Εργαστηριακή προσομοίωση συστήματος IFAS-SBR ενός σταδίου, για την επεξεργασία στραγγιδίων από τη γραμμή ιλύος.

Σαμοθράκη, Ευαγγελία; Samothraki, Evangelia

dc.contributor.author	Σαμοθράκη, Ευαγγελία	el
dc.contributor.author	Samothraki, Evangelia	en
dc.date.accessioned	2020-05-26T19:08:31Z
dc.date.available	2020-05-26T19:08:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50690
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18388
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Επεξεργασία στραγγιδίων	el
dc.subject	Προσκολλημένη βιομάζα	el
dc.subject	Αιωρούμενη βιομάζα	el
dc.subject	Νιτρωδοποίηση	el
dc.subject	Απονιτρωδοποίηση	el
dc.subject	Nitritation	en
dc.subject	Denitritation	en
dc.subject	Ammonia Uptake Rate (AUR)	en
dc.subject	Nitrogen Uptake Rate (NUR)	en
dc.subject	IFAS - SBR system	en
dc.title	Εργαστηριακή προσομοίωση συστήματος IFAS-SBR ενός σταδίου, για την επεξεργασία στραγγιδίων από τη γραμμή ιλύος.	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Τεχνολογία/Επεξεργασία λυμάτων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-11-13
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, εξέτασε την αποτελεσματικότητα ενός καινοτόμου συστήματος IFAS-SBR (Integrated Fixed-Film Activated Sludge –Sequencing Batch Reactor), στην απομάκρυνση του αζωτούχου φορτίου με τις διεργασίες νιτρωδοποίησης / απονιτρωδοποίησης, από στραγγίδια αφυδάτωσης τα οποία έχουν υποστεί θερμική υδρόλυση. Σημειώνεται ότι τα στραγγίδια αφυδάτωσης από τη γραμμή επεξεργασίας ιλύος, προέρχονται από την εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων της Ψυτάλλειας. Η βασική ερευνητική ερώτηση της συγκεκριμένης εργασίας είναι κατά πόσο ένα σύστημα IFAS-SBR ενός σταδίου μπορεί να εφαρμοσθεί για την απομάκρυνση αζώτου και αμμωνίας από τα στραγγίδια αφυδάτωσης της ιλύος με τις διεργασίες της νιτρωδοποίησης και της απονιτρωδοποίησης. Εξετάσθηκε η εκκίνηση του συστήματος και επίδραση διαφόρων λειτουργικών παραμέτρων και συνθηκών, όπως του υδραυλικού χρόνου παραμονής (Hydraulic Retention Time, HRT), του χρόνου παραμονής στερεών (Sludge Retention Time, SRT) και του διαλυμένου οξυγόνου (Dissolved Oxygen, DO), για την επίτευξη της μέγιστης δυνατής απόδοσης. Επιπλέον εξετάσθηκε η επίδραση της προσκολλημένης βιομάζας στις διεργασίες νιτρωδοποίησης / απονιτρωδοποίησης και στην απομάκρυνση της αμμωνίας. Ο αντιδραστήρας IFAS-SBR, αποτελεί ένα συνδυασμένο σύστημα προσκολλημένης και αιωρούμενης βιομάζας. Η προσκολλημένη βιομάζα αναπτύσσεται στην επιφάνεια κινούμενων βιοφορέων με τους οποίους είναι πληρωμένος ο αντιδραστήρας. Η εργαστηριακή προσομοίωση του συστήματος περιλάμβανε ένα αντιδραστήρα τύπου SBR (Sequencing Batch Reactor) πληρωμένο κατά 30% με βιοφορείς τύπου HEL-X-TYPE 8 και με αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου για τη λειτουργία του συστήματος. Η πειραματική διερεύνηση έλαβε χώρα στο εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας και διήρκησε από τις 12/11/2018 έως τις 05/07/2019. Στο σύστημα επεξεργασίας στραγγιδίων πραγματοποιήθηκε εναλλαγή αναερόβιας, αερόβιων και ανοξικών φάσεων, με σκοπό την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών για την αποτελεσματικότερη λειτουργία του και τη μεγιστοποίηση της φόρτισης του αζώτου. Η περίοδος λειτουργίας του εργαστηριακού συστήματος IFAS-SBR, μπορεί να διαχωριστεί σε τέσσερις διακριτές πειραματικές περιόδους, με βάση τη φόρτιση αζώτου. Συγκεκριμένα, η πρώτη φάση λειτουργίας διήρκησε 80 ημέρες και αποσκοπούσε στην εφαρμογή των διεργασιών νιτρωδοποίησης / απονιτρωδοποίησης, με δεδομένο ότι η αιωρούμενη βιομάζα που χρησιμοποιήθηκε ήταν εγκλιματισμένη στην επεξεργασία στραγγιδίων, δηλαδή υψηλού αμμωνιακού φορτίου. Πραγματοποιήθηκε σταδιακή αύξηση