Effects of Fermented Primary Sludge Supernatant as Carbon Source in an Enhanced Biological Phosphorous Removal Process
Bachelor thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2626196Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Formålet med denne masteroppgaven er å undersøke og optimalisere biologiskfosforfjerning i en reaktor med biofilm bærere. Ved ulike konsentrasjoner i avløpsvannetog ulike forhold. Spesielt ved kalde temperaturer (11-14°C) og ulike oksygenkonsentrasjoner. Hovedfokuset er å teste fermentert primærslam som karbonkilde.Bakgrunnen for dette er at biologisk fosforfjerning er avhengig av karbon, og avløpet erofte veldig utvannet. Spesielt i regntunge perioder når overvann trenger inn i rørene, erdet fordelaktig å ha en kostnadsbesparende og bærekraftig karbonkilde. Fermenteringengjøres på primærslam siden dette inneholder mest organsik materie og litenæringsstoffer. Produktet fra fermenteringen brukes i jartester med bærere frareaktoren. Målet med fermenteringen er å produsere lett nedbrytbar karbon som flyktigefettsyrer, VFA, siden dette er beste karbon for biologisk fosforfjerning.
Det er utført literatur studie og forsøk. Dagens situasjon og kunnskap er presentert forbåde fermentering og biologisk fosforfjerning. Prosessen som kombinerer biologiskfosforfjerning og MBBR er utviklet på Hias avløpsrenseanlegg. Det er en prosess somfjerner fosfor utover hva som er vanlig for ordinære heterotrofe bakterier. Ved å havekslende anaerobe og aerobe forhold dannes det en fosfor akkumulerende organisme.Denne slipper fosfor i anaerob sone når den tar opp karbon og lagrer for så å brukeenergien fra dette når den igjen tar opp fosfor i aerob sone. Jartester er utført for å testefermentert produkt og andre parametere som kan innvirke på prosessen. Fermenteringsforsøk er utført på ulike måter i en oppvarmet reaktor og med ulike oppholdstider.Forsøket har blitt kjørt som en batch reaktor og en hvor 50% av reaktorens innhold harblitt byttet ut med jevne mellomrom.
Ser at fermenterings effektiviteten er høyest ved 24-29°C og så høyt som mulig innholdav tørrstøff. I forsøk nummer 4 på fermentering ble VFA-KOF innholdet målt til å være89% av målt løst KOF på dag 4. Av dette var det 51% propionsyre og 29% eddiksyre.Forsøkene har vist at biologisk fosforfjerning har fungert vel så bra uten tilsetning avfermentert produkt. Den biologiske fosforfjerningen har i hovedsak vært best utentilsetting av fermentert produkt, bortsett fra når avløpet var veldig tynt over en lengreperiode. Da kom det fermenterte produktet til hjelp. Forsøkene viser at bakteriene iprosessen ikke er avhengige av VFA slik som antatt og at de trolig liker andre letttilgjengelige karbonkilder bedre.
Dagens prosesser og utforminger er mulig å utvikle og forbedre. Fermentert produkt serut til å fungere like godt som tilsetting av acetat, men i denne prosessen klarerbakteriene seg i hovedsak uten tilsetting av noe ekstern karbon kilde. Bortsett fra i langeperioder med tynt avløp. The purpose with this master thesis is investigation and optimization of the enhancedbiological phosphorous removal (EBPR) process in a continuous moving bed biofilmreactor (CMBBR). With different wastewater compositions (diluted, semi-diluted andconcentrated) and conditions. Especially in cold conditions and different dissolved oxygen(DO) levels. Main focus is to check the effect of fermented supernatant as carbon sourcein the pilot plant due to low concentrations of chemical oxygen demand (COD) inwastewaters. Especially in periods with diluted wastewater due to intrusion of rainwaterto sewers to avoid high cost and environmental footprint by adding other carbon sources.Fermentation is done on primary sludge to find the optimal fermentation conditions. Thesupernatant extracted are used in kinetics jar-test with carriers from CMBBR. With a goalof producing a lot of volatile fatty acids (VFAs) since those are well known as carbonsources for EBPR.
Methodology used is literature research and experimental work. State of the art for EBPRprocess and fermentation is presented. Literature is first of all about activated sludge(AS) EBPR. This CMBBR is a new process developed at Hias WWTP. EBPR is a processremoving phosphorous (P) as an excess amount of what is usual for ordinaryheterotrophic organisms (OHOs). By exposing the carriers for fluctuating anaerobic andaerobic conditions; polyphosphate accumulating organisms (PAOs) grows and take up Pby utilization of carbon storage in cell. In laboratory a lot of kinetics mimicking the pilotplant are carried out on different conditions in beakers. Fermentation reactor have beenused to produce batches of fermentation supernatant for use in kinetics experiments andto see how fermentation process work. Both batch and sequence-batch reactor has beeninvestigated for the fermentation.
The production of fermented primary sludge supernatant(FPSS) is more effective at 24-29 °C and highest total solids(TS) in a completely mixed reactor. Hydraulic retention time(HRT) of 4 days was used in fermentation number seven and resulted in 89% VFA-CODof soluble COD(SCOD) measured at day 4. Out of this, 51% was propionic acid and 29%was acetic acid. Addition of the fermented supernatant doesn’t always give betterremoval of phosphorous in the kinetics batch experiments, sometimes actually worseremoval. This could be because VFA is not the preferred carbon source for the larger partof Bio-P bacteria in the pilot. Most of them probably like other carbon sources better.Todays knowledge and configurations are possible to develop and improve. Fermentationas carbon source for the EBPR process seems to be as good as acetate, but in thisspecific process at NTNU the wastewater seems to do better without having extraaddition even if the inlet SCOD is low. Except for conditions were the organisms isexposed for diluted wastewater over time and are having a rough time, addition offermented supernatant would be useful.