Stimulans av biologisk kväve- och fosforavskiljning från

Effekten av tillsats av mekaniskt disintegrerat överskottsslam undersöktes i en SBR-anläggning för långtgående kväve- och fosforavskiljning. Genom disintegreringen frigjordes lättillgängligt organiskt material som förbättrade både denitrifikationen men framför allt fosforavskiljningen. Frigjord fosfor och kväve vid disintegreringen påverkade inte avskiljningen negativt.

Av: Bengt Andersson

Vid disintegrering av returslam eller överskottsslam kan bildade organiska produkter utnyttjas som substrat för denitrifierare och polyfosfatackumulerande organismer (PAO). Dessa produkter har visat sig vara lättnedbrytbara med väl så goda egenskaper som elektrondonatorer som acetat och fermenterat avloppsslam.

Tidigare studier har visat att det inte bara är organiskt material som frigörs vid disintegrationen utan även kväve och fosfor. Med en ökad fosfor- och kvävbelastning föreligger en mycket varierande bild av nyttan av användningen av disintegrerat överskottsslam som kolkälla för en förbättrad kväve- och fosforavskiljning.

Syftet med refererad studie var att utvärdera möjligheten att förbättra en kombinerad kväve- och fosforavskiljning från avloppsvatten genom att använda överskottsslam som behandlats genom mekanisk disintegrering. Valet av mekanisk disintegrering gjordes för att det är den minst energikrävande metoden för disintegrering och för att minimering av kostnaden för alternativa kolkällor är en viktig faktor för deras praktiska användning.

Genomförande av undersökningen

Studien genomfördes i SBR-reaktor i laboratorieskala, där reaktorn ympades med slam från en storskalig BioDenipho-anläggning för att säkerställa förekomst av nitrifierare, denitrifierare och PAO i biomassan. Driften indelades i fyra 6-timmarscykler per dygn med omrörning och fyllning, luftning, omrörning med fyllning, luftning, sedimentering, dekantering och vila. Reaktorn beskickades med ett syntetiskt avloppsvatten med en COD-halt av 390 mg/l, totalkvävehalt av 83 mg N/l och en totalfosforhalt av 9,8 mg P/l.  Beskickningen fördelades med 2/3-delar vid den första och 1/3-del vid den andra oluftade fasen i varje cykel.

Försöken inleddes med en period av cirka en månad för acklimatisering för att uppnå stationära förhållanden. Därefter följde två perioder omfattande två månader vardera, där försöken under den första perioden genomfördes utan tillsats och under den andra perioden med tillsats av disintegrerat slam.

Förtjockat överskottsslam från samma BioDenipho-anläggning användes för disintegrering i en laboratorieutrustning med en kraftig rotor. Energitätheten vid disintegreringen uppgick till 140 kJ/l. Tillsatsen av disintegrerat slam till varje cykel motsvarande cirka 11 % av slammängden i SBR-reaktorn.

Analyser av prov från slammet i reaktorn, från inkommande och utgående avloppsvatten samt från centrat och filtrat från det disintegrerade slammet utfördes med avseende på pH, COD, VFA samt kväve- och fosforfraktioner. Förhållandena i slutet av varje fas under en cykel karakteriserades även.

Resultat

Vid den hydrodynamiska disintegreringen av slammet uppnåddes en disintegreringsgrad av cirka 10 %. Disintegreringsgraden uttrycks som förhållandet mellan COD-ökningen vid den mekaniska disintegrering och ökningen vid kemisk hydrolys med 0,5 M NaOH vid 20 ^oC och under 22 timmar. Koncentrationen av löst COD ökade cirka 6 gånger medan fosfor och kväve frigjordes i något mindre utsträckning.

Tillsatsen av disintegrerat slam ökade denitrifikationsgraden från 49 till 76 % med en minskning av utgående halt med drygt 21 mg NO_x-N/l. Ökningen kunde inte relateras till kvoten SCOD/N, som var av samma storleksordning under de två olika försöksfaserna, utan till att det bildades lättnedbrytbart organiskt material genom disintegrationen som lämpade sig väl som kolkälla. Resultatet förbättrades redan första dagen efter tillsatsen och ingen acklimatiseringsperiod behövdes.

Tillsatsen av disintegrerat slam hade även en positiv effekt på den biologiska fosforavskiljningen. Den ökade från 28 till 96 % och utgående PO₄-P-halt minskade från 6,5 till 0,4 mg/l och utgående totalfosforhalt från 6,9 till 0,8 mg P/l. Den kraftiga ökningen av fosforavskiljningen uppnåddes trots en ganska låg kvot SCOD/P beroende på att innehållet av organiskt material utnyttjades effektivt av PAO. En stabil hög fosforavskiljning uppnåddes först 8 dygn efter tillsatsen av disintegrerat slam då mängden PAO i slammet hunnit öka genom de förbättrade förutsättningarna.

Det brukar finnas ett samband mellan graden av denitrifikation och biologisk fosforavskiljning och en låg denitrifikation i reaktorn innan det disintegrerade slammet tillsattes medförde en låg fosforavskiljning. Tillsats av disintegrerat slam medförde en kraftig minskning av NO_x-halten i den oluftade fasen och detta i sin tur ökade ackumuleringen av PO₄-P under båda de luftade faserna. Även om inget ökat släpp av PO₄-P uppkom under den oluftade fasen verkade organiskt material ändå tas upp av PAO och lagras i cellerna samtidigt med ett upptag av PO₄-P med NO₃-N som elektronacceptor under de anoxiska förhållandena.

En jämförelse med andra undersökningar visade en god överensstämmelse av ökningen av kväveavskiljningen medan ökningen av fosforavskiljningen i genomförd studie med knappt 70 % var mellan 2 och 5 gånger högre. En anledning till detta kunde vara sättet att tillföra det disintegrerade slammet i dubbel mängd i början av den första oluftade fasen, vilket förbättrade diffusionen av substrat och produkter in och ut ur flockarna.

Resultatet vad gäller COD och ammonium i utgående vatten påverkades inte genom tillförseln av disintegrerat slam, vilket var fallet i några av referenserna.

Slutsatser

Studien visade att

Källa: M. Zubrowska-Sudol, J. Walczak. Enhancing biological nitrogen and phosphorus removal from wastewater by applying mechanically disintegrated excess sludge. Water Research 76 (2015) pp 10 – 18.

Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.