Microobiology in anaerobic wastewater treatment

Transkript

1 Microobiology in anaerobic wastewater treatment Sara Hallin Department of Microbiology, SLU Sara Hallin

2 Luftning är dyrt och energikrävande. Optimerad luftning kräver DO-mätare och reglering. Minska luftningen genom att införa anaeroba reningsprocesser: - Andra mikroorganismer

3

4 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 O 2 H Acetate

5 Anaerobic degradation

6 Upflow anaerobic reactor

7 Ex) biogas production

8

9 N-cycle AIR Denitrification N 2 SOIL/WATER N-fixation N 2 O Organic nitrogen org-nh 2 Assimilation NO Assimilation Mineralization NO 2 - NH 3 NO 2 - NO 3 - Nitrification Dissimilatory nitratreduction to ammonium (DNRA)

10 N-cycle AIR Denitrification N 2 SOIL/WATER N-fixation Anammox N 2 O Organic nitrogen org-nh 2 Assimilation Assimilation N 2 H 2 NH 2 OH NO Mineralization NO 2 - NH 3 NO 2 - NO 3 - Nitrification Dissimilatory nitratreduction to ammonium (DNRA)

11

12

13

14

15

16 Anaerobic Ammonia Oxidation: Anammox Uncharacterized organisms from wastewater treatment or nitrate rich sludge have beeen shown to oxidize ammonia to N 2 (1995). 5NH NO 2-4N 2 + 6H 2 O + 2H + The organisms grow autotrophically using CO 2. No aeration needed!

17

18 Anammox

19 Tree of Life

20

21

22

23

24

25

26 Heavy metal removal Promote sulfate reducing bacteria for removal of metals. Sulfate is an electron acceptor in anaerobic respiration.

27 Oxidation of sulfide under microaerophilic conditions by chemotrophic bacteria to elemental sulfur. The elemental sulfur sedimented from the wastewater and can be collected for reuse in industry. Sulfide oxidation reactors can also be used to clean gas streams which contain hydrogen sulfide (H 2 S).

28 Att läsa: Kap 6-13 ur: Carlsson, B. och Hallin, S Tillämpad reglerteknik och mikrobiologi i kommunala avloppsreningsverk. Publikation U5, Svenskt Vatten, Stockholm. Biologisk fosforreduktion och Sedimenteringsproblem och mikroorganismer, ur: Avloppsteknik 2. Reningsprocessen. Publikation U Svenskt Vatten. Kuenen JG Annammox bacteria: from discovery to application. Nature Reviews Microbiology, 6: Narhiro T och Sekiguchi Y Microbial communities in anaerobic digestion processes for waste and wastewater treatment: a microbiological update. Current Opinion in Biotechnology, 18: Fördjupning: Schmidt I m fl New concepts of microbial treatment processes for the nitrogen removal in wastewater. FEMS Microbiology Reviews, 27: Nielsen PH m fl Identity and ecophysiology of filamentous bacteria in activated sludge. FEMS Microbiology Reviews, 33: Van Hulle, SWH m fl Engineering aspects and practical application of autotrophic nitrogen removal from nitrogen rich streams. Chemical Engineering Journal, 162: Rossetti S m fl Microthrix parvicella, a filamentous bacterium causing bulking and foaming in activated sludge systems: a review of current knowledge. FEMS Microbiology Reviews, 29: Oehmen A m fl Advances in enhanced biological phosphorus removal: From micro to macro scale. Water Research, 41: Om du vill fräscha upp grundkunskaperna: Biology of Microorganisms (2006). T. Madigan och J. M. Martinko. 11:e upplagan, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River.

29 Du ska förstå: grunderna i mikroorganismernas metabolism. potentialen hos mikroorgansimer för avloppsvattenrening. Du ska kunna: beskriva mikroorganismernas funktion i COD/BOD-reningen (aerobt och anaerobt). beskriva mikroorganismernas funktion för flockbildning. redogöra för olika typer av sedimenteringsproblem och underliggande orsaker. ge förklaringsmodeller till hur biologisk kväverening fungerar (aerobt och anaerobt). ge förklaringsmodeller till hur biologisk fosforrening fungerar. redogöra för processlösningar för biologisk kväverening. redogöra för processlösningar för biologisk fosforrening.