Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2274
Main Title: Betriebsstrategien für den Anammox-Prozess in Sequencing Batch Reaktoren
Translated Title: operating strategies for the application of the anammox-process in sequencing batch reactors
Author(s): Wesoly, Ilona
Advisor(s): Barjenbruch, Matthias
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Neue autotrophe Verfahren stellen ökologisch wie auch ökonomisch betrachtet eine gute Alternative zur Reinigung bestimmter Teilströme im Vergleich zu den konventionellen Reinigungsverfahren dar. Zu diesen Verfahren gehört der Sharon-Anammox-Prozess, welcher Einsparungen der Betriebskosten um 90 % erlaubt. Der Prozess ist zudem unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung von besonderem Interesse. Die zweite Stufe, der Anammox-Prozess, stellt hierbei die komplexere Stufe dar. Anammox-Organismen weisen sehr lange Anreicherungszeiten von ca. drei Monaten auf und besitzen Verdopplungszeiten von elf Tagen. Eine gute Versorgung mit Substraten ist deshalb Grundlage für eine effiziente Anreicherung. Ein dabei ganz entscheidender Punkt ist die richtige Dosierung des Nitrits, welches nicht nur Substrat für die Anammox-Organismen, sondern auch Hemmstoff ist. Ziel dieser Arbeit war es Betriebsstrategien für die Anwendung des Anammox-Prozesses im Sequencing Batch Reaktor-Betrieb zu erarbeiten, die eine kontrollierte Anreicherung garantieren und das Wachstum der Anammox-Organismen beschleunigen. Totzeiten und überfrachtete Zyklen in festen Zykluszeiten sind suboptimal und führen einerseits zur Unterversorgung der Organismen oder andererseits zur Hemmung durch zu hohe Nitritkonzentrationen, die sich über mehrere aufeinander folgende Zyklen akkumulieren. Zu diesem Zweck wurden zwei Regelungen für den Laborbetrieb über Online-Werte, anwendbar für den Betrieb mit stoßweiser und mit semi-kontinuierlicher Beschickung, entworfen, die dynamisch auf den Umsatz der Organismen und die jeweilige Substratvorlage eingehen können. Charakteristische Verläufe der Messdaten der Online-Sonden von der elektrischen Leitfähigkeit, des pH-Wertes und der Redoxspannung wurden hierzu ausgewertet und ausführlich dargestellt. Anhand der zusammenfassenden Darstellung ist eine Beurteilung des Zustands im Reaktor, bezogen auf die Substratvorlage, ohne das Wissen über die im Reaktor vorliegenden Messwerte von Ammonium und Nitrit möglich. Dies ermöglicht ein individuelles Anpassen der Substratvorlage für den kommenden Zyklus an die Mikroorganismen. Unter stoßweiser und semi-kontinuierlicher Beschickung wurden Anammox-Organismen in einem Zeitraum von 75 Tagen de novo angereichert. Beim Vergleich der angereicherten Biomassen im Batch-Test stellte sich die mit stoßweiser Beschickung angereicherte Biomasse als die robustere gegenüber Nitrit heraus. Die aufgestellte Theorie der Selektion durch die Art der Nitritvorlage, umgesetzt durch zwei unterschiedliche Beschickungsstrategien, konnte in dieser Arbeit nicht als Selektionsfaktor zwischen den Gattungen Candidatus Brocadia anammoxidans und Candidatus Kuenenia stuttgartiensis bewiesen werden. In beiden Fällen reicherte sich Candidatus Brocadia anammoxidans an. Biomasse aus einem großtechnischen Reaktor aus den Niederlanden wurde ebenfalls in zwei Reaktoren mit unterschiedlicher Beschickungsstrategie über einen Zeitraum von sieben Monaten betrieben. Die Granula wiesen nach dem Versuchszeitraum deutliche Unterschiede in der Größe und Struktur auf. Die Granula aus der stoßweisen Beschickung bildeten auf Grund der höheren Konzentrationsbeschickung eine dickere Diffusionsschicht aus. Der Einfluss möglicher Störfälle wie Sauerstoffeintrag und Nitrithemmung wurde erörtert. Dabei stellte sich heraus, dass der Sauerstoffeintrag in dem genutzten System für einen Betrieb mit hochangereicherter Anammox-Biomasse vernachlässigbar war, für eine Anreicherung de novo jedoch unterbunden werden sollte. Nitritkonzentrationen von gemessenen 150 mg NO2-N/l über einen Zeitraum von 24 Stunden mit aktiver Biomasse führten zu keiner Hemmung der Organismen. Einbrüche der Aktivität der Organismen konnten jedoch auf Grund von Polymeren detektiert werden. Durch Vorbehandlung des Schlammwassers mit Bentonit konnte dieses Problem gelöst werden.
