Vliv podmínek při biologickém čištění odpadní vody na aktivitu nitrifikačních organismů

Ing. Helena Hrnčířová

Doctoral thesis

The Impact of Conditions during Biological Wastewater Treatment on the Activity of Nitrifying Organisms

Abstract:

Tradičním způsobem odstraňování dusíku z odpadních vod je využití nitrifikace a následné denitrifikace. V některých případech je však využití této metody komplikováno složením čištěné vody, problematické jsou zejména odpadní vody s nízkým koncentračním poměrem CHSK/N. V současné době je proto trendem vyvíjení a zdokonalování nejrůznějších netradičních biologických postupů s cílem optimalizovat odstraňování dusíkatých sloučenin z těchto vod. Mezi tyto nové postupy patří např. proces nitritace/denitritace nebo částečná nitritace/ANAMMOX (ANaerobic AMMonium OXidation). Základem těchto metod je akumulace dusitanů způsobená potlačením funkce NOB (Nitrite Oxidising Bacteria) při současném zachování funkce AOB (Ammonia Oxidising Bacteria). Mezi hlavní výhody těchto metod patří především úspora energie na provzdušňování reaktoru a organických látek ve srovnání s nitrifikací/denitrifikací. Výzkum v rámci této práce hodnotil vliv vstupní koncentrace N-amon, náhlých a pozvolných teplotních výkyvů a vliv náhlých poklesů teploty z 24 na 17 °C při postupně se zvyšujícím zatížení reaktoru amoniakálním dusíkem v rozmezí 0,4 - 1,5 kg/(m3·d) na stabilitu zkrácené nitrifikace. Dva laboratorní modely s aktivovaným kalem ve formě suspenze byly provozovány v režimu SBR (Sequencing Batch Reactor). Při experimentech byla využita kalová voda kalová voda vznikající při odvodňování anaerobně stabilizovaného kalu na Ústřední čistírně odpadních vod v Praze. jež obsahovala N-amon v koncentračním rozmezí 1000 – 1700 mg/l. Koncentrace rozpuštěného kyslíku v reaktorech nebyla limitována. Bylo zjištěno, že prahová hodnota vstupní koncentrace N-amon v systému provozovaném za daných podmínek (SBR, 15 °C, zatížení reaktoru amoniakálním dusíkem 0,2 kg/(m3·d), naředěná kalová voda,), kdy je možno úspěšně a dlouhodobě udržet zkrácenou nitrifikaci, leží patrně v rozmezí 75 – 150 mg/l. Dále bylo zjištěno, že náhlý pokles teploty z 24,3 °C na 14,3 °C a 15,8 °C v daných podmínkách (SBR, zatížení reaktoru amoniakálním dusíkem 0,2 kg/(m3·d), neředěná kalová voda) výrazně ovlivnil stabilitu procesu. Naopak pokles teploty z 24,3 °C na 17, 4 °C za podmínek experimentu nevedl k narušení stability zkrácené nitrifikace. Při pozvolném snižování teploty z 24,3 °C došlo k výraznému ovlivnění stability procesu až při teplotě 12,7 °C. Stabilita zkrácené nitrifikace nebyla narušena ani po náhlém poklesu teplota z 24 na 17 °C při zatížení reaktoru amoniakálním dusíkem 1,5 kg/(m3·d).

Abstract:

Nitrogen removal during wastewater treatment is traditionally ensured by the biological process of nitrification/denitrification. In some cases, the application of this method is complicated, the treatment of effluent with a low concentration ratio of COD:N is especially problematic. Multiple innovative biological methods have been implemented in order to treat these types of waste water. The procedures include for example a process of nitritation/denitritation and process of partial nitritation combined with anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX). These processes are based on the accumulation of nitrites induced by the selective inhibition of nitrite oxidising bacteria (NOB) during the nitrification process, whereby ammonia oxidising bacteria (AOB) activity is preserved. The main advantages of the above-mentioned processes include high effectiveness and the reduced costs of aerating and organic substrates, as compared to a traditional nitrification/denitrification system. In this thesis, the effect of influent nitrogen concentration, sudden and gradual temperature fluctuations and sudden temperature decrease from 24 to 17 °C realized at NLR increased incrementally from 0,4 to 1,5 kg/(m3day) on the stability of partial nitrification was investigated. Two laboratory models with biomass cultivated in the form of activated sludge were operated in SBR. The reject water from the Central Waste Water Treatment Plant in Prague with N-amon concentration in the range from 1000 to 1700 mg/l was used. The DO concentration in reactors was not limited. It was found that the threshold value of the influent TAN concentration that enables the application of the short-cut nitrification process is between 75 mg/l and 150 mg/l under the conditions applied (SBR, 15◦C, diluted reject water, NLR 0,2 kg/(m3day)). It was also found that a sudden decrease in temperature from 24,3 °C to 14,3 °C and 15,8 °C significantly affected the stability of partial nitrification (NLR 0,2 kg/(m3day), reject water,). No negative effect was recorded after a sudden temperature decrease from 24,3 to 17,4 °C. During a gradual temperature decrease from 24,3 °C, process stability was negatively affected at 12,7 °C. The stability of partial nitritation was not disrupted even after sudden temperature decrease from 24 to 17 °C realized at a NLR reaching 1,5 kg/(m3day).

Keywords

zkrácená nitrifikace, teplotní výkyvy, kalová voda, reaktor se semikontinuálním průtokem, volný amoniak, volná kyselina dusitá

Keywords

partial nitritation, temperature fluctuations, reject water, sequencing batch reactor (SBR), free ammonia (FA), free nitrous acid (FNA)

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2024

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Jiří Balík, CSc. dr. h. c.
• Reader: Oldřich Vodička, externi, Tomáš Rosenberg, externi, Pavel Jeníček, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme:
Plant Sciences