CZ291489B6

CZ291489B6 - Method for increasing nitrification capacity of sewage bio-aeration activation process

Info

Publication number: CZ291489B6
Application number: CZ20001953A
Authority: CZ
Inventors: Libor Ing. Novák; Jiří Prof. Ing. Csc. Wanner; Miroslav Ing. Csc. Kos
Original assignee: Libor Ing. Novák; Jiří Prof. Ing. Csc. Wanner; Miroslav Ing. Csc. Kos
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2003-03-12
Also published as: CZ20001953A3

Abstract

The invention concerns a method of increasing the nitrification capacity of the activating process of biological sewerage cleaning. Activated sludge is fed into the aeration cultivator from the activation process for bioaugmentation of the activated sludge by enrichment with nitrification bacteria. The enriched biological culture is returned to the activation process.

Description

Způsob zvýšení nitrifikační kapacity aktivačního procesu biologického čištění odpadních vodMethod for increasing the nitrification capacity of the biological wastewater treatment activation process

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu zvýšení nitrifikační kapacity aktivačního procesu biologického čištění odpadních vod v aktivační nádrži aktivačního procesu kontinuálního nebo diskontinuálního typu.The present invention relates to a method for increasing the nitrification capacity of a biological wastewater treatment activation process in an activation tank of a continuous or discontinuous type activation process.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Při biologickém čištění odpadních vod aktivačním procesem dochází k eliminaci dusíkatých látek z odpadních vod, přičemž se využívá činnosti směsné kultury aktivovaného kalu v aktivační nádrži aktivačního procesu kontinuálního nebo diskontinuálního typu.Biological treatment of wastewater by the activation process eliminates nitrogenous substances from the wastewater, utilizing the activity of a mixed culture of activated sludge in the activation tank of the activation process of the continuous or discontinuous type.

K eliminaci organického znečištění, dusíkatých látek a fosforu z odpadních vod dochází prostřednictvím skupiny baktérií, které jsou v aktivačním procesu kultivovány ve formě směsné kultury, biocenózy, aktivovaného kalu. Tuto směsnou kulturu baktérií lze rozdělit do tří základních funkčních skupin dle typu znečištění, na jehož eliminaci z odpadní vody se podílejí: 1, heterotrofní bakterie odpovědné za odstraňování organického znečištění z odpadních vod a podílející se zároveň na procesech biologické denitrifikace a zvýšeném biologickém odstraňování fosforu, 2, autotrofní bakterie odpovědné za procesy biologické nitrifikace, 3, fosfáty akumuluj ící bakterie odpovědné za procesy zvýšeného biologického odstraňování fosforu. Předmět vynálezu se týká obohacení biocenózy aktivovaného kalu o skupinu autotrofních bakterií 2, odpovědných za proces biologické nitrifikace.The elimination of organic contamination, nitrogenous substances and phosphorus from waste water occurs through a group of bacteria that are cultivated in the activation process in the form of a mixed culture, biocoenosis, activated sludge. This mixed bacterial culture can be divided into three basic functional groups according to the type of contamination, the elimination of which from wastewater is involved: 1, heterotrophic bacteria responsible for the removal of organic contamination from wastewater and also involved in biological denitrification and enhanced phosphorus removal processes, 2, autotrophic bacteria responsible for biological nitrification processes, 3, phosphate accumulating bacteria responsible for enhanced biological phosphorus removal processes. The present invention relates to the enrichment of activated sludge biocenosis with a group of autotrophic bacteria 2 responsible for the biological nitrification process.

Aktivační proces využívající k odstraňování dusíkatých látek z odpadních vod procesu biologické nitrifikace a denitrifikace je znám několik desítek let. Vzhledem k nízkým růstovým rychlostem nitrifikačních baktérií oproti baktériím odstraňujícím z odpadní vody organické znečištění, heterotrofním baktériím, je dimenzování aktivačního procesu s biologickou nitrifikací limitováno právě dosažením potřebného oxického stáří kalu pro zajištění požadovaného stupně nitrifikace. Nedodržení požadovaného oxického stáří kalu, které se promítá do požadovaných objemů aktivačních reaktorů čistírny odpadních vod, způsobí, že nitrifikační baktérie jsou z aktivovaného kalu vyřeďovány, a nelze tudíž dosáhnout jejich požadovaného zastoupení v biocenóze aktivovaného kalu do takové míry, aby byl proces biologické nitrifikace v aktivačním systému funkční.The activation process using biological nitrification and denitrification to remove nitrogenous substances from wastewater has been known for several decades. Due to the low growth rates of nitrifying bacteria versus bacteria removing waste water from organic waste, heterotrophic bacteria, the sizing of the activation process with biological nitrification is limited precisely by reaching the required oxic age of the sludge to ensure the desired degree of nitrification. Failure to maintain the required oxal age of the sludge, which is reflected in the required volumes of the sewage sludge activation reactors, causes the nitrification bacteria to be treated from the activated sludge and thus cannot achieve their desired representation in activated sludge biocenosis to the extent that the biological nitrification process functional activation system.

