Framtagande av underlag för dimensionering, drift och processövervakning av deammonifikation vid kommunala avloppsverk

VA - Forsk rapport Nr 26-15 Framtagande av underlag för dimensionering, drift och processövervakning av deammonifikation vid kommunala avloppsverk Józef Trela Bengt Hultman Elżbieta Płaza Beata Szatkowska Grzegorz Cema Luiza Gut Jan Bosander VA-Forsk

VA-Forsk VA-Forsk är kommunernas eget FoU-program om kommunal VA-teknik. Programmet finansieras i sin helhet av kommunerna, vilket är unikt på så sätt att statliga medel tidigare alltid använts för denna typ av verksamhet. FoU-avgiften är för närvarande 1,5 kronor per kommuninnevånare och år. Avgiften är obligatorisk. Nästan alla kommuner är med i programmet, vilket innebär att budgeten årligen omfattar drygt åtta miljoner kronor. VA-Forsk initierades gemensamt av Svenska Kommunförbundet och Svenskt Vatten. Verksamheten påbörjades år 199. Programmet lägger tonvikten på tillämpad forskning och utveckling inom det kommunala VA-området. Projekt bedrivs inom hela det VA-tekniska fältet under huvudrubrikerna: Dricksvatten Ledningsnät Avloppsvattenrening Ekonomi och organisation Utbildning och information VA-Forsk styrs av en kommitté, som utses av styrelsen för Svenskt Vatten AB. För närvarande har kommittén följande sammansättning: Anders Lago, ordförande Olof Bergstedt Roger Bergström Daniel Hellström Stefan Marklund Mikael Medelberg Anders Moritz Peter Stahre Jan Söderström Göran Tägtström Agneta Åkerberg Steinar Nybruket, adjungerad Thomas Hellström, sekreterare Södertälje Göteborgs VA-verk Svenskt Vatten AB Stockholm Vatten AB Luleå Roslagsvatten AB Linköping VA-verket Malmö Sv Kommunförbundet Borlänge Falkenberg NORVAR, Norge Svenskt Vatten AB Författarna är ensamma ansvariga för rapportens innehåll, varför detta ej kan åberopas såsom representerande Svenskt Vattens ståndpunkt. VA-Forsk Svenskt Vatten AB Box 4767 117 94 Stockholm Tfn 8-56 2 Fax 8-56 2 1 svensktvatten@svensktvatten.se www.svensktvatten.se

VA-Forsk Bibliografiska uppgifter för nr 26-15 Rapportens titel: Title of the report: Framtagande av underlag för dimensionering, drift och processövervakning av deammonifikation vid kommunala avloppsverk Development of a basis for design, operation and process monitoring of deammonification at municipal wastewater treatment plants Rapportens beteckning Nr i VA-Forsk-serien: 26-15 Författare: Jozef Trela, Bengt Hultman, Elzbieta Plaza, Beata Szatkowska, Grzegorz Cema, Luiza Gut, Kungliga Tekniska Högskolan; Jan Bosander, SYVAB VA-Forsk-projektnr: 25-13 Projektets namn: Projektets finansiering: Framtagande av underlag för dimensionering, drift och processövervakning av deammonifikation vid kommunala avloppsverk VA-Forsk, SYVAB, PURAC, Stiftelsen J. Gust. Richert Rapportens omfattning Sidantal: 69 Format: A4 Sökord: Keywords: Sammandrag: Abstract: Målgrupper: Omslagsbild: Rapporten beställs från: Ammonium, Anammox, deammonifikation, konduktivitet, kväverening, nitritation, rejektvatten Ammonium, Anammox, deammonification, conductivity, nitrogen removal, nitritation, digester supernatant Pilotskaleförsök med nitritation/anammox på rejektvatten genomfördes som enstegs- eller tvåstegsteknik. Stabil drift kunde erhållas med en kvävereduktion kring 8 % och utan kemikalietillsats. Övervakning kan ske med ph- och konduktivitetsmätningar. En-stegsteknik ger lägst volymbehov. Pilot plant studies with nitritation/anammox on digester supernatant were done as one or two step technology. Stable operation could be obtained (N-removal around 8 %) without chemical additions. Monitoring can be done by ph and conductivity measurements. One stage technology needs the lowest volume. Processchefer, konsulter, forskare Biofilm på kaldnesringar, Fotograf: Jozef Trela Finns att hämta hem som pdf-fil från Svenskt Vattens hemsida www.svensktvatten.se Utgivningsår: 26 Utgivare: Svenskt Vatten AB Svenskt Vatten AB Grafisk formgivning: Victoria Björk, Svenskt Vatten

Förord Ett samarbetsprojekt pågår mellan SYVAB och forskargruppen med inriktning mot Vattenvårdsteknik och Resurshushållning vid Institutionen för Mark och Vattenteknik, KTH för att studera deammonifikationsprocessen, som är en ny process för behandling av avloppsvatten med hög kvävehalt (och låg halt biologiskt nedbrytbart material). Denna rapport sammanfattar resultat uppnådda under år 25 från pilot-plant studier av deammonifikationsprocessen utförda vid Himmerfjärdsverket (SYVAB) för behandling av rejektvatten från centrifugering av rötslam. Resultaten från tidigare försök genomförda under 23 redovisades i VA-Forsk rapporten Nr 24-9 och under 24 i VA-Forsk rapporten Nr 25-14. Projektet genomfördes av en arbetsgrupp med: Józef Trela (projektledare, KTH/SYVAB) Bengt Hultman (KTH) Elżbieta Płaza (KTH) Beata Szatkowska (KTH) Grzegorz Cema (KTH) Luiza Gut (KTH) Jan Bosander (SYVAB) Projektet har finansierats av VA-Forsk och SYVAB. Pilotanläggningen vid Himmerfjärdsverket byggdes (tidigare) av PURAC och har använts under detta projekt. Stiftelsen J. Gust. Richert, Svenska Institutet och Lars Erik Lundbergs Stipendiestiftelse har bidragit med stipendier till doktorander (Beata Szatkowska, Grzegorz Cema och Luiza Gut). Stockholm april 26

