Anammox - Svenskt Vatten

svensktvatten.se

Anammox - Svenskt Vatten

Anammox - kväverening utan kolkälla.

Var ligger forskningsfronten?

E. Płaza J.Trela J. Yang A. Malovanyy

Mark och Vattenteknik Stockholm 24 november 2010


Anammox och Deammonifikation

Anammox = Anaerob ammoniumoxidation (med nitrit)

+

NH + 4 + NO - 2 N 2 + 2H 2 O

På grund av cellsyntes bildas även ca 5% nitrat

t

Deammonifikation = Kombinationen partiell nitritation

(ca 50% oxidation av ammonium)

och Anammox

Mark och Vattenteknik


Kvävets omvandling

Sparar energi!

Ingen extern kolkälla!

O 2

NO 3 -N

C source

NO 2 -N NH 2 OH N 2 H 4

N 2

Traditionell teknik

Deammonifikation

(Anammox)

O 2

Energi

Kemikalier

(metanol)

NH 3

CO 2

emission

1,3 kWh/kg N 2,3 kg/kg N 3,5 ton/ton N

0,5 kWh/kg N 0 kg/kg N 0,4 ton/ton N

Nitritation

Nitrifikation

Nitratation

Denitrifikation

Anammox


Anammox - antal publikationer

Antal publik kationer

160

140

120

100

80

60

40

20

0

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Källa: Scopus 2010

Mark och Vattenteknik


Anammox – Aktuell Forskning

• Mikrobiologi –

Identifiering av mikroorganismer;

fysiologi hos anammoxbakterier

• Avloppsreningsteknik baserat på anammoxprocessen

Uppstartsstrategier

Olika sorts reaktorapplikationer:

Aktiv slam (Kontinuerlig, SBR),

granulerat slam,

biofilm (MBBR, RBC),

Olika avloppsvatten :

Rejektvatten tt från rötkammare,

avlopp från svinuppfödning,

lakvatten från deponi

Mark och Vattenteknik


Anammox – Aktuell Forskning

• Faktorer som påverkar processdrift och effektivitet

(pH, DO, temperatur)

• Optimering av processdrift

• Inhibitionsstudier

• Inverkan på global uppvärmning:

växthusgasemmissioner

• Modellingsstudier av anammoxprocessen

• Fullskalegenomförande

Indentifierat 43 forskargrupper (anammox workshop, Barcelona, 2007)

Mark och Vattenteknik


Identifiering av Anammoxbakterier (FISH)

Experiment 1, reaktor 2:

Anammox röd

endast prov AMX820 (röd) binder

BS820 (blå) - specific för Scalindua binder ej

=> Brocadia eller Kuenenia

Experiment 2, reaktor 2:

Anammox turkos

Prov EUBmix (blå) och AMX 820 (grön) binder

Kst1273 (specific för Kuenenia) binder ej

=> anammoxorganismer identifierade som

Brocadia sp.

Mark och Vattenteknik


Exempel på aktivitetsmätning

Samband

mellan

avlägsnad

ammonium

och nitritkvävehalt.

Mark och Vattenteknik


Från två hinkar i

laboratorieskala (2 x 8 liter)

sedan 1999 vid KTH

Himmerfjärdsverkets

pilotanläggning (2 x 2,1 m 3 )

åren 2001–20072007

till fullskala 2007

Första fullskaleanläggningen i

Sverige med deammonifikation

är i drift

Mark och Vattenteknik


Biofilm på Kaldnesringar

Februari 2006 – Februari 2007 –

027mm 0,27 075mm 0,75 Mark och Vattenteknik


Pilotanläggning g vid Himmerfjärdsverket -

enstegsprocess

Konduktivitet

Konduktivitet

lagringstank

syre

pH, T

Utlopp

Inkommande

rejektvatten

luft

Sedimenteringstank

Mark och Vattenteknik


Enstegsprocess med bärarmaterial

• Två skikt med aktiva mikroorganismer

• Ett yttre skikt med oxidation av ammonium

till nitrit (kräver syre men i låga halter)

• Ett inre skikt med Anammox

(sker vid syrefria betingelser)

• Dessa betingelser leder till att nitritationen blir

begränsande för deammonifikationen

• Bildning av nitrat är inte önskvärd (och kräver

t. ex. låg syrehalt)

• Ett optimum för syrehalten förefaller att uppgå till t. ex. 2-

3 mg O 2 /l i vätskan utanför biofilmen

Mark och Vattenteknik


Exempel på försöksresultat från

pilotanläggning vid SYVAB

4,0

3,5

3,0

2,5

HRT 1 day

in

removal rate

HRT 1 day

g/m 2 d

2,0

1,5

1,0

0,5

HRT 16 h

0,0

17-jul 10-sep 4-nov 29-dec 22-feb 18-apr 12-jun 6-aug 30-sep 24-nov 18-jan

date

Kvävebelastning och avlägsnat kväve

Mark och Vattenteknik


Aktivitetsmätningar enstegsprocess

max 5.2 g N m -2 d -1

Partiell nitritation –

bottleneck!!!

N reducti ion [%]

100

90

80

70

60

50

40

30

20

100

48

85

N O 3 prod uction [ %]

20

18

16

14

12

10

8

6

4

5.3

10.4

7

10

2

a

0

no DO DO DO+NO2

b

0

no DO DO DO+NO2

Mark och Vattenteknik


Inverkan av syrehalt på reaktionsförlopp

3

25 2,5

y = 0,4705x + 0,7443

2

R 2 = 0,9189

2

N rem moval [g N m -2 d

-1 ]

1,5

1

0,5

y = 0,1487x - 0,0714

R 2 = 0,8541

y = -0,0873x 2 + 0,6698x + 0,5218

R 2 = 0,7808

0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

-0,5

3

DO concentration [g O 2 m -3 ]

N rem NH4-N rem NO3 prod

Mark och Vattenteknik


Teknik för att styra och optimera

anammoxprocessen

Reaktorparametrar

arbetsvolym: 200L

Kaldnesbärare: 80 L

HRT: 1.5 dagar

R1

R2

Elektrokemiska mätningar (syre, pH

konduktivitet, redox.)

