Considerations for the Establishment of an Anaerobic Biofilm in an AnMBBR

Abstract (Swedish)

Behandling av avloppsvatten för att avlägsna ämnen som kan ha en negativ påverkan på den mänskliga hälsan och naturen är mycket viktigt innan vattnet återanvänds eller släpps ut i naturen. Intresset för anaerob vattenrening har ökat eftersom det är ett bra komplement till aeroba processer, samt för att det producerar energi i form av metangas.

Målet med detta projekt var att undersöka hur olika driftsparametrar påverkade den initiala etableringen samt utvecklingen av biofilm i en anaerob Moving Bed Biofilm Reactor (AnMBBR). Tre labb-skaliga reaktorer laddades med bärare av olika slag, varefter de sedan startades och kördes i 86 dagar. Reaktorerna utsattes för samma driftsvillkor och temperaturen, belastningen och den hydrauliska retentions tiden (HRT) varierades. Avloppsvattnet kom från en matproducerande fabrik och dess styrka varierade beroende på fabrikens dagliga produktion.

Resultaten indikerade att reaktorerna inte var stabila vid slutet av detta projekt. Temperaturer i den högre delen av det mesofila temperaturintervallet och en högre belastning indikerar ett bättre främjande av biofilmsetablering. En nyare ymp ökade den mikrobiella aktiviteten och verkade underlätta biofilmsformationen. Bärarens design verkade också påverka etableringen av biofilm då bäraren med en större skyddad area visade tecken på biofilmsformation tidigare. Fortsatt utvärdering av dessa parametrar är nödvändigt för att utveckla en djupare förståelse för etablering och utveckling av biofilm i an AnMBBR.

Abstract

Treatment of wastewater is crucial for removing any compounds which can have a negative impact on human health and nature before the water is reused or released into nature. Interest in anaerobic treatment of wastewater has increased as it is a good complement to aerobic treatment, and it produces energy in form of methane.

The aim of this project was to investigate how different operational parameters influenced the initial establishment and development of biofilm in an anaerobic Moving Bed Biofilm Reactor (AnMBBR). Three lab-scale reactors were loaded with different types of carriers, then started and operated in parallel for 86 days. The reactors were subjected to the same operating conditions as the temperature, organic loading rate (OLR) and hydraulic retention time (HRT) were varied. The wastewater originated from a food factory and varied in content depending on the fluctuation in the factory’s daily production.

The results indicate that process stability was not reached by the end of this project. Temperatures in the higher spectrum of the mesophilic range and higher OLR indicated a higher promotion of biofilm establishment. A re-inoculation with a new inoculum increased the microbial activity and seemed to help with the biofilm formation. Carrier design also seemed to influence the biofilm establishment as the carriers which had a larger protected surface area showed signs of biofilm formation earlier. Further evaluation of these parameters is necessary to develop a greater understanding for establishment and development of biofilm in an AnMBBR.

Popular Abstract (Swedish)

I dagens samhälle spolar vi ut mängder av olika näringsrika och giftiga ämnen i våra avloppsvatten. Därför är det viktigt att rena detta vatten och minska halten av organiska material innan vi släpper ut det i vattendrag i naturen. Om vattnet inte renas finns det en risk att flertal problem kan uppstå, så som algblomning och fiskdöd.

Detta projekt har undersökt möjligheten att minska halten av organiskt material i avloppsvatten med hjälp av mikroorganismer i en anaerob process, alltså en process utan tillgång på syre. Typen av process som använts är Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)-processen. En MBBR utnyttjar bärare, vilket är små diskar som mikroorganismerna kan växa på i form av biofilm i skyddade hålor, vilka underlättar odlingen av organismerna. Dessutom kan man ha ett kontinuerligt genomflöde av avloppsvatten samtidigt som man på ett enkelt sätt kan hålla kvar biofilmen i reaktorn.

Anaeroba processer kan vara ganska svåra att starta upp och få stabila då mikroorganismerna är kräsna med sina levnadsvillkor. Saker som kan påverka är bland annat temperaturen, mängden organiskt material i avloppsvattnet och uppehållstiden i reaktorn. Trots att anaeroba processer kan vara lite krångliga är de väldigt intressanta eftersom man med hjälp av dem kan producera biogas från organiskt material, vilket sedan kan användas till bland annat bilbränsle.

Under en fyramånadersperiod startades och kördes tre anaeroba MBBR processer på labbskala. De utsattes för samma förhållanden men laddades med olika typer av bärare. Under perioden som reaktorerna kördes hann de aldrig nå stabilitet, det vill säga de hann inte utveckla en stabil biofilm med självständig nedbrytning av organiskt material. Dock hann flera olika parametrar utvärderas för att man skulle kunna hitta de optimala förhållandena för odling av biofilm.

Bland annat visar resultaten att en högre temperatur gynnar biofilmens bildande, och en kombination av en högre halt organiskt material i avloppsvattnet och en kortare uppehållstid, alltså tid som avloppsvattnet befinner sig i reaktorn verkar sporra organismerna till en snabbare tillväxt. Bärarnas design verkar också påverka odlingen av mikroorganismerna, eftersom den bärare som hade en större skyddad area för biofilmen att växa på påvisade en snabbare bildning av biofilm.

Resultaten för detta projekt kommer hjälpa till att bidra till en större förståelse för hur en anaerob MBBR process kan startas upp på ett effektivt sätt, och hur olika designer på bärarna påverkar odlingen av biofilm. Även om vidare utredning kommer att krävas för att till fullo förstå de optimala förhållandena för bildande av biofilm, ger resultaten i detta projekt en bra indikation för hur olika parametrar påverkar processen.

• author: Månsson, Emma
• supervisor: Catherine Paul
• organization: Applied Microbiology
• alternative title: Överväganden för Etableringen av en Anaerob Biofilm i en AnMBBR
• course: KMBM05 20192
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Anaerobic, MBBR, biofilm, carrier, methane, applied microbiology, teknisk mikrobiologi
• language: English
• id: 9004198
• date added to LUP: 2020-02-11 13:57:13
• date last changed: 2020-02-11 13:57:13