4

Innehåll Förord......................................................................................... 3 Sammanfattning.......................................................................... 7 Summary..................................................................................... 8 Del I: Bakgrund.......................................................................... 9 1 Forskning kring Anammox.................................................... 9 2 Tidigare försök vid Himmerfjärdsverket.................................12 3 Projektmålsättning..............................................................13 4 Pilotanläggning vid Himmerfjärdsverket (SYVAB)...................15 5 Driftstrategier för experiment..............................................15 5.1 Reaktor 1............................................................................16 5.2 Reaktor 2............................................................................16 Del II: Försöksresultat tvåstegsprocess................................... 17 1 Rejektvattnets sammansättning...........................................17 2 Reaktor 1 partiell nitritation...............................................18 2.1 Tidsserier, medelvärden, spridningar och profiler.......................18 2.2 Partiella nitritationssteget utvärdering...................................25 3 Reaktor 2 Anammox........................................................ 27 3.1 Tidserier, medelvärden, spridningar och profiler........................27 3.2 Anammoxsteget utvärdering................................................34 Del III: Försöksresultat enstegsprocess................................. 37 1 Rejektvattnets sammansättning.......................................... 38 2 Tidsserier, medelvärden, spridningar och profiler.................. 38 2.1 Flöde och hydraulisk uppehållstid...........................................38 2.2 Kväveomsättningar...............................................................39 2.3 Driftparametrar: ph, syre, temperatur, alkalinitet och konduktivitet.......................................................................39 2.4 Halt suspenderade och flyktiga suspenderade ämnen.................41 2.5 Analyser av COD och organiska syror.......................................42 3 Enstegsprocess utvärdering............................................. 43 Del IV: Diskontinuerliga försök................................................. 45 1 Mål med försöken.............................................................. 45 2 Resultat och diskussion....................................................... 45 2.1 Försöksserie 1......................................................................45 2.2 Försöksserie 2......................................................................47 Del V: Processövervakning...................................................... 5 1 Partiell nitritation............................................................... 5 2 Anammox...........................................................................51 3 Partiell nitritation och anammox i enstegsprocess..................52 5

Del VI: Deammonifikation vid kommunala avloppsverk förutsättningar....................................................................... 54 1 Nuvarande fullskaleanläggningar......................................... 54 2 Termodynamiska bedömningar............................................ 54 2.1 Teoretiskt underlag för bedömning av slamproduktion...............54 2.2 Praktiska konsekvenser för bedömning av slamproduktion..........55 2.3 Lustgasbildning relaterat till termodynamik och stökiometri.........55 3 Uppstartning av anammox och deammonifikation..................57 3.1 Teoretiska aspekter..............................................................57 3.2 Praktisk tillämpning..............................................................58 4 Dimensionering av deammonifikation................................... 58 4.1 Allmänna grunder.................................................................58 4.2 Inverkan av slamålder............................................................58 4.3 Användning av aktivitetsmått.................................................59 4.4 Hastighetsbegränsande faktorer.............................................59 5 Systemval.......................................................................... 6 Referenser................................................................................. 64 Bilaga A: Redovisning av hittills utvunna resultat från experiment med deammonifikation.......................... 66 Bilaga A1: Resultat t.o.m. 24 publicerade arbeten............... 66 Bilaga A2: Resultat 25 26 publikationer/föredrag...........68 6

Sammanfattning Himmerfjärdsverket (SYVAB) och Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) samverkar i framtagandet av en ny kostnadseffektiv metod (deammonifikation) för att avlägsna kväve ur rejektvatten erhållet vid avvattning av rötslam. Försök genomfördes i en pilot-anläggning byggd av PURAC AB. Deammonifikation sker i två delsteg. I ett första steg oxideras ca hälften av inkommande ammonium till nitrit (partiell nitritation) och åtföljs sedan av en reaktion mellan bildad nitrit och kvarvarande ammonium till kvävgas (anammox). Tre fullskaleanläggningar har tagits i drift i Europa. Jämfört med traditionell teknik med nitrifikation och denitrifikation erfordrar deammonifikationsprocessen enbart 38 % av syre (oxidation av halva ammoniummängden till nitrit) och inget organiskt material behövs för kvävgasbildningen, vilket innebär mycket stora möjligheter till besparingar av driftkostnader. Rapporten redovisar försök under ett år (25). Kaldnesringar utnyttjades som bärarmaterial för bakterierna som därvid bildade en biofilm. Första halvåret genomfördes försök med tvåstegsteknik med separata reaktorer för partiell nitritation och för anammoxprocessen. Det följande halvåret inriktades mot enslamteknik. I detta fall bildade anammoxbakterier ett inre skikt av biofilm på bärarmaterialet medan nitritationsbakterier bildade ett yttre biofilmskikt. Tvåstegstekniken kunde genomföras som en stabil process och kunde övervakas med ph och konduktivitetsmätningar. En ph-minskning på ca 1,2 ph-enheter gav en kvot mellan nitrit- och ammoniumkväve på ca 1,3, lämplig för den fortsatta anammoxreaktionen. ph-minskning kunde uppnås vid en syrehalt på ca 1,2 g O 2 m -3. Konduktivitetsmätningar var väl korrelerade till in- och utgående kvävehalter och avlägsnat kväve både i nitritations- och anammoxsteget. Totalt kunde ca 5 g ammoniumkväve m -3 avlägsnas motsvarande en kvävereduktion på 8 %. Från 1 juli 25 lades driften om i nitritationsreaktorn till enslamteknik som på kort tid kunde etableras genom inympning av anammoxbakterier från andra reaktorn. Det yttre skiktet med nitritationsbakterier försåg det inre skiktet av anammoxbakterier med nitrit. Vid enslamteknik var utgående nitrithalt mycket låg medan ammoniumhalten dominerade utgående kvävehalt. Nitritationshastigheten begränsar därför kväveavlägsnandet (är hastighetsbegränsande steg), vilket även bekräftades av diskontinuerliga försök. Någon extra volym erfordras inte för anammoxreaktionen och processen kan genomföras i ett steg. Lovande resultat erhölls med avlägsnat kväve på ca 1,5 g N m -2 dygn -1 (motsvarande 15 g N m -3 h -1 ). Kvävereduktionen varierade mellan 55 och 88 % vid ett dygns uppehållstid och med en inkommande kvävehalt mellan 35 till 72 g NH 4 -N m -3. Processförloppet kunde övervakas med ph och konduktivitetsmätningar.

