Experimental investigation of the effect of free ammonia on the processes of nitrification and nitritation

Δημόπουλος, Αθανάσιος; Dimopoulos, Athanasios

dc.contributor.author	Δημόπουλος, Αθανάσιος	el
dc.contributor.author	Dimopoulos, Athanasios	en
dc.date.accessioned	2019-07-25T08:57:41Z
dc.date.available	2019-07-25T08:57:41Z
dc.date.issued	2019-07-25
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49154
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16774
dc.rights	Default License
dc.subject	Ελεύθερη αμμωνία	el
dc.subject	Επεξεργασία στραγγιδίων	el
dc.subject	Νιτρωδοποίηση	el
dc.subject	Νιτροποίηση	el
dc.subject	Οξείδωση αμμωνίας	el
dc.subject	Free Ammonia	en
dc.subject	Sludge wastewater treatment	en
dc.subject	Nitritation	en
dc.subject	Nitrification	en
dc.subject	Ammonia oxidation	en
dc.subject	Αναχαίτιση	el
dc.subject	Inhibition	en
dc.title	Experimental investigation of the effect of free ammonia on the processes of nitrification and nitritation	en
dc.title	Πειραματική διερεύνηση της επίδρασης της ελεύθερης αμμωνίας στις διεργασίες της νιτροποίησης και της νιτρωδοποίησης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική μηχανική	el
heal.classification	Υγειονομική τεχνολογία	el
heal.classification	Environmental engineering	en
heal.classification	Sanitary technology	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-03-20
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η διερεύνηση της αναχαίτισης που προκαλεί η ελεύθερη αμμωνία FA (NH3 – N) στις βιολογικές διεργασίες της νιτρωδοποίησης και νιτροποίησης. Για το σκοπό αυτό, διενεργήθηκαν πειράματα ασυνεχούς τροφοδοσίας (batch) σε δύο διαφορετικά είδη βιομάζας. Η πρώτη προήλθε από πιλοτικό αντιδραστήρα διαλείποντος έργου (SBR) που λειτουργεί στην Ψυττάλεια με σκοπό την επεξεργασία στραγγιδίων τα οποία προκύπτουν μετά από αναερόβια χώνευση και αφυδάτωση της ιλύος, ενώ η δεύτερη προήλθε από τους βιοαντιδραστήρες της ΕΕΛ Ψυττάλειας. Η βιομάζα από τον πιλοτικό αντιδραστήρα SBR μπορεί να θεωρηθεί εγκλιματισμένη σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνιακού αζώτου επομένως και FA, καθώς τα στραγγίδια που επεξεργάζεται η πιλοτική μονάδα χαρακτηρίζονται από υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνιακού αζώτου (>1300 mg L-1) και χαμηλή συγκέντρωση οργανικού άνθρακα. Η επεξεργασία των στραγγιδίων στον αντιδραστήρα SBR, γίνεται μέσω της διεργασίας της νιτρωδοποίησης/απονιτρωδοποίησης. Αντίθετα, η βιομάζα από τους αντιδραστήρες της ΕΕΛ Ψυττάλειας, μπορεί να χαρακτηριστεί ως μη εγκλιματισμένη σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνιακού αζώτου και ελεύθερης αμμωνίας καθώς προέρχεται από ένα συμβατικό σύστημα επεξεργασίας αστικών λυμάτων μέσω της διεργασίας της συμβατικής νιτροποίησης/απονιτροποίησης. Τα πειράματα ασυνεχούς τροφοδοσίας είχαν ως στόχο τη διερεύνηση της αναχαίτισης που μπορεί να προκαλέσουν διαφορετικές συγκεντρώσεις FA στις δύο διαφορετικές βιομάζες που εξετάστηκαν. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκε μια σειρά πειραμάτων batch, τα οποία έλαβαν χώρα στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας μεταξύ της περιόδου 3/11/2017 και 27/3/2018. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν και για τις δύο βιομάζες, σε τρία διαφορετικά pH (7,5, 8, και 8,5) και σε τέσσερεις διαφορετικές αρχικές συγκεντρώσεις αμμωνιακού αζώτου (100, 200, 350 και 500 mg L-1). Τα batch πειράματα, σε συγκέντρωση αμμωνιακού αζώτου 100 mg L-1, χρησιμοποιήθηκαν ως control για τον υπολογισμό της αναχαίτισης των ρυθμών οξείδωσης του αμμωνιακού αζώτου, στις υπόλοιπες συγκεντρώσεις αμμωνιακού αζώτου. Όλα τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν τουλάχιστον 2 φορές, για την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων και με σκοπό τη μεγαλύτερη αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν, ότι η εγκλιματισμένη βιομάζα από τον πιλοτικό αντιδραστήρα SBR, παρουσιάζει σημαντική ανοχή σε υψηλές συγκεντρώσεις ελεύθερης αμμωνίας σε σχέση με τη μη εγκλιματισμένη βιομάζα από την ΕΕΛ Ψυττάλειας. Επιπλέον, στις συγκεντρώσεις ελεύθερης αμμωνίας που έλαβαν χώρα τα πειράματα, η εγκλιματισμένη βιομάζα παρουσίασε αύξηση παρά αναχαίτιση, στους ρυθμούς νιτρωδοποίησης, με την αύξηση των συγκεντρώσεων της ελεύθερης αμμωνίας. Αντίθετα, η μη