Aerob granulering

Den biologiska reningen av avloppsvatten i avloppsreningsverket sker ofta med hjälp av konventionella system för aktivt slam . Dessa system kräver generellt stora ytareor för behandlings- och biomassasepareringsenheter på grund av slammets generellt dåliga sedimenteringsegenskaper . Aeroba granulat är en typ av slam som kan självimmobilisera flockar och mikroorganismer till sfäriska och starka kompakta strukturer. Fördelarna med aerobt granulärt slam är utmärkt sedimenteringsförmåga, hög biomassaretention, samtidig borttagning av näringsämnen och tolerans mot toxicitet. Nyligen genomförda studier visar att aerob granulär slambehandling kan vara en potentiellt bra metod för att behandla höghållfasta avloppsvatten med näringsämnen, giftiga ämnen.

Det aeroba granulära slammet odlas vanligtvis i SBR ( Sequencing Batch Reactor ) och används framgångsrikt som avloppsvattenrening för höghållfast avloppsvatten, giftigt avloppsvatten och hushållsavloppsvatten. Jämfört med konventionella aeroba granulära processer för avlägsnande av COD, fokuserar aktuell forskning mer på samtidig borttagning av näringsämnen, särskilt COD, fosfor och kväve , under tryckförhållanden, såsom hög salthalt eller termofila tillstånd.

Under de senaste åren har ny teknik utvecklats för att förbättra sättningsbarheten. Användningen av aerob granulär slamteknik är en av dem.

Aeroba granulat härrörande från kommunalt avloppsvatten AGS-applikation
Aeroba granulat

Sammanhang

Förespråkare av aerob granulär slamteknologi hävdar att "det kommer att spela en viktig roll som ett innovativt teknologiskt alternativ till den nuvarande aktiverade slamprocessen i industriell och kommunal rening av avloppsvatten inom en snar framtid" och att den "lätt kan etableras och lönsamt användas i aktivt slam växter". Men 2011 karakteriserades den som "ännu inte etablerad som en storskalig ansökan ... med begränsade och opublicerade fullskaliga ansökningar för kommunal avloppsrening."

Aerob granulär biomassa

Följande definition skiljer ett aerobt granulat från ett enkelt flock med relativt goda sedimenteringsegenskaper och kom ur diskussioner som ägde rum vid 1st IWA-Workshop Aerobic Granular Sludge i München (2004):

Granulat som utgör aerobt granulärt aktiverat slam ska förstås som aggregat av mikrobiellt ursprung, som inte koagulerar under reducerad hydrodynamisk skjuvning och som sedimenterar betydligt snabbare än aktiverat slamflockar

— de Kreuk et al. 2005

Bildning av aeroba granulat

SBR-reaktor, med aeroba granulat

Granulär slambiomassa utvecklas i sekvenseringssatsreaktorer (SBR) och utan bärarmaterial. Dessa system uppfyller de flesta kraven för deras bildande som:

Högtid – Svältregim: korta matningsperioder måste väljas för att skapa fest- och hungersnödperioder (Beun et al. 1999), kännetecknade av närvaron eller frånvaron av organiskt material i det flytande mediet. Med denna utfodringsstrategi uppnås valet av lämpliga mikroorganismer för att bilda granulat. När substratkoncentrationen i bulkvätskan är hög kan de granulbildande organismerna lagra det organiska materialet i form av poly- β -hydroxibutyrat för att konsumeras under svältperioden, vilket ger en fördel gentemot filamentösa organismer. När en anaerob matning tillämpas förstärks denna faktor, vilket minimerar vikten av kort sedimenteringstid och högre hydrodynamiska krafter.
Kort sedimenteringstid: Detta hydrauliska urvalstryck på det mikrobiella samhället tillåter kvarhållande av granulär biomassa inuti reaktorn medan flockig biomassa tvättas ut. (Qin et al. 2004)
Hydrodynamisk skjuvkraft : Bevis visar att appliceringen av höga skjuvkrafter gynnar bildandet av aeroba granuler och den fysiska granulens integritet. Det visade sig att aeroba granuler endast kunde bildas över ett tröskelvärde för skjuvkraft i termer av ythastighet för uppåtgående luft över 1,2 cm/s i en kolumn SBR, och mer regelbundna, rundare och mer kompakta aeroba granuler utvecklades vid hög hydrodynamisk skjuvning krafter (Tay et al., 2001).