Summary Himmerfjärden wastewater treatment plant (SYVAB) and the Royal Institute of Technology (KTH) co-operates to develop a cost-effective treatment method (deammonification) to remove nitrogen from supernatant obtained from dewatering of digested sludge. Experiments have been performed in a pilot plant built by PURAC AB. Deammonification is a two-step process. In a first step about half of the influent ammonium nitrogen is oxidized to nitrite nitrogen and is followed by a reaction between formed nitrite with remaining ammonium to nitrogen gas (anammox). Three full-scale plants are in operation in Europe. In comparison with traditional technology with nitrification and denitrification deammonification only requires about 38 % of oxygen supply (oxidation of half ammonium amount to nitrite) and no organic material is needed for nitrogen gas formation. This results in large possibilities for savings in operational costs. The report presents experiments during one year 25. Kaldnes rings were used as support material for bacteria forming a biofilm. The first half year experiments were performed with two-stage technology with separate reactors for partial nitritation and anammox process. The following half year experiments were directed towards studies of one-stage technology. In this case anammox bacteria formed an inner layer of the biofilm and nitritation bacteria an outer layer. Two-stage technology could be performed as a stable process and could be monitored by use of ph and conductivity measurements. A decrease of ph value by 1.2 units gave a quotient between nitrite nitrogen and ammonium nitrogen of 1.3 that is a suitable ratio for the following anammox process. The ph decrease could be obtained at an oxygen level of about 1.2 g O 2 m -3. Conductivity measurements were well correlated with influent and effluent nitrogen concentrations and removed nitrogen both in the nitritation and anammox reactors. About 5 g N m -3 could be removed totally from the two-stage system corresponding to about 8 % removal efficiency. From July the operation was changed in the nitritation reactor to single sludge technology that in a short time could be established due to seeding of anammox bacteria from the second reactor. The outer layer with nitritation bacteria supplied the inner layer of anammox bacteria with nitrite. The effluent nitrite concentration was very low despite rather high values of ammonium. The nitritation reaction was the rate limiting step for deammonification which also was confirmed by batch studies. An extra volume is therefore not needed for the anammox process and deammonification can be performed in one stage. Promising results were obtained with a removed nitrogen of about 1.5 g N m -2 d -1 (corresponding to 15 g N m -3 h -1 ). The nitrogen removal varied between 55 and 88 % with 1 day hydraulic residence time and an influent ammonium concentration between 35 and 72 g N m -3. The process could be monitored by ph and conductivity measurements. 8

Del I: Bakgrund 1 Forskning kring Anammox Anammox är syrefri oxidation av ammonium med nitrit till kvävgas. Reaktionen har identifierats först på teoretisk grund kring 1975 (Broda 1977) och sedan dokumenterats experimentellt i olika system. Reaktionen är mycket intressant som viktig del i kväveavlägsnande i naturen (ca 5 % av kväveavgång från oceaner bedöms bero på anammox), och har en stor potential för att minska kostnader och miljöbelastning i tekniska system. Som ny uppmärksammad del i kvävets kretslopp har den därmed även ett stort vetenskapligt intresse. En mer omfattande forskning om Anammox startade kring mitten av 199-talet och ökningen av information om processen och processteknisk användning har ökat mycket snabbt. Den explosionsartade utvecklingen av att studera och utvärdera processen kan illustreras av sökningsresultat på Google: Sökord: anammox; 181 träffar Sökord: anammox; sidor från Sverige 12 träffar Sökord: anammox, wastewater; 16 4 träffar Sökord: anammox, wastewater; sidor från Sverige 47 träffar Löpande information om anammox finns bl.a. på www.anammox.com., där ett stort antal referenser ges och redovisningar av tillämpningar och pågående forskning. Verksamheten i Sverige överskuggas av internationella studier och antalet studier med tilllämpning på teknik är någon tiopotens lägre än på yttre miljö och förståelse av grundläggande mekanismer. Det är dock viktigt att FoU bedrivs i Sverige om reaktionen för att kunna göra kvalificerade bedömningar gällande processteknik och mer generellt om kvävets kretslopp. På www.anammox.com anges de välkända argumenten för att anammoxreaktionen fått ett så stort intresse, bl.a.: Ett spektakulärt mikrobiellt sätt att tillväxa Den största enskilda källan till kvävgas på jorden Den långsammaste bakterien i bakteriekultur 9 En ny lågkostnadsmetod för avlägsnande av kväve (9 % besparingar av driftkostnader och koldioxidutsläpp jämfört med konventionell nitrifikation/ denitrifikation och till lägre investeringskostnader) Åtminstone tre bakteriegenus identifierade: Brocardia anammoxidans, Kuenenia stuttgartiensis och Scalindua sorokinii De olika argumenten kan kommenteras enligt: Spektakulärt mikrobiellt sätt att leva innebär att mellanprodukter vid metabolismen är hydrazin (använt i raketbränslen) och kväveoxid (NO). Anammoxbakterier har emellertid ett cellmembran som är extremt ogenomträngligt för passiv diffusion av kemiska ämnen. Att anammox är största källan till kvävgas bör leda till utvärdering om denna reaktion bör påverka olika eutrofieringsbedömningar för till exempel Östersjön Långsam fördubblingstid (ca 2 veckor) gör uppstartning av processen lång t.ex. upp till något år Låga driftkostnader jämfört med traditionell nitrifikation/denitrifikation gäller främst vatten med hög ammoniumhalt och låg halt nedbrytbart organiskt material (t.ex. rejektvatten från avvattning av rötslam) Lägre investeringskostnader inkluderar både volymbehov och utrustning till exempel för luftning. Trots låg fördubblingshastighet kan en snabb kväveomsättning erhållas på grund av hög andel verksamma bakterier och hög temperatur (vid rejektvattenbehandling). Vid Himmerfjärdsverket är anammoxbakterierna Brocardia anammoxidans och Kuenenia stuttgartiensis verksamma I Sverige har marinbiologiska aspekter presenterats i en doktorsavhandling vid Göteborgs Universitet av Engström (24) medan de tekniska aspekterna har studerats vid Himmerfjärdsverket i ett samarbete mellan SYVAB, KTH och PURAC AB (Trela et al. 25, 24; Szatkowska 24; Gut 26) Pionjärer i kunskapsutveckling kan anses vara universitetet i Delft (Van Loosdrecht et al. 25, 24; van Dongen et al. 21) och i Hannover (Rosenwinkel et al. 25; Hippen 21; Hippen et al. 1997) (tabell I-1). Det är därför naturligt att fullskaletillämpningar (och i samverkan med kommersiella företag) skedde i Rotterdam (Nederländerna) och Hattingen (Tyskland). FoU vid EAWAG (Fux 23;

