Úsporné odstraňování dusíku procesem anammox z kalových a splaškových odpadních vod
DOI:
https://doi.org/10.35933/ENTECHO.2019.04.001Klíčová slova:
anammox, deamonifikace, splašková odpadní voda, kalová voda, nitritační bakterie, nitratační bakterieAbstrakt
Proces částečná nitritace-anammox odstraňuje amoniakální dusík z odpadních vod s polovičními náklady na aeraci, až o 80 % nižší produkcí přebytečného kalu a bez spotřeby organického substrátu. Jde o zavedený proces pro odstraňování dusíku z kalových vod z anaerobní fermentace, a podobně koncentrovaných a teplých odpadních vod. Na tyto vody se částečná nitritace-anammox aplikuje již déle než deset let, a to např. pod názvy ANAMMOX®, ANITA™ Mox, DEMON®, nebo TERRAMOX®. Optimalizované provozy těchto technologií dusík běžně odstraňují při zatížení 0,5–2,3 kg∙m–3∙d–1 (30–35 °C). Současnou výzvou pro výzkum je implementace částečné nitritace-anammox do hlavního proudu studené splaškové odpadní vody, přičemž konkrétními problémy jsou (i) potlačení nežádoucích nitratačních mikroorganismů (NOB) a (ii) adaptace mikroorganismů anammox na nízké teploty. Náš výzkum jsme začali s jednostupňovým procesem, a poté nitritaci a anammox rozdělili do dvou reaktorů. Prezentujeme strategii, která v laboratorním měřítku NOB účinně potlačila i při 12 °C a dále i v pilotním měřítku při 13–30
°C. Dále ukazujeme, že anammox je možné na nízké teploty adaptovat studenými šoky. Tyto výsledky umožní rozšířit úsporné odstraňování dusíku i do hlavního proudu splaškové odpadní vody na ČOV.
Reference
Beneš, O.; Láska, T.; Chudoba, P.; Novák, L.; Šorm, R., 2012. Výhody, úskalí a praktická aplikace deamonifikace kalové vody – technologie AnitaMOX. Odpadové vody 2012. Asociácia čistiarenských expertov Slovenskej republiky, Štrbské Pleso.
Bowden, G.; Stensel, H. D.; Tsuchihashi, R., 2015. Technologies for Sidestream nitrogen removal. Water Environment Research Foundation. https://doi.org/10.2166/9781780407890
Cao, Y.; Kwok, B. H.; Van Loosdrecht, M.; Daigger, G. T.; Png, H. Y.; Long, W. Y.; Chye, C. S.; Ghani, Y. A., 2017a. The occurrence of enhanced biological phosphorus removal in a 200,000 m3/day partial nitration and anammox activated sludge process at the Changi water reclamation plant, Singapore. Water Sci. Technol. 75(3), 741–751. https://doi.org/10.2166/wst.2016.565
Cao, Y.; van Loosdrecht, M.; Daigger, G. T., 2017b. Mainstream partial nitritation-anammox in municipal wastewater treatment: status, bottlenecks, and further studies. Appl. Microbiol. Biotechnol. 101(4), 1365–1383. https://doi.org/10.1007/s00253-016-8058-7
De Cocker, P.; Bessiere, Y.; Hernandez-Raquet, G.; Dubos, S.; Mozo, I.; Gaval, G.; Caligaris, M.; Barillon, B.; Vlaeminck, S. E.; Sperandio, M., 2018. Enrichment and adaptation yield high anammox conversion rates under low temperatures. Bioresource Technol. 250, 505–512. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.11.079
Erguder, T. H.; Boon, N.; Vlaeminck, S. E.; Verstraete, W., 2008. Partial Nitrification Achieved by Pulse Sulfide Doses in a Sequential Batch Reactor. Environ. Sci. Technol. 42(23), 8715–8720. https://doi.org/10.1021/es801391U