Granulärt aktiverat slam utvecklas också i genomströmningsreaktorer med hjälp av Hybrid Activated Sludge (HYBACS)-processen, som omfattar en ansluten tillväxtreaktor med kort retentionstid uppströms en suspenderad tillväxtreaktor. De fästa bakterierna i den första reaktorn, känd som en SMART-enhet, utsätts för en konstant hög COD, vilket utlöser uttrycket av höga koncentrationer av hydrolytiska enzymer i EPS-lagret runt bakterierna. [ citat behövs ] Den accelererade hydrolysen frigör löslig lättnedbrytbar COD som främjar bildningen av granulärt aktiverat slam. [ citat behövs ]

Fördelar

Utvecklingen av biomassa i form av aeroba granulat studeras för dess tillämpning vid avlägsnande av organiskt material , kväve och fosforföreningar från avloppsvatten. Aeroba granulat i en aerob SBR uppvisar flera fördelar jämfört med konventionella aktiverade slamprocesser såsom:

Stabilitet och flexibilitet: SBR-systemet kan anpassas till fluktuerande förhållanden med förmåga att motstå stötar och giftiga belastningar
Låga energikrav: den aeroba granulära slamprocessen har en högre luftningseffektivitet på grund av drift på ökad höjd, samtidigt som det inte finns varken returslam eller nitratåtervinningsströmmar eller krav på blandning och framdrivning.
Minskad fotavtryck: Ökningen av biomassakoncentrationen som är möjlig på grund av den höga sedimenteringshastigheten hos de aeroba slamgranulerna och frånvaron av en slutlig sedimentator resulterar i en betydande minskning av det erforderliga fotavtrycket.
Bra biomassaretention: högre biomassakoncentrationer inuti reaktorn kan uppnås och högre substratladdningshastigheter kan behandlas.
Förekomst av aeroba och anoxiska zoner inuti granulerna: att utföra samtidigt olika biologiska processer i samma system (Beun et al. 1999 )
Minskade investerings- och driftskostnader: kostnaden för att driva ett avloppsreningsverk som arbetar med aerobt granulärt slam kan minskas med minst 20 % och utrymmesbehovet kan minskas med så mycket som 75 % (de Kreuk et al., 2004).

HYBACS-processen har den ytterligare fördelen att den är en genomflödesprocess, och på så sätt undviker komplexiteten hos SBR-system. Det är också lätt att använda för att uppgradera befintliga genomflödesprocesser för aktiverat slam genom att installera de bifogade tillväxtreaktorerna uppströms om luftningstanken. Uppgradering till granulär aktiverat slamprocess gör det möjligt att fördubbla kapaciteten hos ett befintligt avloppsreningsverk.

Rening av industriavloppsvatten

Syntetiskt avloppsvatten användes i de flesta arbeten som utfördes med aeroba granulat. Dessa arbeten var huvudsakligen inriktade på studiet av granulatbildning, stabilitet och effektivitet för borttagning av näringsämnen under olika driftsförhållanden och deras potentiella användning för att avlägsna giftiga föreningar. Potentialen för denna teknik för att behandla industriellt avloppsvatten studeras, några av resultaten:

