Επίδραση της αναχαιτιστικής δράσης των νιτρωδών στη βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου - Αργυροπούλου, Κυριακή (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2018)
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η διερεύνηση της αναχαιτιστικής δράσης του νιτρώδους αζώτου στη βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου. Η αναχαίτιση αυτή εκφράζεται μέσω της μείωσης του ρυθμού αερόβιας δέσμευσης φωσφόρου από τα πολυφωσφορικά βακτήρια (PAOs) παρουσία νιτρώδους αζώτου. Τα αποτελέσματα της εν λόγω διερεύνησης θα μπορούσαν να εφαρμοστούν σε ένα σύστημα ξεχωριστής επεξεργασίας στραγγιδίων που προκύπτουν από τη γραμμή της αφυδατωμένης ιλύος. Τα τελευταία χρόνια για την προστασία του περιβάλλοντος και την αποφυγή εμφάνισης του φαινομένου του ευτροφισμού, συχνά σε αβαθείς κόλπους και λίμνες, εφαρμόζονται στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων διάφορες μέθοδοι με στόχο την απομάκρυνση του φορτίου των θρεπτικών (άζωτο, φώσφορος), πριν τη διάθεση τους στους υδάτινους αποδέκτες. Τα αζωτούχα και φωσφορούχα αυτά φορτία οδηγούνται μέσω πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας καθίζησης στην προς επεξεργασία γραμμή της ιλύος. Το ρεύμα των στραγγιδίων που προκύπτει από την αφυδάτωση σταθεροποιημένης ιλύος μέσω αναερόβιας χώνευσης φέρει υψηλά φορτία αζώτου και φωσφόρου τα οποία συνήθως ανακυκλοφορούνται στην είσοδο της εγκατάστασης, φτάνοντας πολλές φορές οριακά την εγκατάσταση ως προς τη δυναμικότητά επεξεργασίας της. Για τον παραπάνω λόγο τα τελευταία χρόνια έχει προταθεί ξεχωριστή επεξεργασία του ρεύματος των στραγγιδίων αφυδάτωσης. Οι μέθοδοι που εφαρμόζονται για την απομάκρυνση των φορτίων αζώτου και φωσφόρου είναι κατά βάσει βιολογικές. Συγκεκριμένα εφαρμόζεται βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου με ταυτόχρονη βιολογική επεξεργασία αζώτου μέσω νιτρωδοποίησης – απονιτρωδοποίησης. Όμως η παρουσία νιτρώδους αζώτου και πιο συγκεκριμένα ελεύθερου νιτρώδους οξέος (FNA) που παράγεται μέσω νιτρωδοποίησης (μετατροπή αμμωνιακού αζώτου σε νιτρώδες) υπό αερόβιες συνθήκες αναχαιτίζει τη δράση των πολυφωσφορικών βακτηρίων, μειώνοντας σημαντικά τον αερόβιο ρυθμό πρόσληψης φωσφόρου από αυτά. Για τη διερεύνηση του παραπάνω αντικειμένου εγκαταστάθηκε σε εργαστηριακή κλίμακα στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας του Ε.Μ.Π. πιλοτικός αντιδραστήρας διαλείποντος έργου εναλλασσόμενων φάσεων λειτουργίας (SBR), στον οποίο αναπτύχθηκε καλλιέργεια πολυφωσφορικών βακτηρίων. Η εν λόγω καλλιέργεια χρησιμοποιήθηκε για την εφαρμογή Batch πειραμάτων. Για την δημιουργία ευνοϊκών συνθηκών για την ανάπτυξη της βιομάζας πολυφωσφορικών βακτηρίων επιλέχθηκαν στον αντιδραστήρα SBR 2 ημερήσιοι κύκλοι λειτουργίας διάρκειας 12 ωρών ο κάθε ένας. Ο πρώτος κύκλος λειτουργίας αποτελούταν από 3 ώρες αναερόβια φάση, 7 ώρες