Εργαστηριακή προσομοίωση συστήματος αυτοτροφικής απονιτροποίησης μέσω νιτρωδών με χρήση θειοθειικού ως δότη ηλεκτρονίων

Χατζημιτσής, Ευάνθης; Chatzimitsis, Efanthis

dc.contributor.author	Χατζημιτσής, Ευάνθης	el
dc.contributor.author	Chatzimitsis, Efanthis	en
dc.date.accessioned	2018-11-29T08:02:54Z
dc.date.available	2018-11-29T08:02:54Z
dc.date.issued	2018-11-29
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48150
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15309
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Απονιτροποίηση	el
dc.subject	Απονιτρωδοποίηση	el
dc.subject	Αυτοτροφική	el
dc.subject	Απομάκρυνση αζώτου	el
dc.subject	Θειοθειικό	el
dc.subject	Denitrification	en
dc.subject	Denitritation	el
dc.subject	Nitrogen removal	en
dc.subject	Thiosulphate	en
dc.subject	Autotrophic	en
dc.title	Εργαστηριακή προσομοίωση συστήματος αυτοτροφικής απονιτροποίησης μέσω νιτρωδών με χρήση θειοθειικού ως δότη ηλεκτρονίων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική τεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-29
heal.abstract	Στις μέρες μας αποτελεί επιτακτική ανάγκη και στόχο η προστασία του περιβάλλοντος και της δημόσιας υγείας. Τις τελευταίες δεκαετίες καταβάλλονται σημαντικές προσπάθειες, μέσω ερευνών και πειραμάτων, για την προστασία των υδάτινων συστημάτων και βελτιστοποίηση των εγκαταστάσεων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Η βιολογική απομάκρυνση του αζώτου, το οποίο αποτελεί το κρισιμότερο φορτίο στους βιολογικούς καθαρισμούς, έχει μελετηθεί εκτενώς και η απομάκρυνσή του δύναται να πραγματοποιηθεί με διαφορετικούς, ως προς τις βιοχημικές διεργασίες, τρόπους. Πέραν από τη συμβατική μέθοδο νιτροποίησης - απονιτροποίησης, τα τελευταία χρόνια έχουν μελετηθεί αρκετά συστήματα και μεθόδοι για τη βιολογική απομάκρυνση του αζώτου μέσω της οδού της νιτρωδοποίησης – απονιτρωδοποίησης. Η βιολογική απομάκρυνση των ΝΟ2-Ν μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω ετεροτροφικής ή αυτοτροφικής διεργασίας, ή ακόμα και με συνδυασμό τους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η βιολογική απομάκρυνση του νιτρώδους αζώτου μέσω των αυτότροφων βακτηρίων με τη χρήση θειοθειικού ως δότη ηλεκτρονίων. Το εργαστηριακό σύστημα αυτοτροφικής απονιτρωδοποίησης έλαβε χώρα στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας και περιλάμβανε 3 πανομοιότυπους αντιδραστήρες SBR οι οποίοι λειτούργησαν από τις 3/12/2017 μέχρι τις 12/7/2018. Κάθε αντιδραστήρας λειτουργούσε υπό ανοξικές συνθήκες και μελετήθηκε η διεργασίας της αυτοτροφικής απονιτρωδοποίησης τόσο σε ημερήσιους κύκλους λειτουργίας, όσο και σε πειράματα batch. Η τροφοδοσία στους αντιδραστήρες γινόταν με ελάχιστη αναλογία S₂O₃²⁻/ΝΟ₂⁻-Ν ίση με 3 g/g, η οποία ήταν αρκετή για την επίτευξη πλήρους απονιτρωδοποίησης. Μέσα από την καθημερινή λειτουργία και παρακολούθηση του συστήματος αυτοτροφικής απονιτρωδοποίησης παρατηρήθηκε χαμηλή απομάκρυνση ΝΟ₂⁻-Ν κατά τις πρώτες 24 ώρες του κύκλου λειτουργίας, ενώ ικανοποιητική απομάκρυνση ΝΟ₂⁻-Ν σε βαθμό 98% επιτεύχθηκε με το πέρας 40 – 48 ωρών από την τροφοδοσία. Η αρχική συγκέντρωση ΝΟ₂⁻-Ν αποτέλεσε σημαντική παράμετρο για την διεργασία της αυτοτροφικής απονιτρωδοποίησης αφού για υψηλότερες συγκεντρώσεις προέκυπτε και ανάλογη αρχική χρονική υστέρηση στην απομάκρυνση ΝΟ₂⁻-Ν. Αντίθετα, η μέγιστη συγκέντρωση 1500 mg SO₄²⁻/L που παρατηρήθηκε στην έξοδο του συστήματος δεν προκάλεσε καμία αναχαίτιση. Επιπλέον, σημαντικός παράγοντας στη διεργασία αποτέλεσε και το pH, αφού παρατηρήθηκε αναχαίτηση της απονιτρωδοποίησης για τιμές μικρότερες από 6.5. Όπως προέκυψε από την καθημερινή λειτουργία του συστήματος για την επίτευξη πλήρους απονιτρωδοποίησης ιδανικό εύρος αρχικών τιμών του είναι από 8.5 μέχρι 9. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκαν συνολικά 12 πειράματα batch για τη μελέτη της απομάκρυνσης του νιτρώδους αζώτου τόσο μέσω του οργανικού φορτίου, όσο και μέσω του θειοθειικού ως δότη ηλεκτρονίων. Μέσα από τα πειράματα προέκυψαν ταχύτητες αυτοτροφικής απονιτρωδοποίησης χαμηλότερες από τις αντίστοιχες της ετεροτροφικής διεργασίας. Στην 1η σειρά πειραμάτων batch, παρουσιάστηκε χρονική υστέρηση στην έναρξη της διεργασίας της αυτοτροφικής απονιτρωδοποίησης, αφού δεν παρατηρήθηκε καμία μεταβολή στη διακύμανση της συγκέντρωσης ΝΟ₂⁻-Ν τις 10 πρώτες ώρες, σε αντίθεση με την ετεροτροφική διεργασία όπου παρατηρήθηκε απομάκρυνση ΝΟ₂⁻-Ν μέχρι και 70% για το ίδιο χρονικό διάστημα. Στη 2η σειρά πειραμάτων όπου επιτεύχθηκε πλήρης απομάκρυνση του νιτρώδους αζώτου, οι ταχύτητες απονιτρωδοποίησης υπολογίστηκαν σε 1.69 – 2.19 mg NO₂-N/(g VSS·h) με τη