Towards rational design of redox-stratified biofilms:A novel aproach for developing robust biotechnologies for nutrient removal from wastewaters

摘要

Biologisk kvælstoffjernelse er en central proces indenfor avanceret spildevandsrensning. Denne afhandling beskriver anvendelsen af beluftede membran biofilm reaktorer (eng: MABRs) til fuld autotrof kvælstoffjernelse. Denne ret nye kvælstofomsætningsvej baseres på delvis omdannelse af ammonium til nitrit (nitritation) ved aerob ammonium oxidation koblet med anaerob ammonium oxidation (Anammox) der omdanner ammonium sammen med nitrit til frit kvælstof. Omfattende simuleringsstudier afslørede at nitritations effektiviteten afhænger stærkt af de valgte kinetikparametre for ammonium oxiderende bakterier (AOB) og nitrit oxiderende bakterier (NOB) som er de to væsentligste grupper af mikroorganismer i processen. Men høje nitritations effektiviteter kunne helt klart ikke udelukkende forklares gennem iltkoncentrationen ved membranen eller ved iltfluxen gennem membranen. Eksperimentelle undersøgelser i laboratorieskala MABRs bekræftede disse resultater. Succes med nitritation i disse reaktorer afhænger stærkt af den mikrobielle sammensætning men ikke af membran iltkoncentrationen. En sammenligning med konventionelle biofilmanlæg med co-diffusion viser at sidstnævnte har en klart bedre funktion. Som illustreret ved modelundersøgelserne, kan biofilm afrivning påvirke rektorfunktionen alvorligt. Den udførte forsøg for at vurdere om kemisk modificering af biofilmoverfladen kan øge dens modstandsdygtighed overfor afrivning og give forbedret biofilm tykkelseskontrol. Alt i alt kan MABR, hvor ilt og ammonium diffunderer fra membransiden henholdsvis fra væskesiden bruges til kvælstoffjernelse med høj hastighed. Der kræves dog avanceret proceskontrol for at kontrollere og optimere reaktorfunktionen. Sammensætningen af biomassen, specielt hvad angår AOB og NOB, skal følges omhyggeligt, fordi det synes at have afgørende betydning for rensningseffektiviteten.