Pilot scale partial denitratation coupled anammox: an evaluation

Abstract: På avloppsreningsverk (ARV) som tillämpar kväverening är den vanligaste tekniken nitrifikation följt av denitrifikation. Denna process kräver omfattande luftning, vilket både är elintensivt och minskar mängden biogas som kan utvinnas. Anaerob ammoniumoxidation (anammox) är en alternativ reningsmetod som minskar luftningsbehovet genom att nitrit används som elektronacceptor istället för syre i oxidationen av ammonium direkt till kvävgas. Anammox har fått stort genomslag i rening av varma avloppsströmmar med hög ammoniumhalt, så som i behandlingen av rejektvattnet som uppstår efter biogasrötning. Om anammox skulle tillämpas i rening av huvudströmmen på ARV finns potential att göra hela processen energipositiv, dvs. att mer energi utvinns som biogas än som går åt i behandlingen. Detta har i praktiken visat sig vara svårt att genomföra och mycket forskning bedrivs idag på området. En lovande tillnärmning är anammox kopplat till partiell denitrifikation (PDA), dvs. att nitrit produceras till anammox genom den partiella denitrifikationen av nitrat till nitrit. Detta examensarbete utvärderar prestationen till PDA-piloten vid Källby ARV i Lund under en 11 veckors period. Piloten består av tre MBBR reaktorer (moving bed biofilm reactor) som utför COD-rening, nitrifikation och PDA. Inflödet till piloten togs flödesproportionerligt från reningsverket efter gallring och förfiltration. Piloten ympades med nya bärare från en befintlig rejektvattensbehandling och följdes sedan under 11 veckor. Under denna tid utfördes regelbundna aktivitetstest på bärare från piloten i labbet. En cykelstudie genomfördes även mot slutet av perioden för att undersöka aktiviteten i själva piloten samt dygnsvariationen i aktivitet. Detta gjordes genom att prover togs vid flera punkter i piloten under en dag. En betydande anammoxaktivitet (SAA) fanns kvar i biomassan vid undersökningens slut, i labbförsök uppmätt till 0.68 ± 0.11 g N₂-N · m⁻² · d⁻¹ samt i piloten den lägre aktiviteten 0.07 g N₂-N · m⁻² · d⁻¹. Detta visar att anammoxorganismerna inte helt utkonkurrerades från biomassan av denitrifierare. Från nivåer nära noll utvecklades en denitratations- och denitritations-aktivitet fram under undersökningsperioden med slutgiltiga värden på 0.60 and 0.35 g N · m⁻² · d⁻¹, med acetat som kolkälla. Skillnaden mellan dessa värden indikerar att biomassan är förmögen att tillgodose anammox med nitrit. Kvävereningshastigheten beräknades på tre olika sätt till 85 - 34 % lägre än denitrifikaitonshastigheten vid närliggande ARV. Detta visar att piloten inte uppnådde tillräckliga reningshastigheter för att kunna implementeras i stor skala. Labbtesten visade att biomassan var mycket nitritkänslig. Anammoxaktiviteten undersöktes vid initiala nitritkoncentrationer på 25 och 75 mg N · L⁻¹. Aktiviteten vid den högre initiala koncentrationen var 94 % mindre än vid den lägre initiala koncentrationen. Detta är en lägre inhibitionskoncentration än vad som generellt anges i litteraturen och visar på vikten att undersöka nitritinhiberingskoncentrationen hos en specifik biomassa innan anammoxaktivitet mäts.