Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

©Sara Hallin Microbiology in activated sludge processes Sara Hallin SLU.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "©Sara Hallin Microbiology in activated sludge processes Sara Hallin SLU."— Presentationens avskrift:

1 ©Sara Hallin Microbiology in activated sludge processes Sara Hallin SLU

2 Wastewater treatment Biological treatment was introduced in the 1950’s. The activated sludge processes dominates and is the largest biotechnology industry in the world. 500 l sewage per person and day in Sweden! (1,6 x 10 9 m 3 /yr) Historically…. v Sanitation problems v Environmental problems v Recycling 2000-

3 Microorganisms in activated sludge processes Microorganisms are the activated sludge process! Bacteria, fungi, viruses, protozoa, algea and metazoa… Microorganisms enter the treatment plant from the sewage system.

4 Activated sludge processes Aeration basin and settling tank. The concept: Microorganisms (biomass) grow in the aeration tank and degrade organic matter while consuming oxygen. Floc formation is essential for settling. The retention time for microorganisms exceed that for the sewage. Nitrogen removal: Biological Phosphorus removal: Chemically or biologically.

5 Life on earth

6 LitotrophsOrganotrophs Heterotrophs Autotrophs All organisms Chemical energyLight energy ChemotrophsPhototrophs Autotrophs Mixotrophs

7 Metabolism

8 Aerobic respiration

9

10

11 Aerob Respiration (organotrof) H20H20 Fermentation (organotrof) ATP 8 NADH 2 GTP 6 CO 2 Glukos 2 ATP 2 NADH Glukolys 2 Pyruvat Citronsyra cykeln V V V 2 FADH O2O2 NADH FADH ATP Fermentationsreaktioner Pyruvat AcCoA Laktat Acetate Etanol Acetaldehyd NADH NAD + NADH NAD + ATP Redox + Glukos 2 ATP 2 NADH Glukolys 2 Pyruvat -

12 Biochemical events in activated sludge CO 2 +H 2 O+SO 4 2- PO NO 3 - Organics (C, H, O, N, P, S) + Oxygen + Biomass Mineralised products Energy (ATP) Reducing Power Precursors Catabolism Anabolism Biomass Waste

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

14 NH 4 + NO 2 - NO 3 - N 2 O NO NO 2 - Organically bound nitrogen org-NH 2 N2N2 Nitrogen fixation Nitrification Assimilation Mineralization/ Ammonification ATMOSPHERE SOIL/WATER Denitrification Dissimilatory nitrate reduction to ammonium Microbiological reactions in the N cycle

15 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 Process problems with inhibition: Microbial sensors for detecting nitrification inhibitors

16 Nitrification Nitrosomonas Nitrification involves several reactions and two different bacteria: 1. Dissociation of ammonium 2. Oxidation of ammonia Ammonia monooxygenase (AMO): Integral membrane protein Can oxidize methane Cometabolize halogenated compounds Inhibited by acetylene 3. Oxidation of hydroxylamine Hydroxylamine oxidoreductase (HAO): Soluble, periplasmic protein 4. Oxidation of nitrite

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

18 Periplams OH - Nitrite oxidation: NO ½ O 2 NO 3 -

19 Carbon metabolism Cell constituents Growth

20 Energetic constraints ATP and NADPH (reducing power) requirements in Calvin cycle 2. NAD(P)H formed by reverse e - flow: Energetic constraints are severe, particularly for NO 2 - oxidizers. Many NO 2 - also grow chemoorganotrophically on glucose or other substrates. Cyt c 2e - Cyt c O2O2 NAD(P) + e-e- e-e-

21 Nitrosomonas europeae The nitrifying bacteria Key genera: Nitrosomonas, Nitrobacter Phylogenetically  or  Proteobacteria (except Nitrospira) NH 3 oxidizers Nitrosomonas Nitrosococcus Nitrosospira (Nitrosolobus Nitrosovibrio) NO 2 - oxidizers Nitrobacter Nitrospina Nitrococcus Nitrospira

22 Denitrifikation är en andningsprocess som där nitrat omvandlas till kvävgas i flera komplicerade steg inom en och samma bakteriecell: nitrat  nitri t  kväveoxid  lustgas  kvävgas (NO 3 -  NO 2 -  NO  N 2 O  N 2 ) Styrning och reglering av avloppsreningsverk

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

24 Denitrification 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 ): Cytoplasma Periplasma NO 3 - NO 2 - NO 3 - H+H+ NADH 2 NAD + Proton motive force 2e- NO 2 - NO NO N 2 O N 2 O N 2 e- nar nor nirnos

25 Archaea: Extreme halophiles, Halobacterium Proteobacteria (α, β, γ): Phototrophic bacteria, Rhodobacter Budding bacteria, Hyphomicrobium, Blastobacter Helical bacteria, Azospirillum, Campylobacter Nitrogen fixing bacteria, Rhizobium Ammonia oxidizing bacteria, Nitrosomonas Gram negative cocci, Paracoccus, Neisseria Chemoautotrophs, Thiobacillus, Beggiatoa Others, Alcaligenes, Pseudomonas, Moraxella, Flavobacterium Gram positives: Spore forming, Bacillus Non-spore forming, Corynebacterium More than 50 genera and 130 species of denitrifying bacteria…