Egli 23; Fux et al. 22; Siegrist et al. 1998) har gett stöd till utveckling av en tredje fullskaleanläggning i Strass i Österrike. Förhoppningen är att de betydande FoU insatserna vid KTH (i samverkan med kommersiella företag och branschen) skall leda till fullskaletillämpningar också i Sverige (med motiv både utifrån miljöaspekter och minskade kostnader för VA-konsumenten). Kring 2 pågick vid åtminstone fyra universitet (vid Delft, Hannover, Ghent, KTH) ett systematiskt arbete att klarlägga tekniska förutsättningar att utnyttja deammonifikation. För närvarande finns ett tjugotal universitet (se tabell I-1) involverade att klarlägga tekniska förutsättningar (varav minst fem i Kina). Många företag försöker att kommersialisera processen till exempel Paques BV (Nederländerna), Grontmij Water and Reststoffen (Nederländerna), Purac AB (Sverige/Tyskland), Unisens A/S, Danmark och Kurita Water Industries Ltd. (Japan). Förutom för rejektvatten från avvattning av rötslam har processen en betydande potential även för andra vatten (t.ex. lakvatten och gödselvatten) med hög ammoniumhalt och låg kvot mellan biologiskt nedbrytbart organiskt material och ammonium. Tabell I-1. Forskning och utvecklingsverksamhet kring Anammox processen (modifierat från Gut 26). Land/FoU organisation Nederländerna Delft University of Technology University of Nijmegen Royal Netherlands Institute for Sea Research Tyskland University of Hannover Technical University of Munich Max Planck Institute for Marine Microbiology Belgien Ghent University Österrike University of Vienna University of Innsbruck Danmark Technical University of Denmark University of Southern Denmark National Environmental Research Institute University of Aarhus Storbritannien Cranfield University University of Birmingham Området Mikrobiologi; tillämpning av anammoxprocessen; experiment i fulloch pilot skala; fysiologi av anammox-bakterie, marin mikrobiologi; IcoN ( Improved control and application of nitrogen cycle bacteria for Nitrogen removal from wastewater ) projekt Mikrobiologi; tillämpning av anammoxprocessen; fysiologi av anammox bakterie; marin mikrobiologi Marin mikrobiologi (inverkan av Anammox på kvävereaktioner i oceaner) Deammonifikation med användning av biofilmsteknik (full-skala och pilot-skala) Mikrobiologi; tillämpning av anammoxprocessen; fysiologi av anammox bakterie Marin mikrobiologi Modellering, simulering, optimering; tekniska aspekter av anammoxprocessen, IcoN projekt Marin mikrobiologi; tillämpning av anammoxprocessen Deammonifikation med användning av aktivt slam i SBR teknik (fullskale- tillämpningar och experiment i pilot-skala) Tekniska aspekter av anammoxprocessen Anammoxprocess i marin miljö Mätgivare on-line för Anammox kontroll Mikrobiologiska studier 1

Land/FoU organisation University of London Schweiz Swiss Federal Institute of Technology (EAWAG), Zurich Spanien University of Santiago de Compostela University of Cantabria Turkiet Istanbul Technical University Frankrike Genoscope, Evry, the French National Sequencing Center Sverige Royal Institute of Technology, Stockholm Göteborg University Polen Silesian University Australien University of Queensland Murdoch University USA University of Georgia USA/Brasilien Coastal Plains, Soil, Water and Plant Research Center, United States Department of Agriculture Japan Kumamoto University Nagaoka University Korea Korea University Kyungpook National University Yeungnam University China Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture Tsinghua University Området Mikrobiologi sediment i flodmynning Tekniska aspekter av anammoxprocessen, tillämpning av anammoxprocessen Tillämpning av anammoxprocessen; studier om hämmande faktorer för processen; modellering; IcoN projekt Modell-baserad utvärdering av anammoxprocessen Simulering av Anammox aktiviteten; studier om hämmande faktorer för processen Genetisk information angående anammox bakterie Deammonifikation med användning av biofilmsteknik; pilot-skala och lab-skala; tvåstegsteknik och enstegsteknik; modellering av deammonifikationsprocessen Marin mikrobiologi Kinetik av anammoxprocessen; tekniska aspekter av anammoxprocessen, tillämpning av anammoxprocessen (experiment i lab-skala) Molekylär mikrobiologisk ekologi av anammox-bakterie Anammoxprocess i CANON system Tillämpning av anammoxprocessen för behandling av hönsgödsel Tillämpning av anammoxprocessen för behandling av avloppsvatten från boskap Granulering av anammox bakterie; Tillämpning av anammoxprocessen Molekylär biologisk analys av Anammox, experiment i lab-skala Tillämpning av anammoxprocessen för behandling av avloppsvatten från svingödsel Modellering av partiell nitritation/anammoxprocess i biofilm system; experiment i lab-skala Granulering av anammox-bakterie; experiment i lab-skala 11

Land/FoU organisation Hunan University Harbin Institute of Technology Ocean University of China University of Science and Technology of Suzhou Området Uppstartning av deammonifikationsprocessen; experiment i lab-skala Processteknik med Anammox; experiment i lab-skala Anrikning och kultivering av anammox-bakterie Kommersiell användning av teknologi Paques BV, the Netherlands Grontmij Water and Reststoffen, the Netherlands PURAC AB, Sweden Unisens A/S, Denmark Kurita Water Industries Ltd., Japan Fullskala tillämpning av Anammox; IcoN projekt SHARON som försteg till anammoxprocessen Pilot försök i teknisk skala av deammonifikation Konstruktion och användning av mätgivare för kväve i mikro- och makroskala för anammoxprocessen Kommersiell användning av anammoxprocessen ; experiment i pilotskala 2 Tidigare försök vid Himmerfjärdsverket SYVAB, Himmerfjärdsverket och KTH samverkar i framtagande av en ny kostnadseffektiv metod (kallad deammonifikation) för att avlägsna kväve ur rejektvatten. Försök genomförs i en pilot anläggning byggd av PURAC AB. Halten ammoniumkväve i rejektvattnet uppgår till ca 5 8 mg/l. Tekniken bygger på att i ett första steg oxidera ca hälften av rejektvattnets ammoniumhalt till nitrit (partiell nitritation) varefter i ett andra steg kvarvarande ammonium oxideras av bildad nitrit till kvävgas (Anammox) enligt den schematiska formeln: NH 4 + + NO 2 - N 2 + 2H 2 En hög kvävereduktion och möjligheter till stabil drift har dokumenterats med hjälp av experiment i pilotskala. Tekniken medger ett minskat syrebehov på ca 6 % och inget behov av extern kolkälla. Teknikens potential vid rejektvattenbehandling Efter rötning av slam kvarstår approximativt lika delar ammonium och vätekarbonat, vilka förekommer som ammoniumvätekarbonat i rejektvattnet efter avvattning. Vid traditionell biologisk kvävereduktion med nitrifikation och denitrifikation sker först en oxidation av ammonium via nitrit till nitrat. Alkaliniteten (halten vätekarbonat) räcker dock bara till för att nitrifiera ca 5 % och för fullständig nitrifikation måste ett alkaliskt ämne tillsättas (vätekarbonat, lut, kalk etc.). Vid denitrifikation med traditionell teknik måste organiskt material tillsättas (t.ex. metanol), eftersom rejektvattnets halt av biologiskt nedbrytbart organiskt material är låg. En positiv effekt är dock att alkalinitet bildas vid denitrifikationen. Dessa kemikalietillsatser kan undvikas och syrebehovet kan minskas kraftigt vid partiell nitritation (första steg) och Anammox (andra steget). Processtekniska svårigheter För steg 1 (partiell nitritation) är svårigheten att erhålla ungefär samma halt av ammonium- och nitritkväve i utgående vatten och undvika fortsatt oxidation av nitrit till nitrat. Stökiometriskt erfordras ett förhållande på 1,32 för anammoxreaktionen med hänsyn till cellsyntes. Detta löstes genom att tillgodose att alkaliniteten till stor del förbrukas (kan kontrolleras med ph-mätningar) och genom att hålla en låg syrehalt. Svårigheten i steg 2 är att erhålla en stabil bakteriekultur för att åstadkomma Anammox-reaktionen. Först 1999 publicerades en artikel (i Nature) om + NH 4 NH + - - Partiell 4 /NO 2 N 2 /NO 3 Nitritation Anammox nitritation (1) (5/5) (9/1) Figur I-1. Processchema för deammonifikation. 12