της φόρτισης αζώτου, με εύρος τιμών 0.14 – 0.36 kgN.m-3.d-1 και επιτεύχθηκαν ποσοστά απομάκρυνσης ολικού αζώτου και αμμωνίας αρκετά υψηλά, με μέσες τιμές 94.7% και 95% αντίστοιχα. Από τα πειράματα batch που διεξήχθησαν, οι ρυθμοί νιτρωδοποίησης και απονιτρωδοποίησης ήταν περίπου 4.7 ± 1.9 mgNOx-N/gVSS.h και 16.2 ± 10.1 mgNOx-N/gVSS.h, αντιστοίχως. Κατά τη δεύτερη φάση λειτουργίας, εφαρμόσθηκε υψηλότερη φόρτιση αζώτου ρυθμίζοντας αναλόγως τις παραμέτρους και συνθήκες του πειράματος. Η περίοδος αυτή ξεκίνησε από τις 31/01/2019 έως και τις 18/03/2019 με μέση φόρτιση αζώτου 0.38 ± 0.03 kgN.m-3.d-1 και μέγιστη τιμή στα 0.45 kgN.m-3.d-1. Τα ποσοστά απομάκρυνσης που επιτεύχθηκαν στη συγκεκριμένη χρονική περίοδο, παρέμειναν εξίσου υψηλά με την πρώτη περίοδο με ποσοστό απομάκρυνσης αμμωνίας περίπου 88 % και ολικού αζώτου 87.8 %. Οι ρυθμοί NUR της δεύτερης φάσης λειτουργίας ήταν υψηλότεροι σε σχέση με την πρώτη περίοδο κατά 27.5% και ίσοι με 22.35 ± 5.06 mgNOx-N/gVSS.h, ενώ οι ρυθμοί AUR παρέμειναν σχεδόν σταθεροί με μια μικρή ανοδική πορεία, στα 6.23 ± 3.26 mgNOx-N/gVSS.h. Την περίοδο από τις 19/03/2019 έως και τις 2/05/2019, η οποία αποτέλεσε την τρίτη περίοδο λειτουργίας του αντιδραστήρα IFAS-SBR, παρουσιάστηκε στα τροφοδοτούμενα στραγγίδια κάποια αναχαιτιστική ουσία, η οποία μείωσε την απόδοση του συστήματος ως προς την απομάκρυνση της αμμωνίας και του αζώτου και επηρέασε κυρίως την δράση των νιτρωδοποιητών. Προκειμένου να μπορέσει το σύστημα να ανταποκριθεί στην επεξεργασία των στραγγιδίων, μειώθηκε η φόρτιση αζώτου του συστήματος με μέση τιμή NLR 0.18 ± 0.07 kgN.m-3.d-1. Παρόλα αυτά, τα ποσοστά απομάκρυνσης τόσο της αμμωνίας όσο και του ολικού αζώτου, παρέμειναν υψηλά μετά τη μείωση της φόρτισης με τιμές 90.7 % και 90.5 % αντίστοιχα. Η τέταρτη περίοδος λειτουργίας είχε διάρκεια 63 ημέρες, με σκοπό όχι μόνο την εφαρμογή των διεργασιών νιτρωδοποίησης / απονιτρωδοποίησης και της αύξησης του NLR, αλλά παράλληλα και τον βαρυτομετρικό προσδιορισμό της προσκολλημένης βιομάζας των βιοφορέων. Η μέγιστη φόρτιση αζώτου όπου εφαρμόσθηκε ήταν 0.7 kgN.m-3.d-1 και επιτεύχθηκαν υψηλά ποσοστά απομάκρυνσης NH4-N 93.8 % και TN 92 %. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η φόρτιση είναι κατά 25% υψηλότερη από τη μέγιστη φόρτιση αζώτου που έχει επιτευχθεί στο πιλοτικό σύστημα SBR της Ψυττάλειας με αιωρούμενη βιομάζα. Οι ρυθμοί νιτρωδοποίησης AUR ήταν σταθεροί όπως και στις υπόλοιπες διακριτές περιόδους, ενώ οι ρυθμοί απονιτρωδοποίησης ήταν πολύ υψηλοί με μέγιστο ρυθμό NUR ίσο με 48.7 mgNOx-N/gVSS.h. Τέλος, η ανάλυση του βιοφίλμ των βιοφορέων έγινε προσδιορίζοντας το βάρος της βιομάζας, όπου παρατηρήθηκε σταδιακή αύξηση της μάζας των στερεών κάθε περίπου 10 ημέρες που εκτελούνταν οι αναλύσεις. Η μάζα στερεών ανά βιοφορέα όπως προσδιορίστηκε, ήταν 43.5 mgTSS/biocarirer την 180 ημέρα λειτουργίας του αντιδραστήρα και αυξήθηκε στα 91.5 mgTSS/biocarirer έπειτα από 46 ημέρες. Τέλος, για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της λειτουργίας του συστήματος IFAS-SBR, πραγματοποιήθηκαν πειράματα batch εκτός του αντιδραστήρα με ανάμεικτο υγρό από το σύστημα IFAS-SBR χωρίς βιοφορείς και in situ tests στο υπό εξέταση σύστημα. Οι ρυθμοί ΝUR, παρουσιάστηκαν αρκετά υψηλοί και στις τέσσερις διακριτές περιόδους, με μέγιστους ρυθμούς μέχρι και 77% υψηλότερους στο σύστημα IFAS-SBR. Σε αντίθεση οι ρυθμοί AUR,δεν παρουσίασαν σημαντικές διαφορές, με/ή χωρίς τη χρήση βιοφορέων, καθώς πλην ελαχίστων εξαιρέσεων οι ρυθμοί ήταν παρόμοιοι. Επισημαίνεται λοιπόν ότι η προσκολλημένη βιομάζα, φαίνεται να αποτέλεσε ενισχυτικό παράγοντα κατά την απονιτρωδοποίηση του συστήματος επεξεργασίας στραγγιδίων.	el
