Anammoxprocessen har karakteriserats som en långsam process lämplig för oxidation av ammonium i koncentrerade avloppsvattenströmmar vid relativt hög temperatur. Tidigare spekulationer om möjligheter att uppnå högre hastigheter klargjordes genom kontrollerade försök, där tillväxten ökade fyrfaldigt genom en ökning av biomassans specifika elektronöverföringskapacitet.
Av: Bengt Andersson
I anammoxprocessen oxideras ammonium till kvävegas i frånvaro av syre med nitrit som elektronacceptor. Sedan upptäckten av processen i slutet av 1980-talet har omkring 100 fullskaleanläggningar etablerats främst för ammoniumrika avloppsvattenströmmar. Specifikt för anammoxprocessen är den låga bakteriella tillväxthastigheten, som hittills begränsat användningsområdet till avloppsvattenströmmar med hög temperatur.
Intresset för processen för behandling av mera utspädda avloppsvatten med lägre temperatur har ökat starkt under senare år trots den låga tillväxthastigheten. Senare studier baserat på modern analysteknik har emellertid indikerat att anammoxbakterier kan ha en högre tillväxthastighet men inga bevis har presenterats tidigare.
Syftet med refererad studie var att utvärdera den maximala tillväxthastigheten för anammoxbakterier under kontrollerade betingelser.
Genomförande av undersökningen
Försöken utfördes i en MBR-reaktor, som ympades med ett slam anrikat med anammoxbakterier från en tidigare studie och som lagrats i 1,5 år vid 4 oC i närvaro av nitrat. Reaktorn beskickades med ett syntetiskt avloppsvatten med lika koncentration av ammonium och nitrit (60 mM), vilket gav en ammonium- resp. nitritbelastning av 504 mg -N/l/d och nitritbegränsande förhållanden. Temperatur och hydraulisk belastning var konstanta under försöket (30 oC och 1,67 d) medan slamuppehållstiden (SRT) minskades stegvis från 12 till 3 dygn genom ett kontrollerat uttag av slam från reaktorn.
Den maximala volumetriska avskiljningshastigheten av ammonium och nitrit (mg -N/l/d) bestämdes in situ genom att avbryta beskickningen av avloppsvatten och kontinuerligt mäta halterna i tiden. Den maximala specifika upptagshastigheten (mg -N/g VSS/d) beräknades i relation till koncentrationen av biomassa i reaktorn. Baserat på maximal volumetrisk hastighet och nitrithalt kunde halvmättnadskonstanten för nitrit bestämmas.
Den mikrobiologiska sammansättningen karakteriserades genom FISH (fluorescence in situ hybridization), DNA-extraktion, DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) och ITS (Internal Transcribed Spacer).
Resultat
Förutsättningarna för att precist bestämma den maximala tillväxthastigheten möjliggjordes för första gången genom tillväxt av anammox i en suspension av fria celler vid en väldefinierad SRT. Försöken visade att genom en stegvis minskning av SRT kunde den maximala specifika tillväxthastigheten för en anammoxanrikad kultur öka till en nivå som var väsentligt högre än vad som tidigare har rapporterats. Den uppnådda maximala tillväxthastigheten uppgick till 0,334 d-1, vilket var fyra gånger högre än tidigare rapporterade högsta värden (0,083 d-1).
Halvmättnadskonstanten för nitrit (0,036 mg -N/l i genomsnitt) och produktionen av biomassa bestämd genom massbalanser över reaktorn (0,071 mol C/mol NH4+) var helt i överensstämmelse med andra undersökningar och ingen av parametrarna förändrades under försöket.
Anrikningsnivån av anammoxbakterier bestämdes med två olika anammoxspecifika FISH-prober och totala antalet bakterier bestämdes med en EUB-mix probe. Det noterades att 97 % av det totala antalet bakterier utgjordes av anammox och en kontinuerligt nästan fullständig överlappning av signalerna från anammoxproberna indikerade att ingen populationsförändring ägde rum under försöket. Den dominanta familjen var nära relaterad till Candidatus Brocardia sp.40.
Olika möjliga förklaringar till resultatet diskuterades i artikeln. Eftersom produktionen av biomassa var i överensstämmelse med andra studier och ingen förändring skedde av dominant familj av anammox eller mutationer inom familjen drogs slutsatsen att ökningen av tillväxthastigheten berodde på en ökad elektronöverföringshastighet på grund av små förändringar i det metaboliska maskineriet. Elektronflödet under försöket ökade från 0,22 till 0,67 e-mol/C-mol/h vid start resp. avslut och slutvärdet är jämförbart med värdet för andra autotrofer som ammoniumoxiderande och nitritoxiderande bakterier.
Slutsatser
Studien visade att
- den maximala tillväxthastigheten för anammox inte var en inneboende processegenskap utan den kunde ökas signifikant då rätt odlingsförutsättningar skapades
- anammox kan inte längre betraktas som en egentlig långsamväxande mikroorganism
Källa: T. Lotti, R. Kleerebezem, J.M. Abelleira-Pereira, B. Abbas, M.C.M. van Loosdrecht. Faster through training: The anammox case. Water Research 81 (2015) pp 261 – 268.
