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 


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 


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) 


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. 


Exempel på aktivitetsmätning 

Samband 

mellan 

avlägsnad 

ammonium 

och nitritkvävehalt. 


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 


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 


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 


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 


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 


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 


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.) 


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 ). 


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. 


R 1: Processefektivitet och kväveoms 

veomsättning 


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 


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 


Mie Prefecture 

(JP) 

Granuler 58 3 Industriavloppsvatten 

(Halvledare) 

Abma et al., 

2007 


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 


Strass, (AT) 

SBR 500 0.6 Rejekt Wett, 2006 


Hattingen, (DE) 

MBBR 102 1 Rejekt 

Thöle et 

al., 2005 


Himmerfjärdern, 

(SE) 

MBBR 1400 4 Rejekt Ling, 2009 


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 


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 


- Anammoxkulturtillväxt 

Källa: 

Thöle et al. Chemical Engineering g Technology 28 

(2005) 49-52 

Plaza et al. submitted to Nutrient Recovery and 

Management 2011 Conference 


TACK!

Anammox - Svenskt Vatten

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?