I en utomhusanläggning i Valencia har en mikroalgkultur dominerad av Scenedesmus tillförts avloppsvatten från en dränkt anaerob membranbioreaktor. Algernas upptag av ammonium har framgångsrikt modellerats utgående från ammoniumkoncentration, ljusintensitet och temperatur.
Av: Jörgen Hanaeus
Ammoniumupptaget från mikroalgen Scenedesmus har studerats i en 0,5 m3 reaktor utomhus.
Avloppsvatten från en dränkt, anaerob membranbioreaktor tillfördes 5-10 ggr/dag, beroende på solljusförhållandena. Utetemperaturen varierade mellan 9,5-32,5 °C och max ljusintensitet var 1 860 µmol/m2,s. Maximalt nåddes ammoniumupptaget 3,71 mg NH4-N/g TSS,h.
En matematisk modell konstruerades. Ammoniumkoncentration, ljusintensitet och temperatur bedömdes klart viktigast för algpopulationen och sammansattes i modellen. Modellen validerades i försöken och kunde framgångsrikt reproducera försöksresultaten.
Bakgrund
Mikroalger är intressanta för upptag av N och P ur olika typer av avloppsvatten. De fixerar CO2 från uteluften och kräver låg extern energitillförsel. Det finns även potential att nyttiggöra den bildade algbiomassan.
Det kan vara problematiskt att förutsäga algkulturens beteende i ett sammanhang med varierande uteklimat och varierande näringstillförsel, vilket inträffar för en utomhusanläggning med reell avloppsvattentillförsel. En relevant teoretisk modell är därför användbar för reglerings- och prognosändamål och en sådan var också målet för denna studie.
Försök
Mikroalger skördades från väggarna till biostegets sedimentering i Cuenca del Carraixets avloppsverk och tillfördes utgående vatten från en dränkt anaerob membranbioreaktor. Ett stabilt ekosystem formades med Scenedesmus som helt dominerande alg (>99%).
En 500 L rektangulär reaktor (2,0*0,25 m2) i transparent akrylat placerade med en stor sidoyta mot söder. Omrörning skedde med luftinblåsning och pH begränsades till 7,5 via pH-styrd CO2-tillförsel.
Vattnet från membranbioreaktorn tillfördes i 5-10 doser/dag, beroende på näringsinnehåll och solintensitet. I genomsnitt höll vattnet 47 mg NH4-N/L och 6 mg PO4-P/L. Från reaktorn bräddade vattnet, så att den alltid höll vattenvolymen 500 L. Algcellernas genomsnittliga uppehållstid i reaktorn var 3 dygn den första veckan och därefter 5,5 dygn.
Förutom närsalter, temperatur och pH mättes suspenderade ämnen, löst syre, turbiditet och fotosyntetiskt tillgänglig strålning (PAR). Data samlades in under 1 månad, varunder 200 vattendoseringar utfördes.
Resultat
En vanlig dag steg ljusintensiteten från noll vid 8-tiden till ett maximum av ca 1 600 µE/m2,s för att avklinga mot noll vid 18-tiden. Vattentemperaturen steg med fördröjning mot en topp vid 17-tiden, t ex vid 25°C. Ammoniumseparationen sjönk linjärt från solstart till 17-tiden, avbruten av korta, små höjningar då nytt vatten tillfördes.
Max solintensitet under perioden var 1 860 µE/m2,s. Temperaturen varierade mellan 9,5 och 32,6 °C. Ammoniumkoncentrationen låg mellan 1,1 och 22,4 mg NH4-N/L. Fosfatinnehållet var tämligen konstant vid 1 mg P/L; nitrit och nitrat nära noll.
Den högsta ammoniumseparationshastighet som uppnåddes var 1,54 mg NH4-N/L,h vilket motsvarade 385 mg NH4-N/g TSS, h.
Med ljusintensiteter mellan 400-1200 µE/m2,s ökade ammoniumupptaget och ofta också vattentemperaturen. De högsta temperaturerna, drygt 30 °C, gav dock inte de högsta ammoniumseparationshastigheterna utan dessa återfanns vid 20-23 °C.
Den modell som utvecklades för ammoniumseparationshastigheten (mg NH4-N/g TSS,h) baserades på tre samband.
För ammoniumkoncentrationen: Monodkinetik, för ljusets inflytande: Steele’s ekvation, för temperaturens inflytande: Cardinals temperaturmodell med inflexion.
Koefficientvärden(6 st) för dessa samband redovisas i artikeln.
Slutsatser
Den konstruerade modellen som baserades på solljus, vattentemperatur och ammoniumkoncentration visade god överensstämmelse med de värden som uppmättes i pilotskalan och kan rekommenderas för användning i tillämpade sammanhang. I vilken utsträckning direktavgång av ammoniak ingår utreder dock inte författarna.
Intresse för att använda alger i VA-sammanhang dyker då och då upp i Sverige från biodammstiden och framåt, men det är fortfarande ett steg till lyckad fullskaleanvändning.
Källa: Ruiz-Martinez, A.1), Serralta, J.1) & Seco, A.2) & Ferrer, J.1), (2016): Modeling light and temperature influence on ammonium removal by Scenedesmus sp. under outdoor conditions. Water Science & Technology, Vol 74, No 8, pp 1964-1970.
Hela artikeln finns att köpa här.
Författarna från:
- Universitat Politecnica de Valencia, Instituto de Ingeniera del Agua y Medio Ambiente (IIAMA), Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain
- Universitat de Valencia, Escola Tecnica Superior d’Enginyeria, Departament d’Enginyeria Quimica, Avinguda de la Universitat s/n, 46100 Burjassot, Valencia, Spain
Kontakter: anruima1@upv.es