Anammox - kväverening utan kolkälla. Var ligger forskningsfronten? E. Płaza J.Trela J. Yang A. Malovanyy Stockholm 24 november 2010
Anammox och Deammonifikation Anammox = Anaerob ammoniumoxidation (med nitrit) NH 4 + + NO 2 - N 2 + 2H 2 O På grund av cellsyntes bildas även ca 5% nitrat Deammonifikation = Kombinationen partiell nitritation (ca 50% oxidation av ammonium) och Anammox
Kvävets omvandling Sparar energi! Ingen extern kolkälla! O 2 NO 3 -N C source NO 2 -N NH 2 OH N 2 H 4 N 2 O 2 Energi Kemikalier (metanol) NH 3 CO 2 emission Traditionell teknik 1,3 kwh/kg N 2,3 kg/kg N 3,5 ton/ton N Deammonifikation (Anammox) 0,5 kwh/kg N 0 kg/kg N 0,4 ton/ton N Nitritation Nitrifikation Nitratation Denitrifikation Anammox
Anammox - antal publikationer Antal publikationer 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Källa: Scopus 2010
Anammox Aktuell Forskning Mikrobiologi Identifiering av mikroorganismer; fysiologi hos anammoxbakterier Avloppsreningsteknik baserat på anammoxprocessen Uppstartsstrategier Olika sorts reaktorapplikationer: Olika avloppsvatten : Aktiv slam (Kontinuerlig, SBR), granulerat slam, biofilm (MBBR, RBC), Rejektvatten från rötkammare, avlopp från svinuppfödning, lakvatten från deponi
Anammox Aktuell Forskning Faktorer som påverkar processdrift och effektivitet (ph, DO, temperatur) Optimering av processdrift Inhibitionsstudier Inverkan på global uppvärmning: växthusgasemmissioner Modellingsstudier av anammoxprocessen Fullskalegenomförande Indentifierat 43 forskargrupper (anammox workshop, Barcelona, 2007)
Identifiering av Anammoxbakterier (FISH) Experiment 1, reaktor 2: Anammox röd endast prov AMX820 (röd) binder BS820 (blå) - specific för Scalindua binder ej => Brocadia eller Kuenenia Experiment 2, reaktor 2: Anammox turkos Prov EUBmix (blå) och AMX 820 (grön) binder Kst1273 (specific för Kuenenia) binder ej => anammoxorganismer identifierade som Brocadia sp.
Exempel på aktivitetsmätning Samband mellan avlägsnad ammonium och nitritkvävehalt.
Från två hinkar i laboratorieskala (2 x 8 liter) sedan 1999 vid KTH Himmerfjärdsverkets pilotanläggning (2 x 2,1 m 3 ) åren 2001 2007 till fullskala 2007 Första fullskaleanläggningen i Sverige med deammonifikation är i drift
Biofilm på Kaldnesringar Februari 2006 0,27 mm Februari 2007 0,75 mm
Pilotanläggning vid Himmerfjärdsverket - enstegsprocess
Enstegsprocess med bärarmaterial Två skikt med aktiva mikroorganismer Ett yttre skikt med oxidation av ammonium till nitrit (kräver syre men i låga halter) Ett inre skikt med Anammox (sker vid syrefria betingelser) Dessa betingelser leder till att nitritationen blir begränsande för deammonifikationen Bildning av nitrat är inte önskvärd (och kräver t. ex. låg syrehalt) Ett optimum för syrehalten förefaller att uppgå till t. ex. 2-3 mg O 2 /l i vätskan utanför biofilmen
Exempel på försöksresultat från pilotanläggning vid SYVAB Kvävebelastning och avlägsnat kväve
Aktivitetsmätningar enstegsprocess max 5.2 g N m -2 d -1 Partiell nitritation bottleneck!!!
Inverkan av syrehalt på reaktionsförlopp
Teknik för att styra och optimera anammoxprocessen Reaktorparametrar arbetsvolym: 200L Kaldnesbärare: 80 L HRT: 1.5 dagar R1 R2 Elektrokemiska mätningar (syre, ph konduktivitet, redox.)
Syftet med studierna R1: Tester för att studera effekten av kontinuerlig och intermittent luftning, med syfte att hitta optimala luftningsstrategier för processen (DO och R - tid av ej luftad fas / luftad fas ).
