Advanced

Evaluation of the effect of different SCOD/TN ratios in a mainstream nitritation process

el Halabi, Doaa LU (2017) VVA820 20162
Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
Abstract (Swedish)
Avloppsvatten är rikt på organiskt material, det organiska materialet har med fördel använts för biogasproduktion. Den traditionella kvävereningsprocessen kräver organiskt material, därför har ett extern organiskt material använts. Flera studier har fokuserat på att finna en alternativ process för kväverening av avloppsvatten, där inget organiskt material behövs. En alternativ process som har studerats brett är nitritation-anammox processen. Den här alternativa processen för kväverening möjliggör sparandet av organiskt material samt energi.
Examensarbetet har studerat nitritation steget i en MBBR, som är tänkt att föregås av ett filtreringssteg. Huvudfokus är att utvärdera effekten av utflödet från filtreringssteget på nitritation steget.... (More)
Avloppsvatten är rikt på organiskt material, det organiska materialet har med fördel använts för biogasproduktion. Den traditionella kvävereningsprocessen kräver organiskt material, därför har ett extern organiskt material använts. Flera studier har fokuserat på att finna en alternativ process för kväverening av avloppsvatten, där inget organiskt material behövs. En alternativ process som har studerats brett är nitritation-anammox processen. Den här alternativa processen för kväverening möjliggör sparandet av organiskt material samt energi.
Examensarbetet har studerat nitritation steget i en MBBR, som är tänkt att föregås av ett filtreringssteg. Huvudfokus är att utvärdera effekten av utflödet från filtreringssteget på nitritation steget. Den största utmaningen med nitritation-anammox för behandling av huvudströmmen är att undvika etablering av nitritoxiderande bakterier. Nitritoxiderande bakterier var tänkt att inhiberas genom utförandet av en rejektfas.
Två parallella MBBR laborationsreaktorer användes för att studera tre olika SCOD/N. Under den första fasen studeras ett SCOD/N kvot som är ungefär lika med 1 (med ett hög aktiverat slam utflöde) i både reaktorerna. Två av de studerade SCOD/N-förhållanden bestämdes efter att ha utvärderat filtreringssteget i laboratorieskala. Resultaten från filtrerings laboratorieexperiment indikerade en låg SCOD reduktion. De två SCOD/N som skall studeras bestämdes att vara 5 och 7. I den andra fasen studeras SCOD/N lika med 5 i den ena reaktorn respektive 7 i den andra.
Efter 31 dagar av kontinuerlig drift med utflöde från hög aktiverat slam, kunde en framgångsrik nitritation (NH4-N belastnings hastighet på 0,8±0,1 gN/L,d och NH4-N reduktions hastighet på 0,4±0,1 gN/L,d) kunde uppnås. Därefter växlades operationen för att testa effekten av högre COD i inflödet (5 och 7) under ytterligare 45 dagar. I den här fasen kunde inte en nitritation uppehållas för varken 5 eller 7 kvoten, trots att NH4-N belastning hastigheten sänktes så småningom till 0,2-0,3 gN/L,d. Den högre COD anses resultera i att erhålla fler heterotrofa bakterier i biofilmen som resulterar i svårigheter att styra processen. Tillväxten av heterotrofa bakterier skapar en förändring i biofilm strukturen. Diffusions begränsningar antas vara ett faktum som förklarar begränsningen i aktiviteten på ammoniakoxiderande bakterie.
Aktivitetsförsök utfördes varannan vecka för att erhålla den maximala kapaciteten av bakterier under de olika faserna. Resultaten från aktivitetsförsöken tydde på en lägre nitrit- produktions hastighet under MPB, som reflekterade en begränsad AOB aktivitet under fasen. Detta kunde förklaras med diffusions begränsningar som uppstod på grund av heterotrofas utveckling. (Less)
Popular Abstract
The organic matter which the wastewater is rich in has been advantageously used for biogas production. Since, the traditional biological nitrogen wastewater treatment by nitrification denitrification requires organic matter; an external organic matter needs to be added. Recently, researches have been focusing on alternative processes for wastewater treatment where increased amount of carbon can be separated from the wastewater with primary treatment and utilized for biogas production. Hence, new approaches for nitrogen removal without requirements of carbon are needed. One of the nitrogen removal processes that is studied intensively is the nitritation-anammox combination. The nitritation-anammox nitrogen removal treatment for wastewater... (More)
The organic matter which the wastewater is rich in has been advantageously used for biogas production. Since, the traditional biological nitrogen wastewater treatment by nitrification denitrification requires organic matter; an external organic matter needs to be added. Recently, researches have been focusing on alternative processes for wastewater treatment where increased amount of carbon can be separated from the wastewater with primary treatment and utilized for biogas production. Hence, new approaches for nitrogen removal without requirements of carbon are needed. One of the nitrogen removal processes that is studied intensively is the nitritation-anammox combination. The nitritation-anammox nitrogen removal treatment for wastewater is ideal in saving organic matter, in addition to less energy requirements, due to lower oxygen demand.
This master thesis has been studying the nitritation step in a moving bed biofilm reactor (MBBR), which is meant to be preceded by a microscreen for chemical oxygen demand (COD) removal. The main focus was to evaluate the effect of higher COD in the influent on the nitritation step. Since the achievement of the nitritation step is mainly based on the suppression of the nitrite oxidizing bacteria, the nitrite oxidizing bacteria was meant to be inhibited by performing a reject phase, 2 days a week. Three different soluble chemical oxygen demand (SCOD)/total nitrogen (TN) ratios were studied.
