Microbiology in activated sludge processes

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Microbiology in activated sludge processes"

Fredrik Ek
för 7 år sedan
Visningar:

1 Microbiology in activated sludge processes Sara Hallin Department of microbiology SLU Sara Hallin

2 Wastewater treatment Historically. Sanitation problems Environmental problems Recycling Biological treatment was introduced in the 1950 s. The activated sludge processes dominates and is the largest biotechnology industry in the world.

3 Activated sludge processes Aeration basin and settling tank. The concept: 1. Microorganisms (biomass) grow in the aeration tank and degrade organic matter while consuming oxygen. 2. The retention time for microorganisms exceed that for the sewage Floc formation is essential for settling. Nitrogen removal: Biological Phosphorus removal: Chemically or biologically.

4 Microorganisms in activated sludge processes Microorganisms are the activated sludge process! Bacteria, archaea, fungi, viruses, protozoa, algea and metazoa Microorganisms enter the treatment plant from the sewage system.

6 Tree of Life

7 Prokaryotes Prokaryotes are single celled organisms that do not have a nucleus, mitochondria or any other membrane bound organelles. Instead, everything is openly accessible within the cell, some free floating, some bound to the walls of the cell membrane, Prokaryotes come in two sorts, Archaea and Bacteria. As different, if not more different, from each other, than they are from protozoans, fungi, plants and us.

8 Evolution and systematics Domain Class Order Family Genera Species

9 BACTERIA 1987: 12 phyla 1999: 36 phyla 2008: 40 phyla

10 Origins of microbial diversity Mo s have much longer evolutionary history Initially access to all habitats on Earth Survived the largets span of conditions Short generation times Inter-species gene transfer Prokaryotes Cyanobacteria, O 2 in atmosphere Eukaryotes Algae Plants & Animals Billion years from now

11 Origins of microbial diversity Mo s altered Earth Introduction of O 2 major revolution: more oxidized forms formation of ozone layer terrestrial habitats! More niches were created increased diversity

13 All Bacterial genomes, 2007, 340 species Color code: Proteobacteria Firmicutes Actinobacteria Cyanobacteria Spirochaetes Bacteroidetes Chlamydiae Chlorobi Deinococcus-Thermus Acidobacteria Chloroflexi Aquificae Fusobacteria Planctomycetes Thermotogales

14 Biofilms in papermill: Acholeplasmataceae Novel bacteria (38%) Spirochaetaceae Corynebacteriaceae Acholeplasmataceae Spirochaetaceae Novel bacteria (62%) Flavoba cteriaceae

16 All organisms Chemical energy Light energy Chemotrophs Phototrophs Litotrophs Organotrophs Heterotrophs Autotrophs Autotrophs Mixotrophs

17 Metabolism

18 Aerobic respiration

19 Oxidation: KOLFÖRENING KOLDIOXID + ELEKTRONER + VÄTEJONER Reduktion: SYRE + ELEKTRONER + VÄTEJONER VATTEN Fullständig reaktion: KOLFÖRENING + SYRE KOLDIOXID + VATTEN BIOKEMISKT BUNDEN ENERGI

20 Fermentation: GLUKOS ETANOL + KOLDIOXID BIOKEMISKT BUNDEN ENERGI Fermentation av socker till etanol och koldioxid. En del av kolet i sockret har oxiderats till koldioxid medan en del har reducerats till etanol (vanlig sprit).

21 Aerob Respiration (organotrof) Glukos Redox - Fermentation (organotrof) Glukos Glukolys 2 Pyruvat 2 ATP 2 NADH Glukolys 2 Pyruvat 2 ATP 2 NADH Fermentationsreaktioner 8 NADH Citronsyra 2 GTP 2 FADH cykeln 6 CO 2 NADH FADH ATP ATP ATP NAD + NADH Laktat Pyruvat AcCoA ATP Acetaldehyd NADH NAD + Etanol Acetate O 2 H 2 0 +

22 Biochemical events in activated sludge Organics (C, H, O, N, P, S) + Oxygen + Biomass Catabolism Mineralised products Energy (ATP) Reducing Power Precursors CO 2 +H 2 O+SO 4 2- PO NO 3 - Anabolism Biomass Waste

23 Traditionell ASP Organiskt material bryts ner av mikroorganismer i luftningsbassängen. Slammet (biomassa och organiskt material)avskiljs från det renade vattnet i sedimenteringsbassängen..

24 Sedimentering Flocken är fundamentet i aktivt slam. Snabb och effektiv sedimentering Icke sedimenterbara partiklar adorberas till flocken. Biologisk aktivitet är koncentrerad till flocken.

25 Flockar skapas av flera olika sorters mikroorganismer. Slemproducerande bakterier klistrar ihop flocken Filamentbildande bakterier är flockens armering. Bakterier är en förutsättning för flockbildning. Flockbildande förmåga är självreglerande i systemet.

