O2) samt ozon. Behandlade bärare liksom bärare uttagna från IFAS processen applicerades i perforerade boxar, som placerades i fullskale-MBBR-anläggningen. Dessutom fanns en box med oanvända bärare som referens. Bärare togs ut från boxarna efter 30 resp. 60 dygn för bestämning av aktiviteten av AMX, AOB och NOB, av mängden biomassa samt för mätning av kontaktvinkel och för beräkning av den specifika ytenergin.
Resultat
Efter en månads drift var AMX aktiviteten för bärarna som tagits ut från IFAS signifikant högre än för referensen med oanvända bärare. Hastigheten för IFAS bärarna var 1,1 g/m2/dag för NH4+avskiljning och 1,4 g/m2/dag för NO2–avskiljning jämfört med 0,2 resp. 0,1 g/m2/dag för referensen. Aktiviteten i fullskalereaktorn efter 5 månaders drift uppgick till 1,4 resp. 2,4 g/m2/dag.
Efter två månaders drift var aktiviteten högre för IFAS bärarna (2,0 g/m2/dag för NH4+avskiljning och 1,4 g/m2/dag för NO2–avskiljning) än för referensen (0,3 resp. 1,1 g/m2/dag). Då var AMX aktiviteten på bärarna från IFAS jämförbar med aktiviteten i fullskalereaktorn, som hade varit i drift i 6 månader. AOB aktiviteten var av samma storleksordning för samtliga bärare och ingen aktivitet av NOB kunde detekteras. Användningen av bärare med en utvecklad biofilm kunde således utnyttjas för direkt AMX-aktivitet utan risk för ökning av NOB.
Påväxten på samtliga ytbehandlade bärare var större än för referensen efter både en och två månader. Genom statistisk analys konstaterades att AMX aktiviteten var signifikant högre för bärarna som behandlats med KMnO4 och Fenton än för referensen efter både en och två månader. Ozonbehandling visade däremot ingen förbättring trots att den hade minst kontaktvinkel och högst specifik ytenergi, som inte korrelerade med aktivitet och påväxt av biomassa.
Den höga AMX aktiviteten i fullskalereaktorn samt en lägre omblandningsintensitet i boxarna med försöksbärare än i reaktorn gjorde det svårt att jämföra resultatet med de ursprungliga bärarna under uppstarten av fullskaleanläggningen. Ytterligare studier erfordras därför i form av pilotförsök för att skapa avgörande bevis för att en kortare tid för uppstart kan uppnås.
Slutsatser
Genomförd studie av ny metodik för att göra påväxten av AMX på biofilmen på en oanvänd bärare visade att
- ytmodifierade bärare hade högre biomassdensitet och hydrofilicitet än referensen med en oanvänd bärare
- ytbehandlade bärare med KMnO4 och Fenton uppvisade signifikant högre AMX aktivitet både efter en och två månader medan ozonbehandling inte visade någon positiv effekt
- bärare från en IFAS process hade en biofilm som medförde en snabb ökning av AMX aktiviteten utan ökning av NOB
- även om resultaten tydligt visade att ytmodifierade bärare och bärare med en redan utvecklad biofilm resulterade i en snabbare utveckling av en biofilm med hög AMX aktivitet erfordras försök i pilotskala för att skapa avgörande bevis på grund av den höga AMX aktiviteent i fullskalereaktorn.
Källa: S. Klaus, P. McLee, A.J. Schuler, C. Bott. Methods for increasing the rate of anammox attachment in a side stream deammonification MBBR. Water Science & Technology 2016, 74.1. pp 110 – 117.
