uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Evaluation of the suppressive effect of intermittent aeration on nitrite-oxidising bacteria in a mainstream nitritation-anammox process
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences, LUVAL.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Utvärdering av den hämmande effekten av intermittent luftning på nitritoxiderande bakterier i en huvudströmsnitritation-anammoxprocess (Swedish)
Abstract [en]

An alternative to conventional removal of nitrogen through autotrophic nitrification and heterotrophic denitrification is autotrophic nitritation-anammox. The anammox bacteria oxidise ammonium directly to nitrogen gas with nitrite as an electron acceptor. Total autotrophic removal of nitrogen in the mainstream would bring wastewater treatment plants closer to being energy self-sufficient as it would allow for a significant reduction of aeration and an increased chemical oxygen demand reduction in the pre-treatment. An increased chemical oxygen demand reduction by mechanical treatment would potentially generate a greater biogas yield in the subsequent anaerobic digestion of the sludge.

Nitritation-anammox processes have been successfully implemented over the world for treatment of ammonium rich sludge liquor of higher temperatures, while the feasibility of a mainstream implementation is still under evaluation. Lower ammonium concentrations, lower operating temperatures and better effluent quality represent the main challenges considering this energy autarkic treatment technique.

Terminating nitrification at nitritation, i.e. favouring ammonia-oxidising bacteria while supressing nitrite-oxidising bacteria, is vital for a functioning nitritation-anammox process. This study aims to evaluate the suppressive effect of intermittent aeration on nitrite- oxidising bacteria while sustaining anammox activity by ex-situ batch tests in a pilot-scale moving bed biofilm reactor at Sjölunda Wastewater Treatment Plant in Malmö, Sweden. The pilot plant consists of one reactor treating sludge liquor and two mainstream reactors, connected in series, receiving effluent from a high-loaded activated sludge plant.

The batch test showed a slight decrease of nitrite-oxidising bacteria activity when the reactors were intermittently aerated. Some loss in activity is expected as oxygen supply is decreased when aeration is switched from continuous to intermittent. Furthermore, the decrease coincided with an increased organic carbon loading favouring fast growing heterotrophic bacteria. The decrease in nitrite-oxidising bacteria activity can thereby be coupled with an increased competition for dissolved oxygen and space with heterotrophic bacteria.

The suppression of nitrite-oxidising bacteria was not selective as results indicate a decrease in ammonia-oxidising bacteria activity as well. The nitrogen removal rate was decreased during the study while the potential anammox activity was stable in the mainstream and increased in the sludge liquor reactor. This indicates that the anammox bacteria are not hampered but rather that the availability of nitrite, i.e. the activity of ammonia-oxidising bacteria, is the limiting factor of the process. 

Abstract [sv]

Ett alternativ till konventionell kväverening via autotrof nitrifikation och heterotrof denitrifikation är autotrof nitritation-anammox. Anammoxbakterien oxiderar ammonium direkt till kvävgas med nitrit som elektronacceptor. Fullständigt autotrof kväverening skulle föra avloppsreningsverk närmare ett självförsörjande energiläge då luftningsbehovet minskas signifikant och en ökad reduktion av organiskt kol via mekanisk rening skulle möjliggöras. Den ökade reduktionen av organiskt kol ger potentiellt en ökad biogasproduktion i den efterkommande anaeroba rötningen av slammet.

Framgångsrika nitritation-anammoxprocesser har implementerats över världen för behandling av ammoniumrikt rejektvatten med högre temperatur medan möjligheten för en huvudströmsimplementation utreds. Lägre ammoniumkoncentrationer, lägre drift- temperaturer och höga krav på utgående vattens kvalitet utgör de största utmaningarna för denna reningsteknik.

Att avbryta nitrifikation vid nitritation, det vill säga gynna ammoniakoxiderande bakterier och hämma nitritoxiderande bakterier är vitalt för en fungerande nitritation- anammoxprocess. Denna studie ämnar att utvärdera den hämmande effekten av intermittent luftning på nitritoxiderande bakterier samtidigt som anammoxaktiviteten bibehålls. Detta gjordes med hjälp av ex situ -aktivitetstest med bärare från en bioreaktor i pilotskala med rörligt bärarmaterial på Sjölunda Avloppsreningsverk i Malmö. Pilotanläggningen består av en reaktor för behandling av rejektvatten och två huvudströmsreaktorer, kopplade i serie, som mottar vatten från Sjölundas högbelastade aktivslamanläggning.

Aktivitetstesterna visade att aktiviteten av nitritoxiderande bakterier sjönk något. En viss minskning i aktiviteten är dock förväntad enbart utifrån att tillförseln av syre minskat då luftningsstrategin ändrats från kontinuerlig till intermittent. Minskningen av aktiviteten sammanföll även med en ökad belastning av organiskt kol, vilket gynnar snabbväxande heterotrofer. Den minskade aktiviteten av nitritoxiderande bakterier kan därmed förklaras av en ökad konkurrens med heterotrofa bakterier om löst syre och plats.

De nitritoxiderande bakterierna hämmades inte selektivt då resultaten tyder på att det även skett en minskning av de ammoniakoxiderande bakteriernas aktivitet. Kväverenings- hastigheten har gått ned under studien medan den potentiella anammoxaktiviteten har varit stabil i huvudströmsreaktorerna och har ökat i rejektvattenreaktorn. Detta indikerar att anammoxbakterierna inte blivit hämmade utan att det snarare är tillgången på nitrit, det vill säga aktiviteten av ammoniakoxiderande bakterier, som är begränsande för processen. 

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 63 p.
Series
UPTEC W, ISSN 1401-5765 ; 15007
Keyword [en]
Activity tests, anammox, AOB, Manammox, nitritation, NOB, OUR.
Keyword [sv]
Aktivitetstester, anammox, AOB, Manammox, nitritation, NOB, OUR.
National Category
Water Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-246763OAI: oai:DiVA.org:uu-246763DiVA: diva2:794086
External cooperation
VA SYD
Educational program
Master Programme in Environmental and Water Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-04-01 Created: 2015-03-10 Last updated: 2015-04-01Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1765 kB)222 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1765 kBChecksum SHA-512
da8be98508a64066b06aa5f27171e7fa77c083f65ba324c8afe44b3fdebdf0dd3617a8de6be34bcc059baf04b2e2588328866ab52c13c367863e9d971d3eb83f
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
LUVAL
Water Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 222 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 564 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf