Kväverening från avloppsvatten med anammox för en låg resursförbrukning och liten klimatpåverkan

Forskningsprojekt, 2015 – 2017

Kväverening från avloppsvatten är nödvändig för att förhindra övergödning av kust och hav. För att avskilja kväve från avloppsvatten används vanligtvis biologisk rening i två steg: nitrifikation och denitrifikation. Historiskt sett har införande av dessa processer haft stor betydelse för att minska den mänskliga påverkan på kustnära ekosystem. Övergödningsproblemen är dock långt ifrån lösta och processkombinationen med nitrifikation och denitrifikation är resurskrävande. Denitrifikationsbakterierna behöver organiskt material för att avskilja kväve och nitrifikationsbakterierna kräver syre. Luftningen för att täcka detta syrebehov står för en betydande andel av elförbrukningen på avloppsreningsverken. Såväl tillsatsen av organiskt material (för denitrifikation) och elförbrukningen utgör också en stor del av avloppsreningsverkens klimatpåverkan. Anammoxbakterier, som kan oxidera ammonium under anaeroba förhållanden, upptäcktes under tidigt 1990-tal. De utvinner energi genom att oxidera ammonium med nitrit till kvävgas. Genom att kombinera anammoxbakterier med aeroba ammoniumoxiderande bakterier i biologiska reaktorer kan man åstadkomma en biologisk kväverening som inte behöver organiskt material, eftersom båda bakteriegrupperna använder koldioxid som kolkälla. Då kan mer av det organiska materialet i avloppsvattnet användas för biogasproduktion. Dessutom medför processlösningar med anammox att behovet av luftning, och därmed energiförbrukningen för rening av avloppsvatten, minskar avsevärt (60% minskning) eftersom anammoxbakterierna inte behöver syre. De kombinerade effekterna av en ökad produktion av biogas och minskad energiförbrukning för luftning medför att avloppsreningsverken kan producera energi istället för att konsumera energi som med dagens system. Dessutom kommer avloppsreningsverkens klimatpåverkan minska avsevärt. Anammoxprocesser används idag vid flera avloppsreningsverk för rening av koncentrerade kväveflöden vid höga temperaturer såsom rejektvatten från slamrötning. Vid dessa förhållanden kan man uppnå höga processhastigheter. Rejektvattenflödena utgör dock bara en liten delström av allt kväve. Merparten (80-85%) av allt kväve återfinns i huvudströmmen av avloppsvatten på reningsverken. Det finns ännu inte några avloppsreningsverk som förlitar sig på anammoxprocesser för kväverening från huvudströmmen trots de avsevärda möjliga förbättringarna som denna processlösning medför. Detta beror på att vi idag vet för lite om hur man ska hantera anammoxbakterierna, som tillväxer långsamt, vid de förhållandevis kvävefattiga och kalla förhållandena i huvudströmmen. För en välfungerande process är det avgörande att kunna främja tillväxt och samverkan mellan anammoxbakterierna och de aeroba ammoniumoxiderande bakterierna och samtidigt förhindra oönskad konkurrens om nitrit från denitrifikationsbakterierna och aeroba nitritoxiderande bakterierna. Denna balansgång mellan de olika kväveomsättande mikroorganismernas aktiviteter avgör anammoxprocessens avskiljningsförmåga. Målsättningen med detta projekt är att undersöka hur förhållanden specifika för huvudströmmen av avloppsvatten påverkar interaktionerna mellan de kväveomsättande mikroorganismerna och därmed processprestandan, för att utveckla driftsstrategier. Systematiska undersökningar av dessa frågeställningar utförs i pilotskala med hjälp av kemiska, och molekylärbiologiska metoder samt modellering. Försöken äger rum i labreaktorer med väldefinierade förhållanden på Chalmers, samt i en stor pilotanläggning vid Sjölunda avloppsreningsverk. Forskningen sker på Vatten Miljö Teknik på Chalmers i samarbete VA- Syd och Lunds Tekniska Högskola, Kemi och Molekylärbiologi på Göteborgs universitet och Gryaab (Göteborgs avloppsreningsverk). Genom täta kontakter med avloppsreningsverk och konsulter via direkta samarbeten, nätverk, seminarier och branschorgan samt genom utbildning av framtidens aktörer inom branschen nås tillämpning av våra resultat för att bidra till resurssnålare kväverening med mindre klimatpåverkan genom anammox.

Deltagare

Samarbetspartners

Finansiering

Relaterade styrkeområden och infrastruktur

Hållbar utveckling

Drivkrafter

Building Futures (2010-2018)

Styrkeområden

Energi

Styrkeområden

Publikationer

Long-term stability of partial nitritation-anammox for treatment of municipal wastewater in a moving bed biofilm reactor pilot system

The role of the external mass transfer resistance in nitrite oxidizing bacteria repression in biofilm-based partial nitritation/anammox reactors

Thickness determines microbial community structure and function in nitrifying biofilms via deterministic assembly

Mer information

Projektet på Chalmers webb

http://www.chalmers.se/sv/projekt/Sidor/Kv...

Senast uppdaterat