  • Arrojo et al. (2004) drev två reaktorer som matades med industriavloppsvatten producerat i ett laboratorium för analys av mejeriprodukter (Totalt COD : 1500–3000 mg/L; lösligt COD: 300–1500 mg/L; totalt kväve: 50–200 mg/ L). Dessa författare tillämpade organiskt och kväveladdningshastigheter upp till 7 g COD/(L·d) och 0,7 g N/(L·d) för att erhålla borttagningseffektivitet på 80 %.
  • Schwarzenbeck et al. (2004) behandlade maltavloppsvatten som hade en hög halt av partikelformigt organiskt material (0,9 g TSS/L). De fann att partiklar med medeldiametrar lägre än 25–50 μm avlägsnades med 80 % effektivitet, medan partiklar större än 50 μm endast avlägsnades med 40 % effektivitet. Dessa författare observerade att förmågan hos aerobt granulärt slam att avlägsna partikelformigt organiskt material från avloppsvattnet berodde på både inkorporering i biofilmmatrisen och metabolisk aktivitet hos protozopopulationen som täcker granulernas yta.
  • Cassidy och Belia (2005) erhöll avlägsningseffektiviteter för COD och P på 98 % och för N och VSS över 97 % under drift av en granulär reaktor matad med slakteriavloppsvatten (Totalt COD: 7685 mg/L; löslig COD: 5163 mg/L; TKN : 1057 mg/L och VSS: 1520 mg/L). För att erhålla dessa höga procentsatser för avlägsnande drev de reaktorn vid en DO- mättnadsnivå på 40 %, vilket är det optimala värdet som förutspåtts av Beun et al. (2001) för kväveavlägsnande, och med en anaerob utfodringsperiod som bidrog till att upprätthålla stabiliteten hos granulerna när DO-koncentrationen var begränsad.
  • Inizan et al. (2005) behandlade industriavloppsvatten från läkemedelsindustrin och observerade att de suspenderade fasta ämnena i inloppsavloppsvattnet inte avlägsnades i reaktorn.
  • Tsuneda et al. (2006), vid behandling av avloppsvatten från metallraffinaderiprocessen (1,0–1,5 g NH 4 + -N/L och upp till 22 g/L natriumsulfat), avlägsnade en kväveladdningshastighet på 1,0 kg-N/m 3 · d med en effektivitet på 95 % i ett system som innehåller autotrofa granulat.
  • Usmani et al. (2008) hög ytlufthastighet, en relativt kort sedimenteringstid på 5–30 min, ett högt förhållande mellan höjd och diameter (H/D=20) på reaktorn och optimal organisk belastning underlättar odlingen av vanliga kompakta och cirkulära granulat.
  • Figueroa et al. (2008), renat avloppsvatten från en fiskkonservindustri. Tillämpade OLR var upp till 1,72 kg COD/(m 3 ·d) med helt utarmning av organiskt material. Ammoniakkväve avlägsnades via nitrifikation-denitrifikation upp till 40 % när kväveladdningshastigheten var 0,18 kg N/(m 3 ·d). Bildandet av mogna aeroba granuler skedde efter 75 dagars drift med 3,4 mm diameter, SVI på 30 ml/g VSS och densitet runt 60 g VSS/L-granulat
  • Farooqi et al. (2008), Avloppsvatten från raffinering av fossila bränslen, läkemedel och bekämpningsmedel är de viktigaste källorna till fenolföreningar. De med mer komplexa strukturer är ofta mer giftiga än den enkla fenolen . Denna studie syftade till att bedöma effektiviteten av granulärt slam i UASB och SBR för behandling av blandningar av fenolföreningar. Resultaten indikerar att anaerob behandling med UASB och aerob behandling med SBR framgångsrikt kan användas för fenol/kresolblandningar, representativa för viktiga substrat i kemiskt och petrokemiskt avloppsvatten och resultaten visar att korrekt acklimatiseringsperiod är avgörande för nedbrytningen av m – kresol och fenol . Dessutom fann man SBR som ett bättre alternativ än UASB-reaktorer eftersom det är mer effektivt och högre koncentration av m kresoler framgångsrikt kan brytas ned.
  • López-Palau et al. (2009), renat avloppsvatten från en vinindustri. Bildandet av granuler utfördes med användning av ett syntetiskt substrat och efter 120 dagars drift ersattes syntetiska medier med riktigt vingårdsavloppsvatten, med en COD-belastning på 6 kg COD/(m 3 ·d ) .
  • Dobbeleers "et al." (2017), renat avloppsvatten från potatisindustrin. Granuleringen var framgångsrik och samtidig nitrifikation/denitrifikation var möjlig genom att korta ner kvävecykeln.
  • Caluwé "et al." (2017), Jämförde en strategi för aerob fest/svält och en anaerob fest, strategi för aerob hungersnöd för bildning av aerobt granulärt slam under rening av industriellt petrokemiskt avloppsvatten. Båda strategierna var framgångsrika.

