Biological N and P removal in activated sludge processes

Relevanta dokument
Biological N and P removal in activated sludge processes

Biological N and P removal in activated sludge processes

Biological N and P removal in activated sludge processes

Microobiology in anaerobic wastewater treatment

Microbiology in activated sludge processes

Microbiology in activated sludge processes. Sara Hallin Dept. Forest Mycology and Plant Pathology SLU

Microbiology in activated sludge processes

Microbiology in activated sludge processes

Cellens metabolism (ämnesomsättning) Kap8 Sidor i boken Enzymer: Metabolism: , , ,257,

Cellens metabolism (ämnesomsättning)

KILENE AVLOPPSRENINGSVERK. Hammarö kommun

Vägen till en förbättrad biologisk rening på ett koksverk. Erika Fröjd, SSAB Oxelösund

Anammox för klimatsmart kväveavskiljning

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening

Content of presentation. Long-term effects, maintenance and costs for wastewater treatment wetlands in Sweden. Alhagen - Nynäshamn

Biofilmsprocess med rörligt bärarmaterial för nedbrytning av läkemedelsrester. Sofia Johannesson

RENINGSVERKETS MIKROBIOLOGI BIOLOGISKA RENINGSSTEGET KVÄVETS KRETSLOPP ANDRA BIOLOGISKA RENINGSMETODER

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening

Kväve former och transformering. Lars Leonardson Ekologiska inst/limnologi Lunds universitet

Etablering av biologisk fosforavskiljning i

Bio P nätverket Var kom det ifrån och vart är vi på väg?

Tema A Dagvattenkvalitet från regn till recipient. Godecke Blecken Tekn dr, Forskarassistent Stadens vattensystem/va-teknik LTU

Enkel modellering av ett biologiskt reningsverk

Nya processlösningar för resurseffektiv kväveavskiljning

Anammox - kväverening utan kolkälla. Var ligger forskningsfronten? E. Płaza J.Trela J. Yang A. Malovanyy

Användning av kol och energikällor

Klimatpåverkan och de stora osäkerheterna - I Pathways bör CO2-reduktion/mål hanteras inom ett osäkerhetsintervall

BASÅRET KEMI B BIOKEMI VT METABOLISM (sid )

SÄTTERSVIKENS AVLOPPSRENINGSVERK. Hammarö kommun

Rejektvattenbehandlingens inverkan på kvävereduktionen vid Arboga reningsverk

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening - 1RT361

IWA 12 th world congress on. Guadalajara, Mexico. Jan Moestedt Utvecklingsingenjör, Svensk Biogas FoU

MBBR - Nu och i framtiden

Teoretisk sammanställning av studier kring lustgasemissioner från avloppsreningsverk RAPPORT. För Svenskt Vatten Utveckling

Dränerade våtmarker, storlek på emission och rapportering till UNFCCC och Kyoto. Åsa Kasimir Klemedtsson

TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

Välkommen på Utbildningsdag. Processer i avloppsreningsverk

Förbättring av kvävereduktionsprocessen på avloppsreningsverket Lucerna under WTOS-styrning

Lokalt reningsverk för Hammarby Sjöstad, etapp 1

STUDY ON ONE-STAGE PARTIAL NITRITATION-ANAMMOX PROCESS IN MOVING BED BIOFILM REACTORS: A

Hur celler får energi från föda (Alberts kap. 13) Introduktion

EVALUATION OF DEAMMONIFICATION

Nitrogen removal from municipal wastewater by mainstream Partial Nitritation/Anammox process

Aerob och anaerob elektrontransport (Alberts kap. 14 och Madigan kap. 17)

LUSTGAS FRÅN MARK HUR MINSKA?

Country report: Sweden

SWETHRO. Gunilla Pihl Karlsson, Per Erik Karlsson, Sofie Hellsten & Cecilia Akselsson* IVL Svenska Miljöinstitutet *Lunds Universitet

TN LR TT mg/l N b) 2,6-Dimethylphenole

The test can be performed on the following devices. In addition, the required cuvette and the absorption range of the photometer are indicated.

Fossilförbannelse? Filip Johnsson Institutionen för Energi och Miljö Pathways to Sustainable European Energy Systems

Kvävedynamik vid organisk gödsling

Energi, katalys och biosyntes (Alberts kap. 3)

Välkommen till Sjöstadsverket

Tentamen Biologi BI1112 Termin och år: Klockan:

Lustgas från mark jordbrukets stora utmaning. Hur fungerar det och vad kan vi göra?

Skogs och myrmark som kolkälla och/eller kolsänka.

Lokalt reningsverk för Hammarby Sjöstad, etapp 1. Förutsättningar för biologisk fosforrening i avloppsvatten från Hammarby Sjöstad - en förstudie

processindustrin Thore Berntsson

Karakterisering av reningsprocessen i SBRreaktorn. Characterization of the nitrogen reduction process in the SBR at Sobacken

Fredrik Björk, Malmö högskola. Urbanhistoriska seminariet 10 dec 2012 Orkanen, D222

Dränering och växtnäringsförluster

FERMAWAY vattenreningssystem - i korthet -

Retention of metals and metalloids in Atleverket treatment wetland Sylvia Waara & Tatsiana Bandaruk

Räkneuppgifter i Vattenreningsteknik - 2

Effektiv onlinemätning ger energibesparingar och minskade utsläpp

Kan mikrobiell elektrokemi tillämpas inom avloppsvattenrening?