Mark och Vattenteknik


Syftet med studierna

R1: Tester för att studera effekten av kontinuerlig

och intermittent luftning, med syfte att hitta

optimala luftningsstrategier för processen

(DO och R - tid av ej luftad fas / luftad fas ).

Mark och Vattenteknik


R 1: Processefektivitet och Kväveoms

veomsättning

N belastning

N avl. hast.

(g N /

(g N / m 2

m 2 d) d)

N avl. eff

(%)

NH 4

+-N

NH 4

-N

avl. eff.

utg.

(%) (mg/l)

NO 2

-N

utg.

(mg/l)

NO 3

-N

utg.

(mg/l)

Luftflöde

(m 3 / h))

Period II

(DO 3mg/l,

R= 0)

Period III

(DO 3.5mg/l,

R= 1/3)

Period IV

(DO 3 mg/l,

R= 1/3)

av. 3.84 3.22 84 94 66.78 9.31 95.13

St.dev. 0.10 0.21 0.06 0.07 13.24 1.35 19.80

av. 3.57 3.11 88 93 68.12 5.25 52.66

St.dev. 0.22 0.26 0.04 0.04 31.67 2.05 19.05

av. 367 3.67 302 3.02 82 91 91.50 643 6.43 72.77

77

St.dev. 0.10 0.09 0.03 0.03 30.17 2.10 18.73

1. 5

1. 39

1. 19

‣ Högsta kvävereningseffektiviteten uppnåddes med DO 3,5 mg / l

och intermittent luftning R = 1 / 3 (Period III).

‣ Kontinuerlig luftning (period II) och intermittent luftning (period IV), med

DO 3 mg / l och R = 1/3, ger samma kvävereningseffektivitet, vilket visar att

intermittent luftning kan minska energiförbrukningen utan att förlora

processeffektivitet.

Mark och Vattenteknik


R 1: Processefektivitet och kväveoms

veomsättning

Mark och Vattenteknik


Intermittent

luftning

Redox (mV)

uctivity(mS/cm)

Cond

110

90

70

50

30

10

-10

-30

-50

2.50

245 2.45

2.40

2.35

2.30

2.25

2.20

215 2.15

2.10

2.05

0:00 0:28 0:57 1:26 1:55 2:24 2:52 3:21 3:50

Period II Period IV Period III


Anammox – fullskaletillämpning

Process

Plats

Reaktor-

Volym

Max

typ (m 3 ) hastighet

(kg N / m3· d)

Typ av

avloppsvatten

Referens

Anammox

Rotterdam (NL)

Granuler 70 10 Rejektvatten

Van der Star

et al.,2007

Anammox

Lichtenvoorde,

(NL)

Granuler 100 1 Industriavloppsvatten

(Garveri)

Abma et al.,

2007

Enstegs-

reaktor med

nitritation-

anammox

Olburgen (NL)

Bubble

column

600 1.2 Potatisindustri

Abma et al.,

2007

Anammox

Mie Prefecture

(JP)

Granuler 58 3 Industriavloppsvatten

(Halvledare)

Abma et al.,

2007

Mark och Vattenteknik


Anammox – fullskaletillämpning

Process

Plats

Reaktortyp

Volym

Max hastighet

Typ ov

(m 3 ) (kg N / m3· d)

avlopps-

vatten

Referens

Partiell nitritation

och Anammox

Glarnerland

(CH)

SBR 400 0.36 Rejekt

Nyhuis et

al., 2006

Deammonifikation

Strass, (AT)

SBR 500 0.6 Rejekt Wett, 2006

Deammonifikation

Hattingen, (DE)

MBBR 102 1 Rejekt

Thöle et

al., 2005

Deammonifikation

Himmerfjärdern,

(SE)

MBBR 1400 4 Rejekt Ling, 2009

Mark och Vattenteknik


Uppstartsstrategier

Rotterdam

1. Labb- to fullskaleuppstart

10L till 70 m 3 på 3,5 år (Anammox)

Anammoxbiomassa från:

- Aktivslaminympning

- Biomassa från anrikningsreaktor

som går på syntetiskt material

- Biomass utvecklad i fullskalereaktor

Källa: van der Star et al. Water research

41 (2007) 4149 – 41

Mark och Vattenteknik


Uppstartsstrategier Strass

2. Stegvis upskalning av reaktorstorlek (nitritation/Anammox)

- SBR med granulerad biomassa

- DO kontrollerad på låg nivå (0.3 mg/L)

- Upgradering av systemet vid tillväx av biomassa

Mark och Vattenteknik

Källa: Wett et al. Water Science &

Technology 53 (2006) 121–128


Uppstartsstrategier Himmerfjärdsverket

3. Utveckling av Anammoxkulturer på tidigare bildad

nitritationsbiofilm (nitritaion/Anammox)

– exempel: Hattingen

och Himmerfjärdsverket

- Utveckling av nitritationsbiofilm

-Skapa miljö som är fördelaktig för

Anammox

- Anammoxkulturtillväxt

Källa:

Thöle et al. Chemical Engineering g Technology 28

(2005) 49-52

Plaza et al. submitted to Nutrient Recovery and

Management 2011 Conference

Mark och Vattenteknik


TACK!

More magazines by this user
Similar magazines