αερόβια και 2 ώρες ανοξική. Ο δεύτερος κύκλος λειτουργίας αποτελούταν από 2 ώρες αναερόβια, 6 ώρες αερόβια, 2 ώρες ανοξική φάση και 2 ώρες καθίζηση. Η τροφοδοσία του αντιδραστήρα γινόταν καθημερινά με συνθετικά λύματα. Κατά την έναρξη λειτουργίας του χρησιμοποιήθηκε βιομάζα από την εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων της Ψυττάλειας του ρεύματος επανακυκλοφορίας από τη δεξαμενή τελικής καθίζησης προς την είσοδο του βιολογικού αντιδραστήρα. Η λειτουργία του αντιδραστήρα SBR χωρίζεται σε 2 χρονικές περιόδους λειτουργίας : 5 Σεπτεμβρίου έως 7 Δεκεμβρίου 2017 και 8 Δεκεμβρίου 2017 – 29 Μαρτίου 2018. Η 2η περίοδος λειτουργίας διακρίνεται σε 2 υποπεριόδους [Ά υποπερίοδος (8 Δεκεμβρίου – 17 Ιανουαρίου), ΄Β υποπερίοδος (18 Ιανουαρίου – 29 Μαρτίου)] Ο παραπάνω διαχωρισμός οφείλεται σε αστοχία που εμφάνιζε το σύστημα ανά περιόδους με αποτέλεσμα να κρίνεται αναγκαία η ανασύστασή του. Στην 1η περίοδο λειτουργίας πραγματοποιήθηκαν 4 Batch πειράματα με εξεταζόμενες συγκεντρώσεις νιτρώδους αζώτου NO2-N : 46, mg/L 35 mg/L, 16 mg/L και 6 mg/L. Όλα τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν για σταθερές συνθήκες pH=7,5 και υπολογίστηκε το ποσοστό αναχαίτισης των πολυφωσφορικών βακτηρίων παρουσία νιτρώδους αζώτου. Με το πέρασμα του χρόνου παρατηρήθηκαν πολύ υψηλοί ρυθμοί αερόβιας δέσμευσης φωσφόρου (PUR), της τάξης του 17,6 mgP/grVSS.hr, ενώ μόλις συγκέντρωση 6mg/L NO2-N αναχαίτιζε σχεδόν 100% τη δράση των PAOs. Για την εξαγωγή συμπερασμάτων ανήχθησαν και οι 4 αναχαιτίσεις στη βάση του 1μg FNA (όπου αποτελεί την πραγματική αναχαιτιστική ουσία), όπου παρατηρήθηκε αύξηση της αναχαίτισης με την πάροδο του χρόνου. Αυτό καταδεικνύει πως με το πέρασμα του χρόνου τα πολυφωσφορικά βακτήρια γίνονται όλο και περισσότερο ευαίσθητα στο νιτρώδες άζωτο. Κατά τη 2η περίοδο λειτουργίας πραγματοποιήθηκαν 9 πειράματα Batch και πάλι σε σταθερό pH=7,5. Στην Ά υποπερίοδο εξετάστηκαν οι συγκεντρώσεις νιτρώδους αζώτου NO2-N : 10 mg/L, 17 mg/L, 31 mg/L και 45 mg/L. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν με μικρό χρονικό διάστημα μεταξύ τους ώστε να μη ληφθεί υπόψιν ο παράγοντας του χρόνου. Η μεγαλύτερη αναχαίτιση σημειώθηκε για συγκέντρωση νιτρώδους αζώτου NO2-N : 45 mg/L (FNA=3.65 μg/L) με ποσοστό 60%. Στην ΄Β υποπερίοδο της 2ης περιόδου λειτουργίας πραγματοποιήθηκαν και πάλι σε σταθερό pH=7,5 5 πειράματα Batch με εξεταζόμενες συγκεντρώσεις νιτρώδους αζώτου NO2-N : 18 mg/L, 27 mg/L, 38 mg/L, 53 mg/L και 70 mg/L. Η μεγαλύτερη αναχαίτιση παρουσιάστηκε για NO2-N = 53 mg/L και NO2-N=70 mg/L με ποσοστό περίπου 80%. Φαίνεται πως η αναχαίτιση για συγκέντρωση νιτρώδους αζώτου μεγαλύτερη από 53 mg/L παραμένει σταθερή. Ακόμη έγιναν κάποια πειράματα ελέγχου της λειτουργίας του συστήματος SBR (διερεύνηση αναερόβιου - αερόβιου μεταβολισμού των PAOs) μετά τη σύσταση κάθε νέου συστήματος.