planctomycete anammox bakterier som kan oxidera ammonium med nitrit (Strous et al. 1999). Sådana bakterier (Candidatus Kuenenia stuttgartiensis och Candidatus Brocardia anammoxidans) har identifierats i pilotanläggningen vid Himmerfjärdsverket (Gut 26). Bakteriekulturen etablerades genom val av processbetingelser som kan gynna denna bakterie, men begränsa möjligheter för andra bakterier att tillväxa, t.ex. brist på syre och organiskt material. Därtill måste hänsyn tas till att alltför höga nitrithalter (ca 7 mg nitritkväve/l) kan hämma Anammox-reaktionen. Tiden att etablera en effektiv bakteriekultur är lång (minst ett halvår) beroende på bakteriernas långsamma fördubblingshastighet (ca 2 veckor). 13 Försöksresultat Två reaktorer med vardera volymen 2 m 3 seriekopplades för att åstadkomma partiell nitritation följt av Anammox. Reaktorerna fylldes till ca 5 % med Kaldnesringar. Försöksresultat under år 23 redovisades i en VA-Forsk rapport nr 24-9 (Trela et al. 24) (http://www.dataforlaget.net/~vav/filer/va-forsk_ 24-9.pdf). Försök visade att det är möjligt att nå önskad kvot mellan ammonium- och nitritkväve (ca 1:1,3) i det första steget för fortsatt behandling i det andra steget med Anammox-processen. Viktiga faktorer är ph-värde och syrehalt. Det mest kritiska steget är det andra där ammonium- och nitritkväve överförs till kvävgas (Anammox-processen). Man lyckades etablera en Anammox-bakteriekultur och uppnådde periodvis en hög kvävereduktion på 75 %. Under sista månaderna på året förändrades dock rejektvattnets sammansättning, varvid processen påverkades negativt och kvävereduktionen minskade. Anammoxprocessen kördes med genomsnittliga värden för syrekoncentration på,3 mg O 2 /l, temperatur 33,5 o C, ph 8,1 och uppehållstid på minst 2 dygn. Under år 24 fortsatte försöken med en genomsnittlig kvävereduktion på hela 84 % och med variationer mellan 25 97 %. Försöksresultat från år 24 redovisades i en VA-Forsk rapport nr 25-14 (Trela et al. 25) (http://www.dataforlaget.net/~vav/ vav.htm). Resultat från bedrivna försök för år 24 visar att det är möjligt att nå långtgående stabil process för kväverening med partiell nitritation och Anammox. Möjligheter till processövervakning studerades också och det visade sig att konduktivitetsmätningar är speciellt väl lämpade för en enkel processövervakning. Processerna kan följas upp med hjälp av konduktivitetsmätningar som kan användas för att med god korrelation bestämma in- och utgående halter av oorganiskt kväve. I nitritationssteget kan processen styras med hjälp av syrehalten och phminskningen. Det önskade värdet på 1,3 för kvoten mellan nitrit- och ammoniumkväve från det första steget uppnås när ph-värdet på 7,8 för inkommande rejektvatten minskar med 1,5 enheter. Med de existerande belastningsförhållandena erhålles ett önskat värde på syrehalten omkring 1 g O 2 m -3 för att uppnå denna minskning av ph-värdet. Totalt har deammonifikationsstudier vid institutionen för mark- och vattenteknik, KTH, resulterat i ett stort antal artiklar (21 st), och 6 examensarbeten (se bilaga 1A, B). Två licentiatavhandlingar med processteknisk inriktning har presenterats vid KTH av Szatkowska (24) och Gut (26). 3 Projektmålsättning Det bör påpekas att kunskaper om deammonifikation var mycket begränsade före början av 199-talet och att huvuddelen av den stora informationsmängd som idag finns på det processtekniska området bygger på försök i laboratorieskala. Tre fullskaleverk har nyligen tagits i drift (i Rotterdam, Hattingen och i Strass i Österrike) men bara ett fåtal driftresultat har publicerats. De försök som genomförts i pilotanläggningen vid SYVAB har därför ett speciellt värde genom att visa att det går att åstadkomma en stabil deammonifikationsprocess under lång period (genomsnittlig kvävereduktion uppgick under perioden mars december 24 till ca 85 %). För att åstadkomma deammonifikation krävs två delreaktioner: 1. Först måste ca hälften av inkommande ammonium oxideras till nitrit och med minimal bildning av nitrat (partiell nitritation) 2. Därefter skall kvarvarande ammonium reagera med bildad nitrit till kvävgas under syrefria (anaeroba) betingelser (anaerob oxidation av ammonium, anammox) De två delreaktionerna kan genomföras i samma reaktor (enstegsteknik) eller i två separata reaktorer