χρήση S₂O₃²⁻, ενώ για την ετεροτροφική διεργασία υπολογίστηκαν σε 1.84 – 2.60 mg NO₂-N/(g VSS·h). Η 3η σειρά πειραμάτων αποτελεί και την πιο αξιόπιστη για την εξαγωγή συμπερασμάτων, αφού η πλήρης εξάλειψη του οξυγόνου και η παρουσία μόνο του μη βιοδιασπάσιμου οργανικού φορτίου οδήγησε σε απονιτρωδοποίηση αποκλειστικά μόνο των αυτότροφων βακτηρίων με τη χρήση του θειοθειικού ως δότη ηλεκτρονίων. Τα συγκεκριμένα πειράματα batch οδήγησαν σε ταχύτητες αυτοτροφικής απονιτρωδοποίησης 0.91 – 1.50 mg NO₂-N/(g VSS·h), με σημείο αναφοράς του ρυθμούς απονιτρωδοποίησης μετά την αρχική χρονική υστέρηση της διεργασίας όπου προσδιορίστηκαν ταχύτητες μέχρι 4.74 mg NO₂-N/(g VSS·h). Οι αντίστοιχες ταχύτητες απονιτρωδοποίησης για την ετεροτροφική διεργασία υπολογίστηκαν σε 1.85 – 4.11 mg NO₂-N/(g VSS·h).	el
heal.abstract	Nowadays it is of imperative importance to protect the environment and public health. In recent decades, significant efforts have been made, through surveys and experiments, to protect water systems and optimize wastewater treatment plants. The removal of nitrogen, which is the most critical load in biological purifications, has been extensively studied and its removal can be accomplished via different biochemical processes. In addition to the conventional nitrification - denitrification process, several systems and methods have been studied in recent years for the biological removal of nitrogen through the nitritation - denitritation route. Biological removal of NO₂-N can be accomplished via heterotrophic or autotrophic process, or even by combining them. On this postgraduate study a biological system removal of NO₂-N is examined through autotrophic bacteria using thiosulphate as an electron donor. The laboratory system of autotrophic denitritation took place at the Laboratory of Sanitary Technology and included 3 identical SBR reactors which operated from 3/12/2017 to 12/7/2018. Each reactor was operated under anoxic conditions and the autotrophic denitritation process was studied both in daily operating cycles and in batch experiments. Reactor feed was done with a minimum S₂O₃²⁻/ΝΟ₂⁻-Ν ratio of 3 g/g, which was sufficient to achieve complete denitritation. Through daily operation and monitoring of the autotrophic denitritation system low NO₂⁻-N removal was observed during the first 24 hours of the operating cycle, while satisfactory NO₂⁻-N removal at 98% was achieved 40-48 hours after the feed. The initial concentration of NO₂⁻-N was an important parameter for the process of autotrophic denitritation since higher concentrations resulted in an analogous initial lag in the removal of NO₂⁻-N. In contrast, the maximum effluent concentration of 1500 mg SO₄²⁻ / L observed did not cause any interference. In addition, the pH was also important in the process, since depenitrification was lost to values less than 6.5. As it emerged from the daily operation of the system to achieve complete denitrification, its ideal range of initial values is from 8.5 to 9. In the present study, a total of 12 batch experiments were carried out to study NO₂⁻-N removal both through the organic matter and thiosulphate as an electron donor. Experiments have resulted lower autotrophic denitration rates than those of the heterotrophic process. In the first series of batch experiments, there was a lag at the onset of the autotrophic denitritation process, since no change in the NO₂⁻-N concentration variation was observed for the first 10 hours, as opposed to the heterotrophic process where NO₂⁻-N removal was observed at 70% for the same time period. In the second series of experiments where complete nitrite nitrogen removal was achieved, denitritation rates by using S₂O₃²⁻ were calculated at 1.69 - 2.19 mg NO₂-N/(g VSS·h), while for heterotrophic calculations, 1.84 - 2.60 mg NO₂-N/(g VSS·h). The third set of experiments is the most reliable to draw vital conclusions, since the complete elimination of oxygen and the presence of only non-biodegradable organic matter has led to the denitritation via autotrophic bacteria only, after using thiosulphate as an electron donor. These batch experiments led to autotrophic denitritation rates of 0.91 - 1.50 mg NO₂-N/(g VSS·h), with a remarkable denitritation rates after the initial time lag of the process where rates of up to 4.74 mg NO₂-N/(g VSS·h) occured. The corresponding denitritation rates for the heterotrophic process were calculated at 1.85 - 4.11 mg NO₂-N/(g VSS·h).	en
heal.advisorName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	82 σ.
heal.fullTextAvailability	true