Pokud lze nitrifikační baktérie do systému externě přivádět a systém jimi řízeně inokulovat nebo jejich zastoupení v aktivovaném kalu jinak zvyšovat, podmínky zajištění potřebného stáří kalu, objemu reaktorů a řady dalších technologických ukazatelů, se zcela mění. Tímto způsobem lze systém významně zkapacitnit. Metoda byla teoreticky rozpracována v literatuře (Rittman: How input active biomass affects sludge age and process stability. Joumal of Env. Eng., January 1996, pp.4-8, 1996) nicméně její praktické provedení pro případ bioaugmentace aktivovaného kalu v procesu biologické nitrifikace naráží na řadu praktických technologických problémů.If nitrifying bacteria can be externally fed into the system and inoculated in a controlled manner or otherwise increased in the activated sludge, the conditions for ensuring the required sludge age, reactor volume and a number of other technological parameters change completely. In this way, the system can be significantly expanded. The method was theoretically elaborated in literature (Rittman: How to input active biomass affects sludge age and process stability. Joumal of Env. Eng., January 1996, pp.4-8, 1996) but its practical implementation in case of bioaugmentation of activated sludge in biological process nitrification encounters a number of practical technological problems.

Ačkoliv jsou metody bioaugmentace aktivovaného kalu známy v různých formách již řadu let, většinou se jedná o inokulaci systému určitým typem baktérií odpovědných za eliminaci specifického typu znečištění z odpadních vod. Například Babcock et al. (Development of an off-line enricherreactor process for activated sludge degradation of hazardous wastes. Water Environ. Res., vol.64, no.6, pp. 782-791, 1992) takto vyvíjeli metodu pro eliminaci 1-naftylaminu z odpadních vod. Jacobsen a Arvin (Biodegradation kinetics and fate modelling of pentachlorphenol in bioaugmented activated sludge reactors. Wat. Res. 30/5, pp. 1184-1194, 1996) metodu pro eliminaci pentachlorfenolu. Bokhamy et al. (Survival and activity of Comamonas testosteroniAlthough the methods of activated sludge bioaugmentation have been known in various forms for many years, it is mostly about inoculating the system with a certain type of bacteria responsible for eliminating a specific type of wastewater pollution. For example, Babcock et al. (Water Environ. Res., Vol.64, no.6, pp. 782-791, 1992) thus developed a method for the elimination of 1-naphthylamine from wastewater . Jacobsen and Arvin (Biodegradation kinetics and fate modeling of pentachlorophenol in bioaugmented activated sludge reactors. Wat. Res. 30/5, pp. 1184-1194, 1996) method for the elimination of pentachlorophenol. Bokhamy et al. (Survival and activity of Comamonas testosterones

- 1 CZ 291489 B6 in mixed population. Wat. Res. 31/11, pp. 2802-2810, 1997) metodu pro rozklad p-toluensulfonátu.- 1 CZ 291489 B6 in mixed population. Wat. Res. 31/11, s. 2802-2810, 1997) method for decomposing p-toluenesulfonate.