(tvåstegsteknik). Enstegsteknik studerades vid Himmerfjärdsverket i början (under 22). Det gick dock inte att etablera en anammox kultur för att överföra ammonium och nitrit till kvävgas trots ett års försök medan däremot den första delreaktionen (ammoniumoxidation till nitrit) kunde erhållas. När sedan de två delreaktionerna fick ske först med partiell nitritation i en reaktor och med anammox i en efterföljande reaktor (tvåstegsprocess) kunde deammonifikation erhållas. Anammox-reaktionen hämmas av alltför höga nitrithalter enligt ett flertal studier. Under år 23 erhölls en kvävereduktion på 75 % under 6 maj 29 augusti medan den sjönk till 21 % under perioden 3 augusti 2 december. Även om vissa störningar i sammansättning hos rejektvattnet kan ha inverkat på minskningen torde det främst ha berott på att en ökning av belastningen medförde att successivt ökande nitrithalter alltmer minskade anammoxaktiviteten. En tvåstegsprocess med noggranna krav på kvot mellan nitrit- och ammoniumkväve och liten bildning av nitrat och ett efterföljande delsteg med reaktion mellan ammonium och nitrit skulle i princip ställa stora krav på analyser för driftuppföljning. I FoU-programmet har ett relativt ambitiöst provtagningsprogram upprätthållits men det har härvid visat sig att enkla indirekta mätmetoder för processförloppen med ph och konduktivitet till stor del kan förutsäga erhållna resultat och mätvärden. Detta beror på: 1. Inkommande rejektvattens lösta oorganiska ämnen domineras av ammoniumvätekarbonat (vid nedbrytning av protein i rötkammaren bildas lika delar av ammonium och vätekarbonat) 2. Vid oxidation av ammonium till nitrit och nitrat erfordras 2 mol vätekarbonat per mol oxiderat ammonium. När hälften av vätekarbonatet förbrukats har ph-värdet sjunkit och fortsatt ammoniumoxidation avstannat. Det låga phvärdet har därtill medfört att bildat nitrit delvis överförts till fri salpetersyrlighet som hämmar fortsatt oxidation av nitrit till nitrat. Därför erhålles vid nitrifiering av rejektvatten utan tillsatser (förutom luftning) ett utgående vatten med lika delar nitrit och ammonium och låg nitrathalt. Eftersom vätekarbonat (jon) överförs till koldioxid (molekyl) minskar konduktiviteten med ca en tredjedel.. Vid anammoxprocessen oxideras anaerobt 14 ammonium (jon) med nitrit (jon) till kvävgas (molekyl). Därmed sker en betydande minskning av konduktiviteten. Som en förenklad processmodell gäller att i rötkammaren bryts slammets proteiner ner till ammoniumvätekarbonat som i första steget (partiell nitritation) överförs till ammoniumnitrit och i det andra steget (anammox) till kvävgas. Det första steget kan övervakas med hjälp av ph-mätningar för att säkerställa tillräcklig ph-minskning (därmed har lämplig kvot nitrit-/ammoniumkväve säkerställts och nitratbildning undvikits) och det andra steget med konduktivitetsmätningar. Två års drifterfarenheter (23 och 24) från pilotanläggningen vid Himmerfjärdsverket har gett goda kunskaper om hur deammonifikationen fungerar, kan säkerställas och övervakas. Det var därför naturligt att som nästa steg använda pilotanläggningen för att ge underlag till uppbyggnad av fullskaleanläggningar och rekommendationer för drift och övervakning. Den grundläggande idén var att ett system skall kunna köras utan extern värmetillförsel, tillförsel av kemikalier eller renvatten för utspädning. Målsättningen med projektet under 25 var främst: 1. att undersöka om en stabil drift kan åstadkommas utan extern värmetillförsel, ingen (eller mycket låg) kemikalietillförsel och ingen tillförsel av renvatten för utspädning 2. att undersöka möjligheter att öka belastningen utan att få höga nitrithalter. att ge anvisningar om hur en fullskaleanläggning för deammonifikation kan dimensioneras och anpassas till befintliga avloppsverk 4. att ge rekommendationer om lämplig drift och övervakning av deammonifikationssystemet 5. att bedöma eventuella negativa miljöeffekter (främst lustgasbildning) vid olämpligt driftsätt 6. att bedöma eventuella inympningseffekter av tillförsel av bildade anammoxbakterier. att undersöka intresset hos några kommuner att installera en fullskaleanläggning med deammonifikation Huvudvikten lades vid punkt (1), (2), (3) och (4). Inympningseffekter (6) blev främst studerade i samband med att driftsättet förändrades från tvåstegs- till enstegsteknik och detta gav möjligheter att betydligt

öka belastningen utan att erhålla höga nitritvärden (punkt 2). Utrustning saknades för lustgasmätning och bedömningar härom gjordes utifrån skillnader av oorganiskt kväve på in- och utgående vatten och visade att endast en liten andel kunde ha övergått till lustgas av oxiderat ammonium. Olika åtgärder för att behandla luftflöden med lustgas diskuteras i rapporten (punkt 5). På SYVAB utreds möjligheter att införa systemet med enstegsteknik i full skala och intresse har framkommit från andra kommuner (punkt 7). 4 Pilotanläggning vid Himmerfjärdsverket (SYVAB) Anläggningen, som byggdes av PURAC och moderniserats av SYVAB, består av 2 reaktorer, båda med en volym av 2 m 3, fyllda till 5 % med Kaldnesringar (figur I-2). Processen har följts upp genom manuella mätningar, kemiska analyser, on-line mätningar i inkommande rejektvatten, utgående vatten samt i reaktorers olika zoner (tabell I-2) 5 Driftstrategier för experiment Rapporten redovisar försök under ett år (25). Försöksperioden startade den tredje januari 25 och erhållna driftresultaten redovisas fram till årsskiftet. Två huvuddriftsätt studerades: Period 1 ( 3 januari 29 juni 25); tvåstegsteknik med partiell nitritation (oxidation av ammonium till nitrit) som det första steget i Reaktor 1 (R1) och Anammox (oxidation av ammonium med nitrit till kvävgas) som det andra steget i en följande Reaktor 2 (R2). Detta tvåstegsförfarande var en naturlig fortsättning av tidigare bedrivna försök (se VA-Forskrapporter 24-9 och 25-14). Period 2 (från 29 juni t.o.m. 22 december 25); enstegsteknik (preliminära experiment) med två processer i Reaktor 1 (R1). Den andra strategin studerade möjligheter att åstadkomma hela deammonifikationsprocessen (nitritation följd av anammox) i en enda reaktor. Med användning av bärarmaterial (i detta fall Kaldnes) kan ett inre skikt av biofilm på bärarmaterialet extern recirkulering intern recirkulering Figur I-2. Pilotanläggning vid Himmerfjärdsverket (SYVAB) tvåstegsprocess. Tabell I-2. Sammanställning av olika mätningar och analyser vid pilotanläggningen. mätningar analyser on-line mätningar Inkommande rejektvatten till reaktorer Reaktor 1 (R1) zoner 1,2,3 Reaktor 2 (R2) zoner 1,2,3 Utgående rejektvatten från reaktorer konduktivitet, ph, flöde syrehalt, temperatur, ph, konduktivitet syrehalt, temperatur, ph, konduktivitet konduktivitet N-fraktioner, COD, organiska syror, alkalinitet, PO 4 -P, SS, VSS SS, VSS konduktivitet syrehalt, temperatur, ph (z3) ph (z1), temperatur SS, VSS N-fraktioner, COD, organiska syror, alkalinitet, PO 4 -P konduktivitet 15