26 Redox + Glukos 2 ATP 2 NADH Glukolys 2 Pyruvat 2 GTP 6 CO 2 Citronsyra cykeln V V V 8 NADH 2 FADH ATP NADH FADH ATP NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 - O2O2 NH 4 + H20H20 ATP DenitrifikationNitrifikation NO 2 -

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

28 Efterdenitrifikation för biologisk kväveavskiljning Fördenitrifikation för biologisk kväveavskiljning

29 Anoxic Ammonia Oxidation: Anammox Uncharacterized organisms from wastewater treatment or nitrate rich sludge have beeen shown to oxidize ammonia to N 2 (1995). The reaction is nitrate or nitrite dependent. 5NH NO 3 - 4N 2 + 9H 2 O + 2H + The organisms grow autotrophically using CO 2.

30 Biological phosphorus removal ANAEROBICAEROBIC Energy Phosphate Short chain fatty acids Energy Phosphate O2O2 CO 2 +H 2 O Energy consumption for uptake of soluble organics. ATP and PO43- is released. Energy is conserved as poly- phosphate granules. Uptake of PO Consumption of stored products (PHB).

31 Biological phosphorus removal PO 4 3- O2O2 CO 2 +H 2 OEnergy PO 4 3- Organics Denitrification ANAEROBIC REACTORAEROBIC REACTOR SEDIMENTATION Recirculation of NO 3 -

32 PHB synthesis & degradation Acetoacetate ß-hyroxybutyryl-CoA ß-hydroxybutyrate Acetoacetyl-CoA Poly-ß-hyroxybutyrate (PHB) Acetic acid Acetyl-CoA

33 Flocken är fundamentet i aktivt slam. Snabb och effektiv sedimentering Icke sedimenterbara partiklar adorberas till flocken. Biologisk aktivitet är koncentrerad till flocken. Sedimentering

34 Slemproducerande bakterier “klistrar” ihop flocken Filamentbildande bakterier är flockens “armering”. Bakterier är en förutsättning för flockbildning. Flockbildande förmåga är självreglerande i systemet. Flockar skapas av flera olika sorters mikroorganismer.

35 Sedimenteringsproblem som beror på mikroorganismer ProblemOrsakKonsekvens 1. Dispergerad tillväxtInga riktiga flockar bildas då mikroorganismerna förekommer som enskilda celler Utgående vatten är grumligt, dålig sedimentering 2. MikroflockarSmå, svaga flockar som lätt slås sönder. Uppstår då BOD i inkommande vatten är låg i förhållande till SS-halten Utgående vatten är grumligt, lågt SVI 3. FlytslamSpontan denitrifikation i sedimenteringsbassängern a vid långa uppehållstider Slamtäcke i sedimenteringsbassänger

36 Sedimenteringsproblem som beror på mikroorganismer ProblemOrsakKonsekvens 4. Viskös slamsvällningMycket extracellulära polymerer. Vanligt i verk för industriellt avloppsvatten med låg halt av fosfor eller kväve Dålig sedimentering, slam i utgående vatten 5. Filamentös slamsvällning Mycket filamentbildande bakterier som sammanbinder flockar eller skapar flockar med hålrum, t ex Microthrix Högt SVI, och i svåra fall slamflykt, men klar vattenfas 6. SkumningHydrofoba, skumbildande bakterier tex Nocardia och Microthrix Stabilt skum på ytan av bassänger, slam i utgående vatten, skumning i rötkamrarna, hälsorisk

37 Exempel på slamsvällning

38 Filamentous bacteria (“Microthrix parvicella”) in activated sludge flocs

39 Filamentbildande bakterier SlamsvällningSkumbildning ”Microthrix parvicella”Microthrix parvicella” ”Nostocoida limicola”Nocardia eller Nocardia amarae- liknande organismer (NALO) Typ 021N Typ 0803Aktinomyceter Thiothrix Det finns ca 30 kända filamentbildare i ASP 10 st står för 90 % av incidenterna Geografiska skillnader Få har "riktiga" namn

40 Vad skall man göra? Lär känna slammet för att hålla koll på filamenten: 1.Bestäm slamvolymindex (SVI) SVI>150 indikerar risk!

41 Vad skall man göra? 2. Mikroskopera slammet regelbundet och bestäm a) filamenthalt b) typ av filament

42 Filamentbildande mikroorganismer i aktivslamflockar

43 Vad skall man göra? De vanligaste sätten att förska hålla nere filamenthalten är att: 1. Minska slamåldern 2. Öka eller minska luftningen. 3. Införa selektorer/kontaktzoner. 4. Bekämpa med toxiska ämnen. Ingen av dessa metoder är generellt tillförlitliga. Kunskapen om filamentbildande bakteriers svar olika parametrar är bristfällig.

44 Minskad filamenthalt efter ozonbehandling

45 Bättre slamkvalitet – oförändrad N-rening efter ozonbehandling


Ladda ner ppt "©Sara Hallin Microbiology in activated sludge processes Sara Hallin SLU."

Liknande presentationer


Google-annonser