V případě bioaugmentace aktivovaného kalu za účelem podpory nitrifikace v aktivačním procesu 5 existuje metoda Kose (Short SRT nitrifícation process/flowsheet. Wat. Sci. Těch. Vol.38, No.l, pp. 23-29), při které jsou nitrifikační baktérie kultivovány v separátním bioreaktoru, kdy jako substrát je využívána kalová voda popřípadě jiný průmyslový zdroj amoniakálního dusíku. Takto vykultivované nitrifikační baktérie jsou následně použity ke kontinuální inokulaci aktivačního systému za účelem zvýšení jeho nitrifikační kapacity. Nevýhodou tohoto procesu je, že ío nitrifikační baktérie jsou kultivovány v zcela odlišném kultivačním prostředí (např. při vysoké teplotě) a vyvinutá biocenóza sloužící pro následnou inokulaci má zcela odlišný charakter od biocenózy aktivačního procesu, což může vést k určité ztrátě efektu bioaugmentace aktivovaného kalu procesu, k jehož inokulaci dochází. Další nevýhodou je, že ke kultivaci inokula je nutno použít speciální bioreaktor, který představuje značný investiční a provozní náklad na předmětné 15 čistírně odpadních vod. Provozní nevýhodou je zejména značná potřeba dávkování alkalizačních chemikálií na vyrovnání pH.In the case of activated sludge bioaugmentation to promote nitrification in the activation process 5, there is a Kose (Short SRT nitrification process / flowsheet. Wat. Sci. Tech. Vol. 38, No. 1, pp. 23-29) method in which nitrifying bacteria are cultivated in a separate bioreactor, where sludge water or another industrial source of ammonia nitrogen is used as a substrate. The cultured nitrifying bacteria are then used to continuously inoculate the activation system to increase its nitrification capacity. The disadvantage of this process is that the nitrifying bacteria are cultivated in a completely different culture medium (eg at high temperature) and the biocenosis developed for subsequent inoculation is quite different from the biocenosis of the activation process, which can lead to some loss of activated sludge bioaugmentation process which is inoculated. Another disadvantage is that a special bioreactor is required to cultivate the inoculum, which represents a significant investment and operating cost for the wastewater treatment plant. In particular, the operational disadvantage is the considerable need for dosing of alkalizing chemicals to equalize the pH.

Společným znakem všech dosud známých způsobů bioaugmentace aktivovaného kalu je právě kultivace příslušných mikroorganismů vně aktivačního systému ve speciálním bioreaktoru, ze 20 kterého jsou následně vykultivované baktérie použity pro inokulaci systému aktivačního. Použití speciálního externího bioreaktoru a změna kultivačních podmínek po smíchání inokula s biocenózou aktivovaného kalu jsou dvě základní nevýhody použitých metod.A common feature of all known methods of activated sludge bioaugmentation is the cultivation of the respective microorganisms outside the activation system in a special bioreactor, of which 20 the cultured bacteria are then used to inoculate the activation system. Using a special external bioreactor and changing the culture conditions after mixing the inoculum with the activated sludge biocenosis are two main disadvantages of the methods used.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob zvýšení nitrifikační kapacity aktivačního procesu biologického čištění odpadních vod podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zvýšení nitrifikační kapacity aktivačního procesu se dosáhne metodou obohacení biocenózy aktivované30 ho kalu o nitrifikační baktérie. V provzdušňovaném kultivátoru, do něhož je přiváděn jednak aktivovaný kal z aktivačního procesu a jednak zdroj, obsahující dusíkaté formy znečištění, dochází v průběhu kultivačního procesu k bioaugmentaci aktivovaného kalu, obohacením o nitrifikační bakterie. Obohacená biologická kultura je vrácena zpět do aktivačního procesu.The aforementioned drawbacks are eliminated by the method of increasing the nitrification capacity of the biological wastewater treatment activation process according to the invention, which is based on the fact that the increase in nitrification capacity of the activation process is achieved by a method of enriching activated sludge biocoenosis with nitrifying bacteria. In the aerated cultivator, to which both activated sludge from the activation process and a source containing nitrogenous forms of contamination are fed, during the cultivation process, activated sludge is bioaugmented, enriched with nitrifying bacteria. The enriched biological culture is returned to the activation process.

V podstatě dochází ktomu, že se nitrifikační baktérie kultivují přímo v biocenóze aktivovaného kalu aktivačního procesu, jak je uvedeno v druhém nároku a nebo v biocenóze aktivovaného kalu odebírané z procesu, do kterého je nitrifikačními baktériemi obohacená biologická kultura opět vracena, podle prvního nároku.Essentially, the nitrifying bacteria are cultured directly in the biocenosis of the activated sludge of the activation process as set forth in the second claim, or in the biocenosis of the activated sludge taken from the process to which the nitrification bacteria-enriched biological culture is returned according to the first claim.