εγκλιματισμένη βιομάζα παρουσίασε σταδιακή αναχαίτιση των ρυθμών νιτροποίησης συναρτήσει των αυξανόμενων συγκεντρώσεων ελεύθερης αμμωνίας . Πιο συγκεκριμένα, σε συγκέντρωση ελεύθερης αμμωνίας ίση με 17,7 mgΝ L-1, η εγκλιματισμένη βιομάζα παρουσίασε αύξηση κατά 35,7% στους ρυθμούς οξείδωσης του αμμωνιακού αζώτου (AUR), σε σχέση με τους αντίστοιχους για συγκέντρωση ελεύθερης αμμωνίας 3,9 mgΝ L-1, σε pH = 8, ενώ η μη εγκλιματισμένη, για τις ίδιες συγκεντρώσεις ελεύθερης αμμωνίας, στο ίδιο pH, παρουσίασε αναχαίτιση 58,2%. Αντίστοιχα για συγκέντρωση ελεύθερης αμμωνίας ίση με 64,1 mgΝ L-1, σε pH = 8,5, η εγκλιματισμένη βιομάζα παρουσίασε βελτίωση στους ρυθμούς AUR κατά 43,8% σε σχέση με τους αντίστοιχους για συγκέντρωση ελεύθερης αμμωνίας 12,8 mgN L-1, ενώ η βιομάζα από την ΕΕΛ Ψυττάλειας παρουσίασε αναχαίτιση κατά 57,3%.	el
heal.abstract	The aim of this thesis, is to investigate the inhibition caused by free ammonia FA (NH3 - N) in the biological processes of nitritation and nitrification. For this purpose batch experiments were carried out on two different kinds of biomass. The first type of biomass came from a pilot Sequential Batch Reactor (SBR) operating in Psyttalia in order to treat sludge reject water resulting from hydrolysis, anaerobic digestion and dewatering of activated sludge. In the SBR, biological nitrogen removal from sludge reject water is implemented via the process of nitritation/denitritation. Biomass from the SBR pilot reactor can be considered acclimated to high concentrations of ammonium nitrogen and therefore to free ammonia (FA), as the sludge reject water processed by the pilot SBR plant is characterized by high concentrations of ammonium nitrogen (> 1300 mg L-1) and low organic carbon concentration. The second type of biomass came from the bioreactors of the Psyttalia WWTP. By contrast, the biomass from the Psyttalia WWTP reactors, can be considered as non acclimated in high concentrations of ammonium nitrogen and free ammonia, as it comes from a conventional urban wastewater treatment system, where nitrogen is removed through the conventional nitrification/denitrification process. The batch experiments, aimed at investigating the inhibition caused by different FA concentrations, in the two different types of biomass that were tested. For this reason, a series of batch experiments took place at the Laboratory of Sanitary Technology between 3/11/2017 and 27/3/2018. Experiments were performed on both types of biomass, at three different pH (7.5, 8, and 8.5) and at four different initial concentrations of ammonium nitrogen (100, 200, 350 and 500 mg L-1). The batch experiments at an ammonium nitrogen concentration of 100 mg L-1, were used as a control, to calculate the inhibition of oxidation rates at the remaining ammonium nitrogen concentrations. All experiments were performed at least 2 times to minimize errors and to ensure greater reliability of the results. The results of the experiments showed that the acclimated biomass from the SBR pilot reactor presents considerable tolerance to high concentrations of free ammonia compared to the non-acclimated biomass from the Psyttalia WWTP. In fact, in the specific concentrations of free ammonia that the experiments took place, acclimated biomass showed improvement rather than inhibition at the nitritation rates, increasing the concentrations of free ammonia. Conversely, non-acclimated biomass showed gradual inhibition of nitrification rates as a result of increasing concentrations of free ammonia. More specifically, at a free ammonia concentration of 17.7 mgN L- 1, acclimated biomass increased by 35.7% its ammonium uptake rate (AUR), compared to the corresponding free ammonia concentration of 3.9 mgN L-1, at pH = 8, while the non-acclimated biomass, for the same concentrations of free ammonia, at the same pH, showed an AUR inhibition of 58.2%. Respectively, at a free ammonia concentration of 64.1 mgN L-1 at pH 8.5, acclimated biomass showed an increase in AUR of 43.8% relative to the corresponding free ammonia concentration of 12.8 mgN L- 1, while the biomass from WWTP of Psyttalia presented an AUR inhibition of 57.3%.	en
heal.advisorName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	112 σ.
heal.fullTextAvailability	true