Vliv teplotních výkyvů na účinnost procesu deamonifikace při čištění odpadních vod

Michala Fridrichová

Diplomová práce

The Influence of Temperature Fluctuation on the Efficiency of Deammonification Process During Wastewater Treatment

Anotace:

Deamonifikace je biologický děj, při kterém je amoniakální dusík odstraněn z odpadní vody. Výhody oproti tradiční metodě nitrifikace/denitrifikace spočívají v úspoře energie na provzdušňování a nižší požadavky na organický substrát. Anammox bakterie, které deamonifikaci uskutečňují, jsou velmi citlivé. Jejich optimální teplota se pohybuje mezi 35 °C a 45 °C. Čištění odpadních vod však probíhá v praxi při nižších hodnotách. Tato diplomová práce byla zaměřena právě na vliv teplotních výkyvů na průběh a účinnost deamonifikace. Pro pokus byl použit model s CSTR reaktorem zpracovávajícím upravenou kalovou vodu z anaerobní stabilizace kalu. Kalová voda z ÚČOV Praha byla ředěna vodovodní vodou a byl do ní přidáván dusitanový dusík. Anammox bakterie byly kultivovány ve formě suspenze (aktivovaného kalu), který byl získán z anammox reaktoru estonské univerzity v Tartu. Pokus trval 280 dní. Byl rozdělen do 3 etap podle měnící se teploty. Během první etapy byla průměrná teplota 23,3 °C, druhá dosahovala průměrně 27,5 °C a během třetí etapy byl nastaven teplotní pokles z 27 °C na 16,2 °C. Objemové zatížení Ncelk se pohybovalo mezi 0,024 až 0,174 kg/(m3.d). S rostoucí teplotou se zvyšovala účinnost odstranění N-amon a N-NO2-. Byla potvrzena hypotéza, že anammox reaktor je možné úspěšně provozovat při nízkých teplotách (18,3 °C). Inhibice teplotou nastala při poklesu teploty na 16,2 °C. Snížila se účinnost odstranění N-amon, N-NO2-, N-NO3- i Ncelk. Anammox bakterie prokázaly schopnost vyrovnat se s krátkodobým (1 týden) teplotním poklesem. Po opětovném zvýšení z 16,2 °C na 23,9 °C projevily vysokou schopnost odstranění forem dusíku. Průměrná účinnost odstranění Ncelk byla 45,1 %. Vyšší průměrné účinnosti bylo dosaženo u odstranění N-amon, a sice 72,0 %. Během pokusu se podařilo odstranit 88,9 % N-NO2-. Ze získaných výsledků v laboratorním měřítku vyplývá, že anammox reaktor je možné v praxi provozovat při nízkých teplotách do 16,2 °C v případě, že inhibice způsobená poklesem teploty je krátkodobá.

Abstract:

Deammonification is biological process, where ammonia is removed out of the wastewater. Advantages, compared to traditional nitrification/denitrification, consist in saving energy used to aeration and lower requirements to organic substrate. Anammox bacteria, which are realizing the process are very sensitive. Their optimal temperature is about 35 °C to 45 °C. In real life, the treatment of wastewater runs in lower temperature. This thesis is focused on the influence of temperature fluctuation on efficiency of deammonification. For the experiment was used model with CSTR reactor, which deals with adjusted sludge water from anaerobic sludge stabilization. Sludge water from ÚČOV Praha was diluted by tap water and nitrite nitrogen was added. Anammox bacteria were cultivated in form of suspension (activated sludge), which was obtained in anammox reactor from estonian university in Tartu. The experiment lasted 280 days. It was divided into three phases, depending on changing temperature. In the first part, the average temperature was 23,3 °C, in the second part 27,5 °C, and in the third part was setted up the temperature decrease from 27 °C to 16,2 °C. The volume load of Ntotal was between 0,024 and 0,174 kg/(m3.d). With increasing temperature was noticed increasing efficiency of N-amon and N- NO2- removal. The hypothesis, that anammox rector can be succesfully operated in low temperature (18,3 °C), was confirmed. Inhibition caused by temperature was noticed under 16,2 °C. At this point, efficiency of removal N-amon, N-NO2-, N-NO3- and Ntotal decreased. Anammox bacteria approved ability to deal with short-term (1 week) temperature drop. After increase of temperature from 16,2 °C back to 23,9 °C, it was detected high ability to remove nitrogen forms. Average effectivity of Ntotal removal was 45,1 %. Higher efficiency was reached of N-amon, it was 72,0 %. During the experiment was removed 88,9 % N-NO2-. Because of the collected results, we can say, the annamox reactor can be sucessfully run in lower temperatures around 16,2 °C, if inhibition caused by temperature is short-term.

Klíčová slova

deamonifikace, anamox proces, inhibice, teplota, odstraňování dusíku z odpadních vod

Keywords

deammonification, inhibition, anammox process, temperature, nitrogen removal from wastewater

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 8. 4. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Pavel Švehla, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program / obor:
Péče o biosféru / Odpady a jejich využití