26 Sedimenteringsproblem som beror på mikroorganismer Problem Orsak Konsekvens 1. Dispergerad tillväxt Inga riktiga flockar bildas då mikroorganismerna förekommer som enskilda celler Utgående vatten är grumligt, dålig sedimentering

27 Sedimenteringsproblem som beror på mikroorganismer Problem Orsak Konsekvens 1. Dispergerad tillväxt Inga riktiga flockar bildas då mikroorganismerna förekommer som enskilda celler Utgående vatten är grumligt, dålig sedimentering 2. Mikroflockar Små, svaga flockar som lätt slås sönder. Uppstår då BOD i inkommande vatten är låg i förhållande till SS-halten Utgående vatten är grumligt, lågt SVI

28 Slamvolymindex (SVI) SVI 1000 slamvolym( SV) susp. halt( SS)

29 Sedimenteringsproblem som beror på mikroorganismer Problem Orsak Konsekvens 1. Dispergerad tillväxt Inga riktiga flockar bildas då mikroorganismerna förekommer som enskilda celler Utgående vatten är grumligt, dålig sedimentering 2. Mikroflockar Små, svaga flockar som lätt slås sönder. Uppstår då BOD i inkommande vatten är låg i förhållande till SS-halten Utgående vatten är grumligt, lågt SVI 3. Flytslam Spontan denitrifikation i sedimenteringsbassängern a vid långa uppehållstider Slamtäcke i sedimenteringsbassänger

30 Sedimenteringsproblem som beror på mikroorganismer Problem Orsak Konsekvens 4. Viskös slamsvällning Mycket extracellulära polymerer. Vanligt i verk för industriellt avloppsvatten med låg halt av fosfor eller kväve Dålig sedimentering, slam i utgående vatten

31 Sedimenteringsproblem som beror på mikroorganismer Problem Orsak Konsekvens 4. Viskös slamsvällning Mycket extracellulära polymerer. Vanligt i verk för industriellt avloppsvatten med låg halt av fosfor eller kväve Dålig sedimentering, slam i utgående vatten 5. Filamentös slamsvällning Mycket filamentbildande bakterier som sammanbinder flockar eller skapar flockar med hålrum, t ex Microthrix Högt SVI, och i svåra fall slamflykt, men klar vattenfas

32 Exempel på slamsvällning

33 Microthrix parvicella Type 021N

34 Sedimenteringsproblem som beror på mikroorganismer Problem Orsak Konsekvens 4. Viskös slamsvällning Mycket extracellulära polymerer. Vanligt i verk för industriellt avloppsvatten med låg halt av fosfor eller kväve Dålig sedimentering, slam i utgående vatten 5. Filamentös slamsvällning Mycket filamentbildande bakterier som sammanbinder flockar eller skapar flockar med hålrum, t ex Microthrix Högt SVI, och i svåra fall slamflykt, men klar vattenfas 6. Skumning Hydrofoba, skumbildande bakterier tex Nocardia och Microthrix Stabilt skum på ytan av bassänger, slam i utgående vatten, skumning i rötkamrarna, hälsorisk

36 Filamentbildande bakterier Det finns ca 30 kända filamentbildare i ASP 10 st står för 90 % av incidenterna Geografiska skillnader Få har "riktiga" namn Slamsvällning Microthrix parvicella Nostocoida limicola Typ 021N Typ 0803 Thiothrix Skumbildning Microthrix parvicella Nocardia eller Nocardia amaraeliknande organismer (NALO) Typ 021N Aktinomyceter

37 Vad skall man göra? Lär känna slammet för att hålla koll på filamenten: 1. Bestäm slamvolymindex (SVI) SVI>150 indikerar risk! SVI 1000 SV SÄ

38 Vad skall man göra? 2. Mikroskopera slammet regelbundet och bestäm a) filamenthalt b) typ av filament

40 Filamentbildande mikroorganismer i aktivslamflockar

41 Vad skall man göra? De vanligaste sätten att förska hålla nere filamenthalten är att: 1. Minska slamåldern 2. Öka eller minska luftningen. 3. Införa selektorer/kontaktzoner. 4. Bekämpa med toxiska ämnen. Ingen av dessa metoder är generellt tillförlitliga. Kunskapen om filamentbildande bakteriers svar olika parametrar är bristfällig.

42 Minskad filamenthalt efter ozonbehandling Total Filament Growth Extended Filament Growth 6 Control Experimental 6 Control Experimental Jenkins Scale 4 3 Jenkins Scale Aug Sep Oct Nov Dec Jan Sep Oct Nov Dec Jan

43 Bättre slamkvalitet oförändrad N-rening efter ozonbehandling SQI NH4 After Final Settler Control Experimental 4,0 3,5 Control Experimental 3, ,5 ml/g 300 mg/l 2, ,5 1, ,5 0 Sep Oct Nov Dec Jan Feb 0,0 Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb

Relevanta dokument

Microbiology in activated sludge processes

Microbiology in activated sludge processes Sara Hallin Department of microbiology SLU Sara Hallin Wastewater treatment Historically. Sanitation problems 1850-1930 Environmental problems 1930-2000 Recycling