During the first phase SCOD/TN ratio 1 (using high rate activated sludge effluent) was studied where successful nitritation (ammonium (NH4-N) load rates were 0.8±0.1 gN/L,d and NH4-N reduction rates were 0.4±0.1 gN/L,d) was obtained in two MBBR lab reactors operated in parallel. Two of the studied SCOD/TN ratios were decided after evaluating microscreen filtration step in laboratory scale. The results from the filtration laboratory experiment indicated a low SCOD reduction rate. Thereafter, SCOD/TN ratios to be studied were decided to be 5 and 7.
After 31 days of continuous operation with high rate activated sludge effluent with successful nitritation, the operation was switched to test the effect of higher SCOD/TN in the influents (5 and 7) for further 45 days. Unfortunately, no successful nitritation operation was achieved for neither 5 or 7 SCOD/TN, even though NH4-N load rates were decreased to 0.2-0.3 gN/L,d. It was believed that the higher COD results in obtaining more heterotrophic bacteria in the biofilm which results in difficulties in directing the process. The development of the heterotrophs was believed to end in limiting the activity of ammonia oxidizing bacteria, due to the change in the biofilm structure which results in diffusion limitation.
Activity batch trials were also performed on a biweekly basis to obtain the maximum capacity of the bacteria during the study. The results from the activity trials indicated a lower nitrite- production rate when operated at a higher SCOD/TN ratio, which furthermore indicated the AOB activity limitation due to heterotrophic development. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
el Halabi, Doaa LU
supervisor
organization
course
VVA820 20162
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Partial nitrification, nitritation, microscreen, filtration, Chemical oxygen demand, moving bed biofilm reactor, Partial nitrification anammox, PNA.
report number
2017-04
language
English
id
8910838
date added to LUP
2017-06-16 11:41:42
date last changed
2017-06-16 11:41:42
@misc{8910838,
  abstract     = {Avloppsvatten är rikt på organiskt material, det organiska materialet har med fördel använts för biogasproduktion. Den traditionella kvävereningsprocessen kräver organiskt material, därför har ett extern organiskt material använts. Flera studier har fokuserat på att finna en alternativ process för kväverening av avloppsvatten, där inget organiskt material behövs. En alternativ process som har studerats brett är nitritation-anammox processen. Den här alternativa processen för kväverening möjliggör sparandet av organiskt material samt energi.
Examensarbetet har studerat nitritation steget i en MBBR, som är tänkt att föregås av ett filtreringssteg. Huvudfokus är att utvärdera effekten av utflödet från filtreringssteget på nitritation steget. Den största utmaningen med nitritation-anammox för behandling av huvudströmmen är att undvika etablering av nitritoxiderande bakterier. Nitritoxiderande bakterier var tänkt att inhiberas genom utförandet av en rejektfas.
Två parallella MBBR laborationsreaktorer användes för att studera tre olika SCOD/N. Under den första fasen studeras ett SCOD/N kvot som är ungefär lika med 1 (med ett hög aktiverat slam utflöde) i både reaktorerna. Två av de studerade SCOD/N-förhållanden bestämdes efter att ha utvärderat filtreringssteget i laboratorieskala. Resultaten från filtrerings laboratorieexperiment indikerade en låg SCOD reduktion. De två SCOD/N som skall studeras bestämdes att vara 5 och 7. I den andra fasen studeras SCOD/N lika med 5 i den ena reaktorn respektive 7 i den andra.
Efter 31 dagar av kontinuerlig drift med utflöde från hög aktiverat slam, kunde en framgångsrik nitritation (NH4-N belastnings hastighet på 0,8±0,1 gN/L,d och NH4-N reduktions hastighet på 0,4±0,1 gN/L,d) kunde uppnås. Därefter växlades operationen för att testa effekten av högre COD i inflödet (5 och 7) under ytterligare 45 dagar. I den här fasen kunde inte en nitritation uppehållas för varken 5 eller 7 kvoten, trots att NH4-N belastning hastigheten sänktes så småningom till 0,2-0,3 gN/L,d. Den högre COD anses resultera i att erhålla fler heterotrofa bakterier i biofilmen som resulterar i svårigheter att styra processen. Tillväxten av heterotrofa bakterier skapar en förändring i biofilm strukturen. Diffusions begränsningar antas vara ett faktum som förklarar begränsningen i aktiviteten på ammoniakoxiderande bakterie.
Aktivitetsförsök utfördes varannan vecka för att erhålla den maximala kapaciteten av bakterier under de olika faserna. Resultaten från aktivitetsförsöken tydde på en lägre nitrit- produktions hastighet under MPB, som reflekterade en begränsad AOB aktivitet under fasen. Detta kunde förklaras med diffusions begränsningar som uppstod på grund av heterotrofas utveckling.},
  author       = {el Halabi, Doaa},
  keyword      = {Partial nitrification,nitritation,microscreen,filtration,Chemical oxygen demand,moving bed biofilm reactor,Partial nitrification anammox,PNA.},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Evaluation of the effect of different SCOD/TN ratios in a mainstream nitritation process},
  year         = {2017},
}