Ke kultivaci nitrifikačních baktérií přímo v biocenóze aktivovaného kalu aktivačního procesu dochází tehdy, pokud je tato metoda aplikována na aktivační proces typu R-D-N (Wanner et al.: An inovative technology for upgrading nutríent removal activated sludge plants. Wat. Sci. Těch. 22, 7/8, pp.9-20, 1990) či jeho modifikace (Novák et al.. Population dynamics of R-D-N and D-R-D-N nutríent removal processes), které mají v proudu vratného kalu umístěn biologický 45 reaktor, všeobecně nazývaný regenerace či reaerace, a který je tudíž možno přímo použít jako kultivátor. Pokud je do tohoto reaktoru, kultivátoru, či jeho jakéhokoliv přítoku separátně zaveden zdroj, obsahující dusíkaté formy znečištění stanovitelné jako Kjeldahlův dusík, dochází při dodržení potřebných kultivačních podmínek k obohacení biocenózy aktivovaného kalu o nitrifikační baktérie, a tím ke zvýšení nitrifikační kapacity celého aktivačního procesu Toto 50 obohacení biocenózy aktivovaného kalu o nitrifikační baktérie se děje vždy v případě, pokud nitrifikační kapacita kultivátoru není vyčerpána ajsou zajištěny potřebné kultivační podmínky. Vzhledem ke skutečnosti, že kultivátor pracuje se zvýšenou koncentrací aktivovaného kalu, která je většinou obdobná koncentraci vratného kalu, jsou objemové rychlosti nitrifikačních procesů vyšší než v reaktorech hlavního proudu aktivačního procesu.The cultivation of nitrifying bacteria directly in the biocenosis of the activated sludge of the activation process occurs when this method is applied to the RDN-type activation process (Wanner et al .: An innovative technology for upgrading nutrient removal of activated sludge plants. Wat. Sci. 22, 7). (8, pp.9-20, 1990) or its modifications (Novak et al., Population Dynamics of RDN and DRDN nutrient removal processes), which have a biological reactor, generally called regeneration or reaeration, in the return sludge stream, and which it can therefore be used directly as a cultivator. When a source containing nitrogenous forms of Kjeldahl nitrogen contamination is separately introduced into the reactor, the cultivator or any of its inflows, the biocenosis of the activated sludge is enriched by nitrifying bacteria, thus increasing the nitrifying capacity of the entire activation process. The enrichment of activated sludge biocoenosis with nitrifying bacteria always takes place when the nitrifying capacity of the cultivator is not exhausted and the necessary cultivation conditions are ensured. Due to the fact that the cultivator operates with an increased concentration of activated sludge, which is mostly similar to the return sludge concentration, the volumetric rates of the nitrification processes are higher than in the mainstream reactors of the activation process.

-2CZ 291489 B6-2GB 291489 B6

Ke kultivaci nitrifikačních baktérií v biocenóze aktivovaného kalu odebíraného z procesu, do kterého je nitrifikačními bakteriemi obohacená biologická kultura opět vracena, dochází tehdy, pokud je jako kultivátor použit separátní bioreaktor, do kterého je zaveden zdroj aktivovaného kalu z procesu, ve kterém má dojít ke zvýšení nitrifikační kapacity a zároveň je do tohoto kultivátoru zaveden zdroj, obsahující dusíkaté formy. U tohoto způsobu není odstraněna nevýhoda instalace separátního reaktoru, ale podstata řešení je zachována v tom, že dochází přímo k obohacení biocenózy aktivovaného kalu, která je identická s biocenózou aktivovaného kalu aktivačního procesu, ve kterém má dojít ke zvýšení nitrifikační kapacity. Tento způsob může být s výhodou použit i u diskontinuálních způsobů čištění odpadních vod, tzv. SBR systémů, které nemají dosazovací nádrže a čerpání vratného kalu. V tomto případě lze s výhodou použít načerpávání zahuštěného aktivovaného kalu do kultivátoru po fázi sedimentace ze dna nádrže.Cultivation of nitrifying bacteria in activated sludge biocoenosis taken from a process to which the nitrified bacteria are returned to the culture when a separate bioreactor is used as a cultivator and an activated sludge source is introduced from the process to increase nitrification capacity and at the same time a nitrogen containing source is introduced into the cultivator. In this method, the disadvantage of installing a separate reactor is not eliminated, but the essence of the solution is preserved in that it directly enriches the activated sludge biocenosis, which is identical to the activated sludge biocenosis of the activation process in which the nitrification capacity is to be increased. This method can also be advantageously used in discontinuous waste water treatment systems, so-called SBR systems, which do not have secondary settling tanks and return sludge pumping. In this case, it is advantageous to use the pumping of the concentrated activated sludge into the cultivator after the sedimentation phase from the bottom of the tank.

