Vliv teploty na průběh procesu ANAMMOX při čištění směsi skládkového výluhu a kalové vody

Bc. Anastasia Shtukaturova

Master's thesis

The Influence of the Temperature on the ANAMMOX Procees Applied for the Treatment of Mixture of Landfill Leachate and Reject Water

Abstract:

Skládkový výluh a kalová voda, která vzniká při odvodňování anaerobně stabilizovaného kalu, představují pro čistírny odpadních vod problém, protože obsahují vysoké koncentrace amoniakálního dusíku, který zhoršuje kvalitu vyčištěné vody na odtoku. Proces ANAMMOX (ANaerobic AMMonia OXidation) je moderní technologií, která je využívaná čistírnami odpadních vod pro odstraňování dusíkatých sloučenin ze silně znečištěných odpadních vod. ANAMMOX proces běžně funguje za teplot 25-40 °C, ale to pro většinu čistíren není ekonomicky výhodné. Proto je tato práce zaměřena na využití ANAMMOX procesu za teplot 17-20 °C a na to, jak pokles teploty ovlivňuje efektivitu systému.Pokus se realizoval v laboratorních podmínkách po dobu 368 dnů s využitím směsi skládkového výluhu a kalové vody z Biologické čistírny odpadních vod Pardubice (BČOV Pardubice) jako substrát pro ANAMMOX proces. Pro realizaci pokusu bylo zvoleno dvoufázové technologické řešení procesu ANAMMOX, kde v první fázi v sekvenčním dávkovém reaktoru (Sequencing Batch Reactor-SBR) probíhala částečná nitritace, v druhé fázi v kontinuálně průtokovém reaktoru (Completely Stirred Tank Reactor-CSTR) se směšovací aktivací probíhal samotný ANAMMOX proces. CSTR reaktor byl po celou dobu pokusu provozován za podmínek blížících se anoxickým, s průměrnou koncentrací kyslíku 0,5 mg/l. Průměrné koncentrace ve vstupní vodě pro ANAMMOX činily pro N-amon 450 mg/l, pro N-NO₂¯ 600 mg/l a pro N-celk 1050 mg/l. Reaktor byl provozován při teplotách od 17 do 25 °C. Teplota se snižovala postupně a spolu s vhodně nastaveným průtokem determinujícím aktuální hodnotu zatížení systému dusíkem nedošlo k inhibici procesu. Při teplotě 17 ± 0,5 a průtoku 240 ml/d po dobu tři týdnů nedošlo při objemovém zatížení reaktoru celkovým dusíkem dosahujícím průměrně 0,05 kg/m3/d k akumulaci N-NO₂¯ ani N-amon v odtoku. Nebyla tedy za těchto podmínek zaznamenána pozorovatelná inhibice činnosti ANAMMOX bakterií. Účinnost odstranění celkového dusíku dosahovala v této fázi provozu reaktoru 96 %, rychlost odstranění celkového dusíku se pohybovala okolo 0,04 kg/m3/d. Účinnost odstranění N-amon i N-NO₂¯ se v této fázi pohybovala v rozmezí od 98 do 100 %. Tím pádem byla potvrzena hypotéza, že ANAMMOX systém lze účinně provozovat za nízkých teplot, respektive za teplot 17-20 °C.

Abstract:

Landfill leachate and reject water produced as a side product comes from the dewatering of anaerobically stabilized sludge represent a problem for wastewater treatment plants. These water types contain high concentrations of ammonium that worsens the quality of the effluent water. ANAMMOX (ANaerobic AMMonia OXidation) is a modern technology that is used by waste water treatment plants to remove nitrogen compounds from heavily polluted wastewater. The ANAMMOX process is satisfactorily operated at 25-40 ° C, but it is not economically advantageous for most treatment plants. Therefore, this thesis is focused on the use of ANAMMOX process at 17-20 ° C and on the studying how the temperature drop affects system efficiency.The experiment was carried out in laboratory conditions for 368 days using a mixture of landfill leachate and reject water from the biological wastewater treatment plant Pardubice as a substrate for the ANAMMOX process. Two-stages technological solution of the ANAMMOX process was chosen for the realization of the experiment, in which the partial nitritation took place in the first phase in the Sequencing Batch Reactor (SBR). ANAMMOX process was realized in the second phase in the Completely Stirred Tank Reactor (CSTR) that was operated at near anoxic conditions with an average oxygen concentration of 0.5 mg/l throughout the experiment. Average concentrations in the inlet water for ANAMMOX were 450 mg/l for total ammonia nitrogen (TAN), 600 mg/l for N-NO₂¯ and 1050 mg/l for N-total. The reactor was operated at temperatures from 17 to 25 °C. The temperature was reduced gradually, and the process was not inhibited, along with a suitably set flow rate determining the actual nitrogen loading rate of the system.At a temperature of 17 ± 0.5 ° C and a flow rate of 240 ml/d for three weeks, N-NO₂¯ and TAN did not accumulate in the effluent water at a reactor total nitrogen loading rate 0.05 kg/mᶟ/d on average. Thus, no observable inhibition of ANAMMOX activity was observed under these conditions. The total nitrogen removal efficiency at this stage of reactor operation was 96%, the total nitrogen removal rate was about 0.04 kg/mᶟ/d. The removal efficiency of TAN as well as for N-NO₂¯ was at this stage ranging from 98 to 100%.Thus, the hypothesis that the ANAMMOX system can be operated effectively at low temperatures of 17-20 °C was confirmed.

Keywords

ANAMMOX proces, teplota, amoniakální dusík, skládkový výluh, kalová voda

Keywords

ANAMMOX process, temperature, nitrogen removal, landfill leachate, sludge water

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Pavel Švehla, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Waste Technology / Technology, Processing and Utilization of Waste