Kommer klimatförändringen påverka återhämtning i sjöar och vattenddrag?

Grass to biogas turns arable land to carbon sink LOVISA BJÖRNSSON

Studie av kombinerad kemisk- och biologisk fosforrening på Käppalaverket, Stockholm

Contracting division of Läckeby Water Group. Anaerob behandling av industriella avloppsvatten Daniel Ling 27 Januari 2011

Gräs till biogas gör åkermark till kolsänka LOVISA BJÖRNSSON

Är passivhus lämpliga i fjärrvärmeområden?

Säkert dricksvatten. ProMaqua. Presenterad av Bengt Ottefjäll.

Moving Bed Biofilm Reactors (MBBR) i Sverige

Konsumtion, energi och klimat. Annika Carlsson-Kanyama FOI och LTH

Kväverening utan kolkälla

EXAMENSARBETE. Rejektvattenbehandling med SBR-teknik. Erfarenheter från rejektvattenanläggningen vid Sundets avloppsreningsverk i Växjö

Diel and monthly observations of plant mediated fluxes of methane, carbon dioxide and nitrous oxide from Lake Följesjön in Sweden using chamber method

Lustgas från mark - jordbrukets stora utmaning

Lustgasemissioner från avloppsreningsverken litteraturstudie

RENING AV KVÄVEHALTIGT GRUVVATTEN. Seth Mueller. VARIM 2014 (Jan-Eric Sundkvist, Paul Kruger)

Membranfiltrering och fällning för behandling av kommunalt avloppsvatten

Dränering och växtnäringsförluster

Etanol och biogas ur cellulosarika avfall. Utbildning om Resursåtervinning

Indikatorer för utvecklingen av de Europeiska energisystemen

Kapitel Var är vi i kursen???

Strategier för effektiv nitrifikation slamålderns betydelse

Bioetanol till bilen en mikrobiell produktionsutmaning.

Utvärdering av kvävefraktioner i avloppsreningsprocess med membranbioreaktor

Swedish case study potential biofuel production & remediation/stabilisation

Landbaserat recirkulerande vattenbruk (RAS)

Teknik för förbättrad kväverening i Sverige resultat av landsomfattande enkätundersökning

Klimat och Mat. Fil.dr. Åsa Kasimir Klemedtsson vik. Universitetslektor vid Inst. för Växt- och Miljövetenskaper, Göteborgs Universitet

Klimatpåverkan av rötning av gödsel

TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

Temperature optimization of anaerobic digestion at the Käppala Waste Water Treatment Plant

Kväve, människa och vatten i en hållbar framtid

ESKILSTUNA ENERGI & MILJÖ VATTEN & AVLOPP LABORATORIUM

Biologisk reducering av nitrat och nitrit i vatten

Vad orsakar brunifieringen av svenska vatten detta vet vi idag Lars J. Tranvik Núria Catalan Anne Kellerman Dolly Kothawala Gesa Weyhenmeyer

Transkript:

Biological N and P removal in activated sludge processes Sara Hallin Department of Microbiology, SLU Sara Hallin

Metabolism

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

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).

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

Microbiological reactions in the N cycle ATMOSPHERE Denitrification N 2 SOIL/WATER Nitrogen fixation N 2 O Organically bound nitrogen orgnh 2 NO Assimilation Mineralization/ Ammonification Assimilation NO 2 NH 4 + NO 2 NO 3 Nitrification Dissimilatory nitrate reduction to ammonium

Nitrogen removal Achieve N removal by combining the processes Nitrification and Denitrification: + NH 4 NH NO 2 OH NO NO 2 3 2 NO N 2 O N 2

Nitrification a two step oxidation process Ammonia oxidation Nitrite oxidation NH 3 NO 2 NO 3

Ammonia oxidation: NH 3 + 1,5O 2 NO 2 + H + + H 2 O

Nitrite oxidation: NO 2 + ½ O 2 NO 3 Periplams OH

Carbon metabolism Cell constituents Growth

Energetic constraints... Energetic constraints are severe, particularly for NO 2 oxidizers. Many NO 2 also grow chemoorganotrophically on glucose or other substrates. 1. ATP and NADPH (reducing power) requirements in Calvin cycle 2. NAD(P)H formed by reverse e flow: 2e Cyt c e e Cyt c NAD(P) + O 2

Nitrification in water treatment Nitrification lowers BOD load in recipient Nitrification coupled to denitrification lowers N load in recipient Nitrogen removal systems: natural wetlands constructed wetlands wastewater treatment plants

Ammonia Denitrifier oxidizer Diversity diversity in soil Bacteria Eukarya Archaea Ammonia oxidizers

