Nitritation av avloppsvatten: uppstart och bibehållande

Av: Bengt Andersson

Nitritation är en process, som förbrukar mindre syre och organiskt kol jämfört med en process för nitrifikation/denitrifikation. Processen bygger på att ammonium oxideras till nitrit utan vidare oxidation till nitrat och det är avgörande att stimulera ammoniumoxiderande bakterier (AOB) och att begränsa nitritoxiderande bakterier (NOB) i processen. En begränsning av NOB kan uppnås genom låga syrehalter, kort slamålder och hög temperatur. En process för nitritation erfordrar emellertid en lång uppstartstid och olika metoder för begränsning av tiden har utvecklats genom tillsats av olika inhibitorer. Detta innebär ökade kostnader men framför allt en sekundär förorening, som kan vara betydelse för en fullskaleapplikation.

Värmechockbehandling kan vara ett lämpligt alternativ för uppstart av nitritation utan inhibitorer och sekundär förorening och försök med metoden har gjorts tidigare, dock endast med syntetiskt avloppsvatten. Vid behandling med värmechock begränsas både AOB och NOB men återhämtningen av AOB är mycket snabbare än av NOB, vilket kan medföra en ackumulering av nitrit. 

Bättre kunskap om processen och lagfasen för återhämtning av AOB erfordras innan en applikation av processen i fullskala och syftet med refererad studie var att undersöka lämpligheten av värmechockbehandling för uppstart och bibehållande av nitritation vid försök med riktigt avloppsvatten.

Genomförande

Försöken genomfördes i laboratorieskala i två SBR (sequencing batch reactors) som ett långtidsförsök med slam för ymp och med avloppsvatten från GaoBeiDian i Beijing, Kina. Den ena reaktorn var en kontrollreaktor utan värmebehandling och den andra utgjorde en försöksreaktor med värmebehandling. 

Driften av reaktorerna var indelad i tre cykler per dag med beskickning, anoxiska förhållanden, luftning, sedimentering och dekantering och resterande tid för vila. Sidoströmsbehandlingen av slam med värmechock gjordes var fjortonde dag med en uppehållstid av 40 minuter. Omkring 50 % av slammet i reaktorn togs ut till värmebehandling och efter nedkylning återfördes slammet till ursprungsreaktorn. Inledande batchförsök av värmebehandlingen gjordes vid temperaturer mellan 25 och 80 ^oC för val av lämplig temperatur.

Resultat

Försöket med värmechockbehandling vid 40 och 45 ^oC gav ingen märkbar påverkan på aktiviteten för AOB eller NOB medan aktiviteten minskade helt vid temperaturer över 50 ^oC. Lagfasen ökade med ökad temperatur och den var 9, 12 resp. 23 dygn vid 50, 60 resp. 80 ^oC. Fortsatta försök utfördes därför vid 50 och 60 ^oC.

Vid försök i två parallella reaktorer uppgick NH₄-avskiljningen initialt till mellan 91 och 94 % med en NO₂-ackumulering av omkring 2 %. En värmechockbehandling vid 50 resp. 60 ^oC i de två linjerna (SBR1 resp. SBR2) medförde att aktiviteten av AOB och NOB avstannande helt. Därefter ökade NH₄-avskiljningen i båda linjerna till omkring 98 % och NO₂-ackumuleringen till omkring 93 % efter 9 resp. 12 dygns lagfas vid 50 resp. 60 ^oC värmebehandling. Nitritackumuleringen kunde endast upprätthållas under 18 dygn i SBR1 medan den uppgick till 75 % under 26 dygn i SBR2. De fortsatta försöken utfördes därför vid 60 ^oC.

Långtidsförsök genomfördes med en kontrollreaktor utan och en försöksreaktor med värmebehandling vid 60 ^oC var fjortonde dag under cirka ett halvår. I kontrollreaktorn uppnåddes en NH₄-avskiljning av 99 % med en NO₂-ackumulering av 1,1 % och med en utgående NO₃ halt av omkring 25 mg NO₃-N/l. I försöksreaktorn var utgående NO₃-halt mindre än 3 mg/l efter cirka 10 veckors drift samtidigt som NO₂-ackumuleringen ökade gradvis till cirka 82 %. NOB-aktiviteten minskade från 1,5 till 0,4 mg N/g SS*h och AOB-aktiviteten var stabil kring 2,1 mg N/g SS*h. Efter 90 dygns drift var nitritationen stabil med en genomsnittlig NH₄-avskiljning av drygt 80 % och en NO₂-ackumulering över 91 %. 

I kontrollreaktorn vad den relativa förekomsten av AOB och NOB cirka 1,42 resp. 4,42 % medan motsvarande värden i försöksreaktorn var 1,44 resp. 0,71 %. Förhållandet AOB/NOB i försöksreaktorn uppgick till 2,03, vilket var väsentligt högre än förhållandet 0,32 i kontrollreaktorn och som var fördelaktigt vid uppstart och bibehållande av nitritationen.

Försöken visade att en sidoströms process med värmechockbehandling av slammet 40 minuter var fjortonde dag skapade en stabil nitritation av avloppsvatten. Ingen tillsats av inhibitorer erfordrades och inga negativa bieffekter på grund av sekundära föroreningar uppkom. Energin för uppvärmning av slammet vid värmechocken är begränsad till en kort tid och den kan enkelt erhållas från överskottsenergi från rötkamrarna. 

Slutsatser

Försök med en sidoströmsprocess för värmechockbehandling av slammet i en SBR-reaktor visade att

Källa: J. Chen, S. Zhang, X. Han, L. Zhang, Y. Peng.  Nitritation of real sewage: start-up and maintenance by side-stream heat-shock treatment. Water Science & Technology 79.4 2019, pp 753-758.

Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.