tvåstegsprocess (R1, R2) enstegsprocess (R1) 3 jan 5 29 jun 5 22 dec 5 Figur I-3. Driftstrategier för experimenten under 25. användas för anammoxreaktionen och ett yttre skikt för nitritation, dvs. för att genomföra hela deammonifikationsprocessen. 5.1 Reaktor 1 Period 1 I reaktor 1 mellan 3 januari och 7 april eftersträvades att driva partiell nitritation med en utgående kvot av nitrit till ammoniumkväve på 1,3 och en låg utgående nitrathalt. Från 7 april till 6 juni pågick försök med extern recirkulering (se figur I-2) med nitratrikt utgående avloppsvatten från reaktor 2 (efter anammoxprocessen) till reaktor 1. Syftet var att denitrifiera nitratkväve i den första zonen i reaktor 1 varvid syretillförseln i zon 1 stoppades för att uppnå anoxiska förhållanden. Den andra och tredje zonen var påkopplade och kördes med optimala syrevärden för att uppnå partiell nitritation. Eftersom rejektvatten från rötkammare kan innehålla betydelsefull mängd av organiska syror skulle en första syrefri zon i reaktor 1 kunna innebära att viss heterotrof denitrifikation kunde erhållas. Den heterotrofa denitrifikationen hade sannolikt en mindre effekt men återföring av vatten från anammoxsteget till reaktor 1 hade inympat anammoxbakterier till reaktor 1 och en förbättrad kvävereduktion erhölls. Efter några veckor kunde man observera en betydande kväveminskning i reaktor 1 eftersom Anammox-bakterierna erhöll optimala förhållanden (syrefritt) för att växa i inre delen av den utvecklade biofilmen i den första zonen. Eftersom en sådan driftstrategi påverkade den partiella nitritationsprocessen negativt, stoppades recirkulering den 6 juni och luftningen återstartades (för att alstra nitrit) i den första zonen (Z1). En effektiv nitritationsprocess kom då tillbaka. Under hela perioden var uppehållstiden drygt 2 dygn i reaktor 1. Period 2 Den 29 juni började försök med uppehållstiden minskad till 1 dygn varvid man kunde observera ökad kvävereduktion i reaktor 1. Producerat nitrit i yttre delen av biofilmen reagerade snabbt med resterande ammonium i inre delen av biofilmen. Eftersom höga kvävereduktionshastigheter mättes i reaktor 1 och den nya processkonfiguration verkade mycket lovande bestämdes att därefter köra deammonifikationsprocessen som enstegsprocess med partiell nitritation/anammox. För att ytterligare optimera systemet kördes under perioden 4 oktober 4 november försök med minskad uppehållstid till 16 timmar. Syftet var att undersöka kvävereduktionshastighet under drift med lägre uppehållstid. Efter 4 november kördes pilotanläggningen åter med 1 dygns uppehållstid. 5.2 Reaktor 2 Anammoxreaktionen drevs i reaktor 2 fram till 29 juni då försök istället genomfördes för att erhålla reaktionen i reaktor 1. Driftstrategierna visas i nedanstående figur I-5. Speciell vikt lades vid att inte nitrithalten skulle bli alltför hög. Därför utnyttjades utspädning med vattenledningsvatten eller med recirkulation av utgående vatten. Partiell nitritation rec. R2 ut., z1 utan O 2 utan rec., z1 med O 2 HRT 1 d HRT 16 timmar HRT 1 d 3 jan 5 7 apr 5 6 jun 5 29 jun 5 4 okt5 4 nov 5 22 dec 5 Figur I-4. Driftförändringar i reaktor 1. 16

utspädning med H 2 O och rec R2 ut. utspäd. med rec. R2 ut. utspäd. med H 2 O och rec. R2 ut. utspäd. med H 2 O utan utspädning 3 jan 5 22 feb 5 16 mar 5 22 mar 5 26 apr t5 29 jun 5 Figur I-5. Driftförändringar i reaktor 2. I reaktor 2 eftersträvades att driva det andra steget (Anammox) med en hög överföring av inkommande oorganiskt kväve till kvävgas utan värmetillförsel, ingen kemikaliedosering och ingen tillförsel av renvatten för utspädning. Inkommande kvävebelastning ökades stegvis genom att utspädningsgraden av utgående rejektvatten från reaktor 1 minskades. Samtidigt skedde också en successiv minskning av tillfört utspädningsvatten till anammoxreaktorn genom att recirkulera det utgående flödet. Syftet var också att undvika alltför höga nitritkvävekoncentrationer i reaktor 2. Under perioden 23 februari 16 mars kördes försök utan utspädningsvatten. Men eftersom kvävebelastningen visade sig för hög och nitritkväveackumulering skedde i reaktor 2 minskades recirkuleringsgraden av utgående flöde och ersattes med renvatten för utspädning (perioden 16 mars 22 mars). Den 22 mars stoppades recirkuleringen av utgående flöde och den 26 april stoppades tillförsel av utspädningsvatten. Mellan 26 april och 29 juni utnyttjades ingen utspädning. behandling av rejektvatten är därför ammonium av främsta betydelse men andra reaktioner givit som hög magnesium- och fosfat kan orsaka problem med olika utfällningsreaktioner. För svenska verk utan biologisk fosforreduktion är det rimligt att bedöma att rejektvattnets lösta ämnen främst är ammonium och vätekarbonat, medan andra lösta ämnen svarar mot t.ex. 1 % av uppmätt konduktivitet (mått på salthalt). Speciellt för kvävereduktion är halten av organiska syror av betydelse som möjlighet till heterotrof denitrifikation men också som faktor för slamproduktion vid rejektvattenbehandling. En viktig faktor för bedömning av fortsatt behandling av rejektvatten är halten av suspenderat material som vid behandling av rejektvatten påverkar andel aktiv substans av nitritations och anammoxbakterier vid den fortsatta behandlingen. Uppmätta och beräknade värden för rejektvattnet sammanfattas i tabell II-1 och II-2. Tabell II-1. Sammanställning av mätvärden i rejektvattnet till pilotanläggningen (januari juni 25). Rejektvatten Värde Del II: Försöksresultat tvåstegsprocess 1 Rejektvattnets sammansättning Rejektvattnets sammansättning av lösta ämnen är till största del beroende på nedbrytning av protein (äggviteämnen) som ger upphov till ammonium och vätekarbonat. Därtill tillkommer inkommande salthalt till rötkammaren, vissa reaktioner som ökning av fosfathalt och salter till organiska syror. Utifrån 17 NH 4 -N [g m -3 ] COD [g O 2 m -3 ] Organiska syror [g m -3 ] Medelvärde 459,3 Minimum 26, Maximum 615, St. avvikelse 19,3 Antal prov 25 Medelvärde 245 Minimum 195 Maximum 39 St. avvikelse 71 Antal prov 9 Medelvärde 35,4 Minimum 13,1 Maximum 139 St. avvikelse 39,6 Antal prov 9

