Impact of substrate gradient on start-up of partial nitritation-anammox process

Abstract

Актуальность. Частичное нитрование-анаммокс представляет собой экономическо- эффективный процесс биологического удаления азота, который имеет большой потенциал в качестве альтернативы традиционному процессу нитрификации/денитрификации. Однако чувствительность процесса к условиям эксплуатации и окружающей среды ограничивает его широкое применение. Цель: изучить влияние градиента субстрата на запуск частичного нитрования-анаммокса в реакторе непрерывного действия и реакторе идеального вытеснения с восходящим потоком. Методы. Была зарегистрирована модифицированная Модель № 1 активного ила в системе MATLAB. В модели было реализовано управление аэрацией по времени (10 минут включения/20 минут выключения). Была смоделирована концентрация растворенного кислорода между 0,2 и 0,8 мг-О2/л во время фазы аэрации. Результаты. Установлено, что частичное нитрование-анаммокс можно успешно запустить в обоих реакторах менее чем за 200 суток при заданных условиях эксплуатации. Кроме того, в процессе работы реакторов могли происходить изменения внутри бактериальных сообществ. Численность анаммокс-бактерий, гетеротрофных бактерий и бактерий, окисляющих аммиак, может уменьшаться с увеличением высоты реактора, в то время как рост бактерий, окисляющих нитрит, может варьироваться в зависимости от высоты реактора идеального вытеснения с восходящим потоком из-за динамики образования и истощения нитрита (NO2 -) на разных уровнях внутри реактора. В целом частичное нитрование-анаммокс в реакторе непрерывного действия и реакторе идеального вытеснения с восходящим потоком вполне осуществимо

Relevance. Partial nitritation-anammox represents a cost-effective biological nitrogen removal that has a lot of potential as an alternative process to conventional nitrification/denitrification. However, the sensitivity of the process to operating and environmental conditions limits its widespread application. Aim. To study the impact of substrate gradient on the start-up of partial nitritation-anammox in continuously stirred tank reactor and plug-flow up-flow reactor. Methodology. Modified activated sludge model number 1 (ASM 1) in MATLAB environment was implemented. Time-based aeration control was incorporated in the model (10 minutes on/20 minutes off). Concentration of dissolved oxygen between 0.2 and 0.8 mgO2/L during the aeration phase was simulated. Results and conclusion. It was found that partial nitritation-anammox could be successfully started-up in both reactors in less than 200 days under the given operating conditions. In addition, changes within the bacterial communities could occur in the course of operation of reactors. The abundance of anammox bacteria, heterotrophic bacteria, and ammonia oxidising bacteria could decrease with reactor height, while the growth of nitrite oxidising bacteria could vary with reactor height in plug-flow up-flow reactor due to the dynamics of nitrite (NO2 -) generation and depletion in different levels within the reactor. Overall, partial nitritation-anammox implementation in continuously stirred tank reactor and plug-flow up-flow reactor is feasible