NH 3 oxidizers Nitrosomonas Nitrosococcus Nitrosospira NO 2 oxidizers Nitrobacter Nitrospira Thaumarchaeota Nitrosopumilis Nitrosomonas europeae

Denitrifikation är en andningsprocess som där nitrat omvandlas till kvävgas i flera komplicerade steg inom en och samma bakteriecell: nitrat nitrit kväveoxid lustgas kvävgas (NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2 )

Denitrification: anaerobic respiration ATP Organic compound CO 2 Carbon flow Electron flow Biosynthesis NO 3, (NO 2, N 2 O)

Denitrification Pathway pathway Denitrification is a respiratory process where oxidized nitrogen compounds (NO 3, NO 2 ) are reduced stepwise to gaseous end products (NO, N 2 O, N 2 ):

Denitrifier diversity Diversity Bacteria Eukarya Archaea Denitrifiers

Denitrification in ecosystems Oceanic OMZ; 14% (81 Tg) Terrestrial; 22% (124 Tg) Continental Shelf; 44% (250 Tg) Groundwater; 8% (44 Tg) Lakes; 5% (31 Tg) Rivers; 6% (35 Tg) Estuaries; 1% (8 Tg) Annual N exported to atmosphere via denitrification (Seitzinger et al., 2006)

Nitrogen removal Achieve N removal by combining the processes Nitrification and Denitrification: + NH 4 NH NO 2 OH NO NO 2 3 2 NO N 2 O N 2

Nitrifikation Redox Denitrifikation Glukos Glukolys 2 Pyruvat 2 ATP 2 NADH 8 NADH 2 FADH Citronsyra cykeln 2 GTP 6 CO 2 NH 4 + NO 2 ATP NADH FADH ATP ATP O 2 H 2 0 + NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2

Nitrifierande bakterier Denitrifierande bakterier Nitrifierare finns i mark och vatten Denitrifierare finns nästan överallt Bara några få arter Nitrifikation är två energigivande processer som utförs av två olika grupper av bakterier Nitrifierare växer långsamt Många bakteriesläkten Denitrifikation är en alternativ andningsprocess i frånvaro av syre Denitrifierare är växer oftast snabbt

Nitrogen reduction (%) Denitrification rate (mg N 2 ON g 1 VSS h 1 ) Effekt av extern kolkälla på kvävereningen a 100 1. Kvävereningsgrad (%): 2. Denitrifikastionskapacitet: b 15 80 E 60 E 10 40 5 20 R R 0 0 10 20 30 40 50 60 Time (days) Tid (dagar) 0 0 10 20 30 40 50 60 Time (days) Tid (dagar) R = Fördenitrifikation utan extern kolkälla E = Fördenitrifikation med etanoltillsats

Intermittent dosering av etanol i en fördenitrifikationsprocess Hasselblad & Hallin. 1998. Wat. Sci.Technol.

Nitrogen cycling N 2 NH 3 Nitrification Assimilation + others NO 3 1. Nitrogen cycling necessary! 2. Nitrogen removal good! 3. Nitrogen loss bad! 4. Nitrous oxide (GHG) emission really bad!

Nitrogen removal Achieve N removal by combining the processes Nitrification and Denitrification: + NH 4 NH NO 2 OH NO NO 2 3 2 NO N 2 O N 2

D I E T A G R I C U L T U R E E N V I R O N M E N T

World greenhouse gas emissions by sector

Biological phosphorus removal ANAEROBIC AEROBIC Short chain fatty acids Energy Phosphate O 2 CO 2 +H 2 O Energy Phosphate Energy consumption for uptake of soluble organics. ATP and PO43 is released. Energy is conserved as polyphosphate granules. Uptake of PO 4 3. Consumption of stored products (PHB).

PHB synthesis & degradation Acetic acid AcetylCoA AcetoacetylCoA Acetoacetate ßhyroxybutyrylCoA ßhydroxybutyrate Polyßhyroxybutyrate (PHB)

Denitrification Biological phosphorus removal Recirculation of NO 3 ANAEROBIC REACTOR AEROBIC REACTOR SEDIMENTATION Organics Energy PO 4 3 O 2 CO 2 +H 2 O Energy PO 4 3

Other perspectives

Constructed wetlands Downstream WWTPs Nitrification and Denitrification Habitat for birds and frogs

µg N/g DW/h Plants affect denitrification Ruiz et al., 2009, FEMS Microbiol. Ecol.

Wetland plants effects Rhizospehere Sediment DGGE of nosz Low rates High rates Typha and Fragmites select nosz communities Seasonal differences Ruiz et al., 2009, FEMS Microbiol. Ecol.

Conclusions and outlook Typha and Phragmites select nosz communities Typha and Phragmites increase denitrification activity Seasonal differences Is increase in rhizosphere enough for increased capacity of wetland? What about the abundance of denitrifiers?

Ekeby wetland in Eskilstuna Ekeby Constructed Wetland Total area: 36 ha Flow: ~45000m 3 /day

Waterflow paths Kjellin et al., 2007, Wat. Res.

Denitrification rates Multiple regressions: PDA 4 0.13 1.11 2.3 10 T R CN Kjellin et al., 2007, Wat. Res.