Tabell II-1. Fortsättning. Tabell II-2. Fortsättning. Rejektvatten Värde Rejektvatten Värde Medelvärde 43, Medelvärde,8 Alkalinitet (HCO 3 - ) [mmol l -1 ] Minimum 24,6 Maximum 56,4 St. avvikelse 9,37 NH 4 -N/Alk. [mmol l -1 /mmol l -1 ] Minimum,4 Maximum 1, St. avvikelse,12 Antal prov 21 Antal prov 21 Medelvärde 1,74 Medelvärde 8,4 PO 4 -P [g m -3 ] Minimum,32 Maximum 4,71 St. avvikelse 1,38 NH 4 -N/Kond. [mmol l -1 /ms cm -1 ] Minimum 5,1 Maximum 14,59 St. avvikelse 2,3 Antal prov 8 Antal prov 25 Medelvärde 3,98 Medelvärde,7 Konduktivitet [ms cm -1 ] Minimum 1,4 Maximum 5,77 St. avvikelse,75 Org. syror/nh 4 -N [g m -3 /g m -3 ] Minimum,3 Maximum,27 St. avvikelse,8 Antal prov 119 Antal prov 9 Medelvärde 111 Medelvärde,54 SS [g m -3 ] Minimum 46 Maximum 183 St. avvikelse 52 COD/NH 4 -N [g m -3 /g m -3 ] Minimum,38 Maximum,99 St. avvikelse,21 Antal prov 7 Antal prov 9 Medelvärde 95 VSS [g m -3 ] Minimum 28 Maximum 168 St. avvikelse 48 Antal prov 7 Tabell II-2. Beräknade kvoter för rejektvattnets sammansättning (januari juni 25). Rejektvatten NH 4 -N [mmol l -1 ] Alk./Kond. [mmol l -1 /ms cm -1 ] Värde Medelvärde 32,8 Minimum 18,6 Maximum 43,9 St. avvikelse 7,81 Antal prov 25 Medelvärde 1,95 Minimum 7,1 Maximum 17,3 St. avvikelse 2,63 Antal prov 21 18 2 Reaktor 1 partiell nitritation 2.1 Tidsserier, medelvärden, spridningar och profiler Speciella studier med partiell nitritation i reaktor 1 startade den tredje januari 25 och pågick under ett halvår (till 6 juni). Två olika driftstrategier undersöktes. Fram till 7 april studerades främst nitritation och inkommande rejektvatten behandlades med en låg syrehalt. Därefter mellan 7 april och 6 juni studerades kompletterande behandling av recirkulerat vatten från reaktor 2 (med anammox) för att utvärdera om förbättringar kunde erhållas av den totala kvävereduktionen. Anammoxreaktionen producerar nitrat och en möjlighet att avlägsna nitrat kan vara att recirkulera nitratinnehållande vatten till inkommande

flöde för att med hjälp av organiska syror åstadkomma heterotrof denitrifikation. Även tillförsel av anammoxbakterier skulle kunna åstadkomma kvävereduktion. Syretillförseln avslutades därvid för att gynna heterotrof denitrifikation och även anammoxreaktionen. 2.1.1 Flöde och hydraulisk uppehållstid Under januari juni 25 i reaktor 1 var den hydrauliska uppehållstiden 2,4 dygn med ett medelinflöde på 35,2 l/h. 2.1.2 Kvävefraktioner Inkommande kvävehalter varierade mellan 3 6 g N m -3. Lägre halter på inkommande halter under perioden 7 april och 6 juni berodde dels på utspädning via recirkulering men också på en något lägre ammoniumhalt från avvattningen av rötslam. Utgående ammoniumhalt från steg 1 uppgick i genomsnitt till 182 g N m -3 och varierade mellan 1 och 3 g N m -3. Endast vid ett tillfälle var ammoniumhalten lika med 4 g N m -3 och därvid erhölls även en hög kvävereduktion. Utgående nitrithalt var i genomsnitt 25 g N m -3 och varierade i intervallet 4 37 g N m -3. Under den första perioden fram till 7 april när enbart partiell nitritation ägde rum erhölls mycket låga halter av producerat nitrat, som varierade mellan 2,5 och 3 g N m -3. Endast de tre sista värdena var Tabel II-3. Flöde och hydraulisk uppehållstid (HRT). Flöde [l h -1 ] HRT rejektvatten rec. Anammox ut. vatten totalt [dygn] medel 32,3 32,3 2,6 3 jan 7 apr st. avvikelse,51,51,4 min 31 31 2,4 max 34, 34, 2,7 medel 26,5 9,6 36,1 2,3 7 apr 6 jun st. avvikelse 5,46 2,19 4,36,26 min 19,6 5,3 3,5 1,8 max 4 11,9 46,1 2,7 medel 37,1 37,1 2,2 6 jun 29 jun st. avvikelse 2,71 2,71,17 min 31, 31, 2, max 42 42 2,7 8 R1- kvävevariationer 7 NH4-N in NH4-N ut NO2-N ut NO3-N ut rec. R2 ut., z1 utan O 2 utan rec., z1 med O 2 6 5 g N m -3 4 3 2 1 3-jan 28-jan 22-feb 19-mar 13-apr 8-maj 2-jun 27-jun Figur II-1. Kvävefraktioner i reaktor 1. 19

högre och uppgick till 3 7 g N m -3. När recirkulation skedde från andra reaktorn ökade nitrathalten betydligt och varierade mellan 33 och 123 g N m -3. Figur II-2 redovisar variationer för inkommande och utgående halter av oorganiskt kväve. Endast en låg kvävereduktion erhölls under den första perioden (3 jan 7 april). Genomsnittligt värde för kvävereduktionen uppgick till 1,8 %. När recirkulation påbörjades erhölls en betydligt högre kvävereduktion beroende på inympning av anammoxbakterier. Mellan den 7 april och 6 juni var genomsnittligt avlägsnad kväve 37 % och den varierade mellan 25 och 71 %. 2.1.3 Driftparametrar: syre, temperatur, ph, alkalinitet, konduktivitet Syre För perioden 3 jan 4 april uppgick syrehalten till,79 ±,39 g O 2 m -3. När recirkulation infördes stoppades luftningen i första zonen (Z1) och varierade mellan,1,2 g O 2 m -3. När luftning i zon 1 åter startades i zon 1 mellan 6 juni och 27 juni uppgick syrehalten i zon 1 till 1,72 ±,98 g O 2 m 3. Under hela perioden (3 jan 27 juni) varierade syrehalten mellan,25 och 2,8 g O 2 m -3 i zon 2 och i zon 3 mellan,14 3,1 g O 2 m -3. I enstaka fall var syrehalten högre och överskred vid två tillfällen 3 g O 2 m -3. Temperatur Utrustning för värmetillförsel installerades i den första zonen för att hålla en stabil temperatur i hela reaktorn. En något högre temperatur erhölls i den första zonen och även de största temperaturvariationerna. Vid ett några tillfällen erhölls temperaturer kring 37 o C. Fram till perioden fram till den 7 april 8 R1- oorganisk kväve 7 rec. R2 ut., z1 utan O 2 utan rec., z1 med O 2 6 5 g N m -3 4 3 NH4-N in N oorg. ut 2 1 3-jan 28-jan 22-feb 19-mar 13-apr 8-maj 2-jun 27-jun Figur II-2. Tidserieanalys av inkommande och utgående halt av oorganiskt kväve. 8 R1 - syre 7 6 z1 z2 rec. R2 ut., z1 utan O 2 utan rec., z1 med O 2 g O 2 m -3 5 4 3 z3 2 1 3-jan 28-jan 22-feb 19-mar 13-apr 8-maj 2-jun 27-jun Figur II-3. Syrekoncentrationer i reaktor 1. 2