Hamersley, M. R.; Lavik, G.; Woebken, D.; Rattray, J. E.; Lam, P.; Hopmans, E. C.; Damsté, J. S. S.; Krüger, S.; Graco, M.; Gutiérrez, D., 2007. Anaerobic ammonium oxidation in the Peruvian oxygen minimum zone. Limnol. Oceanogr. 52(3), 923–933. https://doi.org/10.4319/lo.2007.52.3.0923
Hellinga, C.; Schellen, A. A. J. C.; Mulder, J. W.; van Loosdrecht, M. C. M.; Heijnen, J. J., 1998. The sharon process: An innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich waste water. Water Sci. Technol. 37(9), 135–142. https://doi.org/10.1016/s0273-1223(98)00281-9
Hendrickx, T. L. G.; Kampman, C.; Zeeman, G.; Temmink, H.; Hu, Z.; Kartal, B.; Buisman, C. J. N., 2014. High specific activity for anammox bacteria enriched from activated sludge at 10°C. Bioresource technol. 163, 214–222. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.04.025
Hoekstra, M.; Geilvoet, S. P.; Hendrickx, T. L.; van Erp Taalman Kip, C. S.; Kleerebezem, R.; van Loosdrecht, M. C., 2018. Towards mainstream anammox: lessons learned from pilot-scale research at WWTP Dokhaven. Environ. Technol., 1–13. https://doi.org/10.1080/09593330.2018.1470204
Jetten, M. S. M.; Horn, S. J.; van Loosdrecht, M. C. M., 1997. Towards a more sustainable municipal wastewater treatment system. Water Sci. Technol. 35(9), 171–180. https://doi.org/10.1016/s0273-1223(97)00195-9
Jin, R. C.; Yang, G. F.; Zhang, Q. Q.; Ma, C.; Yu, J. J.; Xing, B. S., 2013. The effect of sulfide inhibition on the ANAMMOX process. Water Res. 47(3), 1459–1469. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.12.018
Kouba, V.; Catrysse, M.; Stryjova, H.; Jonatova, I.; Volcke, E. I. P.; Svehla, P.; Bartacek, J., 2014. The impact of influent total ammonium nitrogen concentration on nitrite-oxidizing bacteria inhibition in moving bed biofilm reactor. Water Sci. Technol. 69(6), 1227–1233. https://doi.org/10.2166/wst.2013.757
Kouba, V.; Darmal, R.; Vejmelkova, D.; Jenicek, P.; Bartacek, J., 2018a. Cold shocks of Anammox biofilm stimulate nitrogen removal at low temperatures. Biotechnol. Prog. 34(1), 277–281. https://doi.org/10.1002/btpr.2570
Kouba, V.; Dolejš, P.; Švehla, P.; Čejka, J.; Vodička, O.; Benáková, A.; Máca, J.; Jeníček, P.; Bartáček, J., 2018b. Jak ušetřit na odstraňování dusíku na ČOV: 10 let zahraničních zkušeností s procesem anammox. SOVAK (5), 14–21.
Kouba, V.; Proksova, E.; Wiesinger, H.; Vejmelkova, D.; Bartacek, J., 2017a. Good servant, bad master: sulfide influence on partial nitritation. Water Sci. Technol. 76(5). https://doi.org/10.2166/wst.2017.490
Kouba, V.; Svehla, P.; Catrysse, M.; Prochazkova, L.; Radechovska, H.; Jenicek, P.; Bartacek, J., 2017b. How biomass growth mode affects ammonium oxidation start-up and NOB inhibition in the partial nitritation of cold and diluted reject water. Environ. Technol., 1–10. https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1403491
Kouba, V.; Thanh, H.; Plutová, B.; Paulů, A.; Šátková, B.; Vejmelková, D.; Dolejš, P.; Hejnic, J.; Jeníček, P.; Bartáček, J., 2018c. Nitritace v hlavním proudu splaškové odpadní vody po anaerobním předčištění: zkušenosti z poloprovozu. Odpadové vody 2018, Štrbské Pleso.