R 1: Processefektivitet och Kväveomsättning N belastning (g N / m 2 d) N avl. hast. (g N / m 2 d) N avl. eff (%) NH 4 +-N avl. eff. (%) NH 4 -N utg. (mg/l) NO 2 -N utg. (mg/l) NO 3 -N utg. (mg/l) Luftflöde (m 3 / h)) Period II (DO 3mg/l, R= 0) Period III (DO 3.5mg/l, R= 1/3) Period IV (DO 3 mg/l, R= 1/3) av. 3.84 3.22 84 94 66.78 9.31 95.13 St.dev. 0.10 0.21 0.06 0.07 13.24 1.35 19.80 av. 3.57 3.11 88 93 68.12 5.25 52.66 St.dev. 0.22 0.26 0.04 0.04 31.67 2.05 19.05 av. 3.67 3.02 82 91 91.50 6.43 72.77 St.dev. 0.10 0.09 0.03 0.03 30.17 2.10 18.73 1. 5 1. 39 1. 19 Högsta kvävereningseffektiviteten uppnåddes med DO 3,5 mg / l och intermittent luftning R = 1 / 3 (Period III). Kontinuerlig luftning (period II) och intermittent luftning (period IV), med DO 3 mg / l och R = 1/3, ger samma kvävereningseffektivitet, vilket visar att intermittent luftning kan minska energiförbrukningen utan att förlora processeffektivitet.
R 1: Processefektivitet och kväveomsättning
Intermittent luftning Redox (mv) Conductivity(mS/cm) 110 90 70 50 30 10-10 -30-50 2.50 2.45 2.40 2.35 2.30 2.25 2.20 2.15 2.10 2.05 0:00 0:28 0:57 1:26 1:55 2:24 2:52 3:21 3:50 Period II Period IV Period III
Anammox fullskaletillämpning Process Plats Reaktortyp Volym (m 3 ) Max hastighet (kg N / m 3 d) Typ av avloppsvatten Referens Anammox Rotterdam (NL) Granuler 70 10 Rejektvatten Van der Star et al.,2007 Anammox Enstegsreaktor med nitritationanammox Lichtenvoorde, (NL) Olburgen (NL) Granuler 100 1 Industriavloppsvatten (Garveri) Bubble column Abma et al., 2007 600 1.2 Potatisindustri Abma et al., 2007 Anammox Mie Prefecture (JP) Granuler 58 3 Industriavloppsvatten (Halvledare) Abma et al., 2007
Anammox fullskaletillämpning Process Plats Reaktortyp Volym (m 3 ) Partiell nitritation och Anammox Glarnerland (CH) Max hastighet (kg N / m 3 d) Typ ov avloppsvatten Referens SBR 400 0.36 Rejekt Nyhuis et al., 2006 Deammonifikation Strass, (AT) SBR 500 0.6 Rejekt Wett, 2006 Deammonifikation Hattingen, (DE) MBBR 102 1 Rejekt Thöle et al., 2005 Deammonifikation Himmerfjärdern, (SE) MBBR 1400 4 Rejekt Ling, 2009
Uppstartsstrategier Rotterdam 1. Labb- to fullskaleuppstart 10L till 70 m 3 på 3,5 år (Anammox) Anammoxbiomassa från: - Aktivslaminympning - Biomassa från anrikningsreaktor som går på syntetiskt material - Biomass utvecklad i fullskalereaktor Källa: van der Star et al. Water research 41 (2007) 4149 41
Uppstartsstrategier Strass 2. Stegvis upskalning av reaktorstorlek (nitritation/anammox) - SBR med granulerad biomassa - DO kontrollerad på låg nivå (0.3 mg/l) - Upgradering av systemet vid tillväx av biomassa Källa: Wett et al. Water Science & Technology 53 (2006) 121 128
Uppstartsstrategier Himmerfjärdsverket 3. Utveckling av Anammoxkulturer på tidigare bildad nitritationsbiofilm (nitritaion/anammox) exempel: Hattingen och Himmerfjärdsverket - Utveckling av nitritationsbiofilm - Skapa miljö som är fördelaktig för Anammox - Anammoxkulturtillväxt Källa: Thöle et al. Chemical Engineering Technology 28 (2005) 49-52 Plaza et al. submitted to Nutrient Recovery and Management 2011 Conference
TACK!