Main-stream Partial Nitritation/Anammox process coupled to a MBR-reactor

De implementatie ervan in de praktijk blijft vooralsnog beperkt tot deelstroombehandeling (bijv. warm rejectiewater na ontwatering van vergist slib). Het in dit TKI-project voorgestelde concept zou kunnen worden toegepast voor reguliere stikstofverwijdering via anammox bij afvalwaterzuivering, waaronder de mogelijke toepassing bij lagere temperaturen.

Doel

Doel van dit project was om het Anammoxproces te testen voor de verwijdering van stikstof uit communaal en industrieel afvalwater voor reguliere toepassingen in een kleinschalige modulaire membraanbioreactor (MBR) gebruik makend van fijne zeven, online-monitoring en externe besturing.

Technologie

Tijdens het project is met een kleinschalige, modulaire MBR-pilot communaal afvalwater gezuiverd door middel van het Anammoxproces.. De installatie bestaat in hoofdlijnen uit een partiele nitrificatie reactor (PN) en een Anammox reactor gevolg door een MBR-systeem (zie figuur 1).

Door het gebruik van een selectieve verwijderingsmethode op basis van grootte (fijnzeef) wordt de gewenste anammoxbacterie, die groeit in de vorm van korrels,  gescheiden van ongewenste micro-organismen uit het surplusslib . De afgescheiden anammoxkorrels worden teruggevoerd in de anammoxreactor.. Het overtollige biologische spuislib met de ongewenste micro-organismen wordt afgevoerd naar de slibbehandelingsinstallatie.

Uitdaging

Het anammoxproces wordt nu al toegepast voor de zuivering van bijvoorbeeld rejectiewater in waterzuiveringsinstallaties, maar dit gebeurt op hogere temperaturen (ca. 30 °C). Toepassing van dit proces bij het zuiveren van regulier communaal afvalwater bij lagere temperaturen (10-20°C) is een grote uitdaging. De gewenste biologische respons is meer dan 50% omzetting van ammonium in nitriet door middel van ammoniumoxiderende bacteriën (AOB) en vervolgens omzetting van het overige ammonium met het gevormde nitriet door middel van Anammoxbacteriën. Echter, de annamoxbacteriën en de nitrietoxiderende bacteriën (NOB) wedijveren onderling om nitriet. De retentie van actieve anammoxbacteriën in een reactor is een uitdaging omdat ze bij lage temperaturen erg traag groeien.

Ontwikkelingen

Dit project heeft veel vertraging opgelopen door de coronacrisis voornamelijk door vertraging bij de bouw en het transport van de pilot vanuit China. Uiteindelijk is de pilot in het najaar van 2021 op locatie in Duitsland gearriveerd. Na eerste functionele testen en opstart van de installatie was het systeem vanaf november 2021 operabel op locatie in Simmern. Uiteindelijk is besloten om het onderzoek volledig te richten op de behandeling van dit communaal afvalwater (met een relatief lage temperatuur). Wel zijn de resultaten getoetst aan die van een bestaande industriële Anammox installatie in Nederland.

Samenvatting resultaten

In dit project is de tweetraps (PN-Anammox) proefinstallatie getest met communaal afvalwater met als doel de stabiliteit van het PN/A-proces op lange termijn en het effect van lage temperatuur op het anammoxproces te onderzoeken. De proefinstallatie met gesuspendeerde biomassa werd op de RWZI in Simmern gedurende een periode van 214 dagen getest, met een opstart in de winter en een tweede periode van 80 dagen met een opstart in de herfst. De concentratie opgeloste zuurstof werd gebruikt om de beluchting in de PN-reactor te regelen.  Tijdens de experimentele periode vertoonde de proefinstallatie een stabiel CZV-verwijderingsrendement tussen 90 en 95%. De stikstofverwijdering van de proefinstallatie was echter onstabiel door problemen met het influent en problemen met de luchttoevoer als gevolg van specifieke storingen.

Gedurende de gehele experimentele periode ondervond de proefinstallatie verscheidene operationele problemen, waardoor er geen sprake is geweest van stabiele bedrijfsvoering.  De werking van de installatie bewees dat de controle van de beluchting alleen niet volstaat om de gewenste omzetting van ammonium tot stand te brengen. Het bleek dat het grootste deel van het ammonium uit het influent in de PN-reactor werd verbruikt, en het grootste deel ervan werd geoxideerd tot nitraat (in plaats van nitriet), ondanks lage DO-concentraties. In het algemeen werd gedurende de hele werking van de installatie geen nitriet opgebouwd in de PN-reactor, wat de anammox-activiteit mogelijk heeft beperkt, zodanig dat uiteindelijk geen “koude” anammox omzetting kon worden aangetoond.
De onderschepte anammoxkorrels hebben wel de haalbaarheid aangetoond van de toepassing van een fijne zeef om de anammoxbiomassa selectief vast te houden. De toepassing van de MBR zorgde ervoor dat het effluent een stabiele COD-concentratie had.

Een COD-voorbehandeling kan nog steeds nodig zijn om het COD-gehalte in het influent en de COD:N-verhouding te verlagen. De belangrijkste uitdaging van de proefinstallatie blijft de totstandbrenging van nitritatie onder normale omstandigheden. In het eindrapport zijn optimalisatiemogelijkheden aangegeven vanuit het oogpunt van werking, prestaties en evaluatie. Aangezien deze proefinstallatie in de toekomst in Duitsland en China in bedrijf zal zijn, kunnen optimalisatiesuggesties, met name inzake controlestrategieën, worden gebruikt om de werking en de prestaties van het proces en de proefinstallatie te verbeteren.

Voor een volledige beschrijving van de uitgevoerde testen, wordt verwezen naar het eindrapport dat via onderstaande link kan worden ingezien. Het rapport is in de Engelse taal geschreven.