In modern waste water treatment, new autotrophic procedures constitute an ecologically as well as economically good alternative to the conventional cleaning methods in the cleaning of certain currents. The Sharon-Anammox process is one of them which allows a reduction of the operating costs by around 90 %. This process is of special interest in terms of sustainability and the preservation of resources. The second step of the process, the Anammox process, represents the more complex stage. Anammox organisms have very long enrichment times of approximately three months and doubling times of eleven days. Because of that, a good supply of substrates is the basis for an efficient enrichment. One of the crucial points is the correct dosage of the nitrite, which is not only substrate but also an inhibiting factor for the Anammox organisms. The aim of this work was to work out operating strategies for the application of the Anammox process in the sequencing batch reactors which guarantee a controlled enrichment and accelerate growth of the Anammox organisms. Dead times and over-loaded cycles in firm cycle times are suboptimal and lead to the undersupply of the organisms on the one hand and to the inhibition by too high nitrite concentrations, which accumulate over several sequential cycles in the reactors on the other hand. For this purpose, two adjustment controls were developed on the basis of online values for a pilot plant, which are applicable for both feeding-at-once and semi-continuous filling operation modes. The adjustment controls can react dynamically to the conversion rate of the organisms and the actual substrate concentration in the reactor. Characteristic behavior of online values of the electrical conductivity, the pH-value and the oxidation reduction potential (ORP) are evaluated and presented in detail. Based on this combined information it is possible to evaluate the situation in the reactor with respect to the substrate supply without knowing the actual concentration values of ammonium and nitrite in the reactor. This makes an individual adaptation of the substrate concentration to the activity of the microorganisms possible for the next cycle. Anammox organisms were enriched de novo over a period of 75 days by feeding-at-once and semi-continuous filling. By comparing the enriched biomasses in a batch test, the biomass enriched by feeding-at-once turned out to be the more robust with respect to the factor nitrite. The postulated theory of dosage pattern and concentration of nitrite as a selecting factor between the species Candidatus Brocadia anammoxidans and Candidatus Kuenenia stuttgartiensis, modeled by two different filling strategies in this work, could not be proven. In both cases, Candidatus Brocadia anammoxidans was enriched. Biomass from an industrial reactor from the Netherlands was used in two reactors with different filling strategies over a period of seven months. After the operating period, obvious differences in the size and structure of the granules could be measured. The granules from the feeding-at-once strategy developed a thicker diffusion layer due to the higher concentration of nitrite in this kind of filling. The influence of possible incidents such as oxygen entry and nitrite inhibition is dis-cussed. It turned out that oxygen entry in the used system was negligible for an opera-tion with highly enriched Anammox biomass. For a de novo enrichment however, it has to be prevented. Nitrite concentrations of 150 mg NO2-N/l during a period of 24 hours with active Anammox biomass led to no inhibition of the organisms. In the case of de novo enrichment, nitrite accumulation has to be prevented during the enrichment phase. Besides, break-downs in the activity of the organisms due to polymers could be detected. By pretreatment of the sludge water with bentonite this problem could be solved.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-23926
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2571
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2274
Exam Date: 21-Aug-2009
Issue Date: 22-Oct-2009
Date Available: 22-Oct-2009
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Anammox
Betriebsstrategie
Online-Werte
Anammox
Online-values
Operation strategy
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 6 Planen Bauen Umwelt » Institut für Bauingenieurwesen » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_35.pdf10.51 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.