Pilotforskning i aerobt granulärt slam

Aerob granuleringsteknik för användning i avloppsvattenrening är allmänt utvecklad i laboratorieskala. Den storskaliga erfarenheten växer snabbt och flera institutioner gör ansträngningar för att förbättra denna teknik:

  • Sedan 1999 har Royal HaskoningDHV (tidigare DHV Water), Delft University of Technology (TUD), STW (Dutch Foundation for Applied Technology) och STOWA (Dutch Foundation for Applied Water Research) haft ett nära samarbete kring utvecklingen av den aerobiska granulära slamteknologin ( Nereda ). I september 2003 genomfördes en första omfattande pilotanläggningsforskning vid STP Ede, Nederländerna med fokus på att få stabil granulering och biologiskt avlägsnande av näringsämnen. Efter det positiva resultatet tillsammans med sex holländska vattenverk beslutade parterna att upprätta ett offentligt-privat partnerskap (PPP) - National Nereda Research Program ( NNOP) - för att mogna, skala upp och implementera flera fullskaliga enheter. Som en del av denna PPP har omfattande pilottester utförts mellan 2003 och 2010 vid flera avloppsreningsverk. För närvarande är mer än 20 anläggningar igång eller under uppbyggnad på 3 kontinenter.
  • Från basen av det aeroba granulära slammet, men med användning av ett stridssystem för granulerna, utvecklades en granulär reaktor för sekvensering av biofilter (SBBGR) med en volym på 3,1 m 3 av IRSA (Istituto di Ricerca Sulle Acque, Italien). Olika studier har utförts i denna anläggning som behandlar avloppsvatten vid ett italienskt reningsverk för avloppsvatten.
  • Användningen av aeroba granulat framställda i laboratoriet, som en startkultur, innan de läggs till i huvudsystemet, är basen för teknologin ARGUS (Aerobic granules upgrade system) utvecklad av EcoEngineering Ltd. Granulerna odlas på plats i små bioreaktorer som kallas propagatorer och fyller endast 2 till 3 % av huvudbioreaktorn eller fermentorns (rötkammaren) kapacitet. Detta system används i en pilotanläggning med en volym på 2,7 m 3 belägen i en ungersk läkemedelsindustri.
  • Gruppen för miljöteknik och bioprocesser från universitetet i Santiago de Compostela driver för närvarande en 100 L pilotanläggningsreaktor.

Förstudien visade att den aeroba granulära slamteknologin verkar mycket lovande (de Bruin et al., 2004. Baserat på totala årliga kostnader visar sig en GSBR (Granular sludge sequencing batch reactors) med förbehandling och en GSBR med efterbehandling vara attraktivare än referensalternativen för aktiverat slam (6–16%) En känslighetsanalys visar att GSBR-tekniken är mindre känslig för markpriset och mer känslig för regnvattenflödet, på grund av den höga tillåtna volymetriska belastningen är GSBR-varianternas fotavtryck är endast 25 % jämfört med referenserna, men GSBR med endast primär rening kan inte uppfylla nuvarande avloppsstandarder för kommunalt avloppsvatten, främst på grund av att den överskrider standarden för suspenderade fasta ämnen som orsakas av utspolning av inte väl sedimenterande biomassa.

Applikation i full skala

Aerob granuleringsteknik används redan framgångsrikt för rening av avloppsvatten.

  • Sedan 2005 har RoyalHaskoningDHV implementerat mer än 20 fullskaliga aeroba granulära slamteknologisystem (Nereda) för rening av både industriellt och kommunalt avloppsvatten på tre kontinenter. Ett exempel är STP Epe, Nederländerna, med en kapacitet på 59 000 pe och 1 500 m3.h-1, som är den första fullskaliga kommunala Nereda i Nederländerna. Exempel på de senaste avloppsreningsverken i Nereda (2012–2013) inkluderar Wemmershoek-Sydafrika, Dinxperlo, Vroomshoop, Garmerwolde – Nederländerna.
Fullskalig kommunalt avloppsvatten Nereda-ansökan (4000 m3.d-1) vid Gansbaai STP i Sydafrika
Fullskalig kommunalt avlopp Nereda ansökan Epe Nederländerna
Fullskalig industriavlopp Nereda ansökan Vika Nederländerna
  • EcoEngineering tillämpade aerob granuleringsprocess i tre läkemedelsindustrier, Krka dd Novo mesto Slovenien, Lek dd Lendava, Slovenien och Gedeon Richter Rt. Dorog, Ungern. Avloppsreningsverken är redan igång mer än fem år.

Se även

Allmänna referenser

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Aerobic_granulation&oldid=1111570613 "