Snabb uppstart av en enstegs MBBR deammonifikation

Uppstart av en enstegs MBBR deammonifikationsprocess för rejektvatten från termofil rötning utan extern ymp med anammoxbakterier värderades i laboratorie- och fullskala med reproducerbart gott resultat.

Av: Bengt Andersson

Intresset för anammox-baserade processer har vuxit kraftigt under det senaste årtiondet beroende på deras förmåga att energieffektivt överföra ammonium till kvävgas genom en genväg i kvävecykeln. Anammox i kombination med nitritation (deammonifikation) har visat sig vara en tillförlitlig teknik för avskiljning av kväve i rejektvattenströmmar med hög ammoniumhalt och temperatur och med lågt kol/kväveförhållande.

Anammoxbakterierna har en låg tillväxthastighet och en extern ymp av anammoxbakterier har i de flesta fall utnyttjats vid uppstart av processer i fullskala för att undvika långa starttider överstigande 6 månader. På senare tid har det emellertid framkommit resultat, som visade att det inte är tillförseln av ymp som medförde kortare starttider utan snarare förekomsten av de bakterier, som fanns i rejektvattnet.

Refererad studie fokuserade på att reducera uppstarttiden för en anammoxprocess för behandling av rejektvatten från termofil rötning utan extern ymp genom att skapa gynnsamma villkor för tillväxten av ammoniumoxiderande bakterier (AOB) och anammox. Syftet var att undersöka om en enstegs MBBR deammonifikationsprocess för behandling av ett rejektvatten från en termofil rötningsprocess kunde startas reproducerbart genom försök i laboratorieskala och i fullskala.

Genomförande

Vid försöken utnyttjades två laboratorieanläggningar och en fullskaleanläggning. Den ena laboratorieanläggningen fylldes med bärarmaterial utnyttjat vid ett tidigare försök i Kina för deammonifikation (LO, Laboratory Operation, med en biofilm för deammonifikation). Den andra reaktorn fylldes med ett bärarmaterial från en fullskaleanläggning i Tyskland för partiell nitritation (LS, Laboratory Start-Up) och reaktorn startades upp utan extern ymp. Försök i fullskala genomfördes vid Bekkelagets avloppsreningsverk i Oslo, där det fanns två parallella MBBR-anläggningar i fullskala för behandling av rejektvattnet genom partiell nitritation. Den ena anläggningen startades upp för deammonifikation utan extern ymp medan den andra anläggningen fortsättningsvis även drevs för partiell nitritation.

Under försöken var luftningen intermittent i reaktorerna för att erhålla en syrehalt av 3,0 mg O₂/l. Temperaturen i reaktorerna kontrollerades vid cirka 30 ^oC. Fysikaliska och kemiska analyser av olika fraktioner utfördes enligt standardiserade metoder. Påväxten av anammoxbakterier på bärarmaterialen bestämdes med hjälp av FISH med standardprober för de bakterier som rapporterats sammankopplade till anammox.

En utspädning av rejektvattnet gjordes inledningsvis så att gynnsamma villkor för AOB erhölls och att tillväxten av anammoxbakterierna främjades. Uppstartsfasen delades in i två skeden, där det första skedet varade tills de första tecknen på anammoxbakterier på bärarmaterialet erhölls genom FISH-analysen. Det andra skedet pågick tills kväveavskiljningen översteg 80 %, då uppstartsfasen betraktades som avslutad.

Resultat

Reaktor LO med en aktiv anammoxfilm från början var i drift under 120 dygn. En anpassning till förhållandena för behandling av rejektvatten från termofil rötning uppnåddes efter omkring 11 dygn. Därefter belastades reaktorn med enbart rejektvatten utan utspädning och kväveavskiljningen var omkring 83 % i genomsnitt. FISH visade att det fanns en hög andel anammoxbakterier i biofilmen under hela försöket.

Reaktor LS var i drift under 127 dygn och FISH visade att de första tecknen på anammox erhölls efter 45 dygn med en snabb och kraftig ökning efter 70 dygn. Kväveavskiljningen hade då ökat till omkring 80 % och avskiljningen ökade ytterligare något under slutet av försöket.  

I fullskalereaktorn FS påvisades anammoxbakterier i biofilmen efter 73 dygn och antalet hade ökat kraftigt vid nästa provtagning efter 109 dygn. En stabil kväveavskiljning högre än 80 % uppnåddes efter 120 dygn. Som förväntat avspeglade resultatet från FS resultatet från laboratoriereaktorn LS.

Ett extra prov togs ut dygn 36 för analys av tillväxten av AOB och NOB (nitritoxiderande bakterier) och av eventuell oväntad tillväxt av anammox. Provet visade en hög nivå av AOB (30 %) och en låg nivå av NOB (< 1 %), vilket visade att luftningsstrategin var effektiv. Inga anammoxbakterier detekterades vid denna tidpunkt med standardproberna men kompletterande analyser visade ovanligt höga nivåer av Planctomycetes , en grupp med anammox-liknande klusterformationer, som skulle kunna innebära förekomst av en hittills oidentifierad anammox-population men som dock inte avspeglades i kväveavskiljningen.

Försöken i såväl laboratorie- som i fullskala visade att det fanns en kritisk förekomst av anammoxbakterier i rejektvattnet, som var tillräcklig för att uppnå deammonifikation utan extern ymp. Uppstartstiden för LS uppgick till 72 dygn medan motsvarande tid för FS uppgick till 120 dygn. Den längre tiden för FS förklarades av en lägre kvävebelastning (cirka 30 %), en lägre temperatur (cirka 1 ^oC) samt driftstörningar av luftningen vid dygn 80 och framåt.

Andra referenser med uppstart av en deammonifikationsprocess med extern ymp visade att erforderlig tid uppgick till omkring två månader för att uppnå en stabil drift.

Slutsatser

Försök med uppstart av en enstegs MBBR deammonifikationsprocess utan extern ymp visade att

Källa: L. Kanders, D. Ling, E. Nehrenheim. Rapid start-up if one-stage deammonification MBBR without addition of external inoculum. Water Science & Technology 74.11 (2016), pp 2541 – 2550.

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