Kouba, V.; Vejmelková, D.; Proksova, E.; Wiesinger, H.; Concha, M.; Dolejs, P.; Hejnic, J.; Jenicek, P.; Bartacek, J., 2017c. High-rate partial nitritation of municipal wastewater after psychrophilic anaerobic pre-treatment. Environ. Sci. Technol. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b02078
Kouba, V.; Widiayuningrum, P.; Chovancova, L.; Jenicek, P.; Bartacek, J., 2016. Applicability of one-stage partial nitritation and anammox in MBBR for anaerobically pre-treated municipal wastewater. J. Ind. Microbiol. Biot. 43(7), 965–975. https://doi.org/10.1007/s10295-016-1766-2
Kuypers, M. M.; Lavik, G.; Woebken, D.; Schmid, M.; Fuchs, B. M.; Amann, R.; Jørgensen, B. B.; Jetten, M. S., 2005. Massive nitrogen loss from the Benguela upwelling system through anaerobic ammonium oxidation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102(18), 6478–6483. https://doi.org/10.1073/pnas.0502088102
Lackner, S.; Gilbert, E. M.; Vlaeminck, S. E.; Joss, A.; Horn, H.; van Loosdrecht, M. C. M., 2014. Full-scale partial nitritation/anammox experiences – An application survey. Water Res. 55, 292–303. https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.02.032
Lotti, T.; Kleerebezem, R.; Abelleira-Pereira, J.; Abbas, B.; van Loosdrecht, M., 2015a. Faster through training: the anammox case. Water res. 81, 261–268. https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.06.001
Lotti, T.; Kleerebezem, R.; Hu, Z.; Kartal, B.; De Kreuk, M. K.; Van Erp Taalman Kip, C.; Kruit, J.; Hendrickx, T. L. G.; Van Loosdrecht, M. C. M., 2015b. Pilot-scale evaluation of anammox-based mainstream nitrogen removal from municipal wastewater. Environ. Technol. 36(9), 1167–1177. https://doi.org/10.1080/09593330.2014.982722
Lotti, T.; Kleerebezem, R.; van Loosdrecht, M. C. M., 2014. Effect of temperature change on anammox activity. Biotechnol. Bioeng. 112(1), 98–103. https://doi.org/10.1002/bit.25333
Mulder, A.; van de Graaf, A. A.; Robertson, L. A.; Kuenen, J. G., 1995. Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized bed reactor. FEMS Microbiology Ecology 16(3), 177–183. https://doi.org/10.1016/0168-6496(94)00081-7
Rysgaard, S.; Glud, R. N.; Risgaard-Petersen, N.; Dalsgaard, T., 2004. Denitrification and anammox activity in Arctic marine sediments. Limnol. Oceanogr. 49(5), 1493–1502. https://doi.org/10.4319/lo.2004.49.5.1493
Seuntjens, D.; Bundervoet, B.; Mollen, H.; De Mulder, C.; Wypkema, E.; Verliefde, A.; Nopens, I.; Colsen, J.; Vlaeminck, S., 2016. Energy efficient treatment of A-stage effluent: pilot-scale experiences with shortcut nitrogen removal. Water Sci. Technol. 73(9), 2150–2158. https://doi.org/10.2166/wst.2016.005
Strous, M.; Heijnen, J. J.; Kuenen, J. G.; Jetten, M. S. M., 1998. The sequencing batch reactor as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium-oxidizing microorganisms. Appl. Microbiol. Biot. 50(5), 589–596. https://doi.org/10.1007/s002530051340
Tomaszewski, M.; Cema, G.; Ziembińska-Buczyńska, A., 2019. Short-term effects of reduced graphene oxide on the anammox biomass activity at low temperatures. Sci. Total Environ. 646, 206–211. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.283
van der Star, W. R. L.; Abma, W. R.; Blommers, D.; Mulder, J. W.; Tokutomi, T.; Strous, M.; Picioreanu, C.; van Loosdrecht, M. C. M., 2007. Startup of reactors for anoxic ammonium oxidation: Experiences from the first full-scale anammox reactor in Rotterdam. Water Res. 41(18), 4149–4163. https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.03.044
Wett, B., 2006. Solved upscaling problems for implementing deammonification of rejection water. Water Sci. Technol. 53(12), 121–128. https://doi.org/10.2166/wst.2006.413
Zhang, X.; Chen, Z.; Zhou, Y.; Ma, Y.; Ma, C.; Li, Y.; Liang, Y.; Jia, J., 2019. Impacts of the heavy metals Cu (II), Zn (II) and Fe (II) on an Anammox system treating synthetic wastewater in low ammonia nitrogen and low temperature: Fe (II) makes a difference. Sci. Total Environ. 648, 798–804. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.206
Stahování
Publikováno
Jak citovat
Číslo
Sekce
Licence
Copyright (c) 2019 Vojtěch Kouba, Jan Bartáček
Tato práce je licencována pod Mezinárodní licencí Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0.