Aktivovaný kal lze do kultivátoru odebírat z kteréhokoliv místa aktivačního procesu a je možné jej použít v zahuštěné či nezahuštěné formě. Kultivátor může být tvořen jedním nebo více reaktory. Jako zdroj, obsahující dusíkaté formy lze s výhodou použít kalové vody z odvodnění kalů aktivačního procesu, případně i jiný zdroj.The activated sludge can be withdrawn into the cultivator from any point in the activation process and can be used in a concentrated or unconcentrated form. The cultivator may consist of one or more reactors. As a nitrogen-containing source, it is advantageous to use sludge dewatering from the sludge dewatering of the activation process, or another source.

Popsaná metoda je aplikovatelná i na urychlení zapracovávání nitrifikace na biologických čistírnách odpadních vod, které nenitrifikují a jsou k nitrifikaci vedeny.The described method is also applicable to accelerate the incorporation of nitrification in biological waste water treatment plants that do not titrate and are led to nitrification.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Na přiložených výkresech jsou znázorněna možná provedení aktivačního systému, kde na obr. 1 je znázorněno uspořádání kontinuálního aktivačního procesu s kultivátorem umístěným v proudu vratného kalu a na obr. 2 je znázorněno obecné uspořádání aktivačního procesu s kultivátorem umístěným vně aktivačního procesu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the accompanying drawings, possible embodiments of the activation system are shown, wherein FIG. 1 shows a continuous activation process arrangement with a cultivator positioned in the return sludge stream, and FIG. 2 shows a general arrangement of the activation process with a cultivator located outside the activation process.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Na obr. 1 jsou odpadní vody 9 zavedeny do aktivačního reaktoru 1, odkud jsou vedeny proudem 13 do finální dosazovací nádrže 3, kde je aktivovaný kal oddělen od vyčištěné vody, která odtéká proudem 14 do recipientu, přičemž odseparovaný aktivovaný kal je veden jako vratný kal 11 do kultivátoru 2, označovaném též u procesu typu R-D-N jako regenerační či reaerační reaktor. Odtud je veden proudem 12 zpět do nátoku aktivačního reaktoru 1. Do kultivátoru 2, který musí být provzdušňován, je zaveden zdroj 4, obsahující dusíkaté formy, pro který je výhodné použít kalovou vodu a tímto způsobem jí zároveň čistit.In Fig. 1, the wastewater 9 is fed to the activation reactor 1, from where it is fed by a stream 13 to the final settling tank 3, where the activated sludge is separated from the purified water which flows through the stream 14 to the recipient. 11 to a cultivator 2, also referred to as a regeneration or reaeration reactor in the RDN process. From there it is fed back to the inlet of the activation reactor 1 via a stream 12. A source 4 containing nitrogenous forms is introduced into the cultivator 2, which must be aerated, for which it is advantageous to use the sludge water and to purify it simultaneously.

Na obr. 2 jsou odpadní vody 9 zavedeny do libovolného aktivačního procesu 10 a po vyčištění odtékají odtokem 8. Aktivačním procesem 10 se rozumí libovolná konfigurace reaktorů s aktivovaným kalem, včetně dosazovacích nádrží. Do provzdušňovaného kultivátoru 2 je veden aktivovaný kal 5 z aktivačního procesu 10 a po průchodu kultivátorem 2 a jeho obohacením o nitrifikační bakterie je vracen zpět z kultivátoru do aktivačního procesu 10 proudem 6, přičemž do kultivátoru 2 je zaveden zdroj 4 obsahující dusíkaté formy.In Fig. 2, the wastewater 9 is introduced into any activation process 10 and, after cleaning, flows through the outlet 8. The activation process 10 is understood to mean any configuration of activated sludge reactors, including settling tanks. Activated sludge 5 from the activation process 10 is fed to the aerated cultivator 2 and, after passing through the cultivator 2 and enriching it with nitrifying bacteria, is returned from the cultivator to the activation process 10 with a stream 6, and a nitrogen-containing source 4 is introduced.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Method for increasing the nitrification capacity of the biological wastewater treatment activation process, characterized in that in an aerated cultivator to which both activated sludge from the activation process is supplied and a source containing nitrogenous forms of Kjeldahl nitrogen pollution occurs during the cultivation a process for bioaugmenting the activated sludge, enriching for nitrifying bacteria, wherein the enriched biological culture is returned 10 to the activation process.

Method for increasing the nitrification capacity of the activation process according to claim 1, characterized in that the cultivator is placed in a return sludge stream which is fed into it from the post-activation tank of the activation process after the activated sludge has been separated from the purified water and

From there, it is returned to the activation reactor after cultivation.

Method for increasing the nitrification capacity of the activation process according to claims 1 and 2, characterized in that sludge water from the sludge dewatering of the activation process is preferably used as the source containing nitrogenous forms of contamination.