heal.abstract	This master thesis examined the efficiency of an innovative IFAS-SBR process (Integrated Fixed-Biofilm and Activated Sludge Sequencing Batch Reactor), in removing the nitrogen from reject water from thermally pre-treated sludge, using the nitritation/denitritation process. The reject water from the sludge line originated from Psyttalia WWTP. The main focus of this master thesis was to prove whether a single –stage IFAS-SBR process can be applied to remove ammonia and nitrogen from sludge reject water through nitritation/denitritation. We examined the start-up process and the influence of different operating parameters and conditions, such as the Hydraulic Retention Time (HRT), Sludge Retention Time (SRT) and Dissolved Oxygen (DO), in order to achieve the optimal performance in terms of the nitrogen loading rate. In addition, we examined the impact of the attached biomass on nitritation/denitritation processes in terms of nitrogen removal. The IFAS-SBR process is a combination of both attached and suspended sludge. The biocarriers that were employed in the reactor provided a protected surface area for the growth of the attached biomass. The treatment was carried out at a lab scale reactor with an active volume of 25 L. The system consisted of an SBR (Sequencing Batch Reactor) filled in with 30% of HEL-X-TYPE 8 biocarriers. A PLC was used for the real time control of the operation. The experimental investigation took place in the Sanitary Engineering Laboratory and lasted from 12/11/2018 to 05/07/2019. The lab-scale IFAS-SBR unit operated under alternating anaerobic, aerobic and anoxic phases, in order to identify the conditions for its optimal operation. The operation of the IFAS-SBR system can be divided into four distinguishable phases based on the nitrogen loading rate (NLR) implemented. More specifically, the first operational period lasted for 80 days in which the start-up and the stabilization of nitritation/denitritation process took place. The biomass which was used as inoculum originated from a pilot scale unit treating reject water via the nitrite pathway. A gradual nitrogen loading rate increase occurred at the range of 0.14 – 0.36 kgN.m-3.d-1 and high rates of total nitrogen and ammonium nitrogen removal were achieved with an average removal percentage of 94.7 % and 95 % respectively. At the same time, through a series of batch assays conducted, it was found that the nitritation and denitritation rates were approximately 4.7 ± 1.9 mgNOx-N/gVSS.h and 16.2 ± 10.1 mgNOx-N/gVSS.h, respectively. During the second operational period, the main focus was the increase of the NLR and the appropriate adjustment of the experimental conditions. At this period from 31/01/2019 to 18/03/2019, the average nitrogen load was 0.38 ± 0.03 kgN.m-3.d-1 and the maximum was 0.45 kgN.m-3.d-1. The removal rates during this period remained high with an average ammonium nitrogen removal of 88 % and a total nitrogen removal equal to 87.8 %. The Nitrogen Uptake Rates (NUR) have been determined higher than period 1 and were equal to 22.35 ± 5.06 mgNOx-N/gVSS.h which represents an 27.5% increase compared to period 1. The Ammonia Uptake Rates (AUR) remained almost the same as in period 1 with a gradual upward trend to 6.23 ± 3.26 mgNOx-N/gVSS.h. During the third operational period of the IFAS – SBR reactor, which was implemented from 19/03/2019 to 2/05/2019, the presence of an inhibiting substance in the fed reject water resulted in decreased performance. This reduced reactor’s efficiency and affected mainly the activity of the ammonia oxidizing bacteria. Consequently, the nitrogen loading rate was reduced at an average value of 0.18±0.07 kgN.m-3.d-1. Nevertheless, both ammonia and total nitrogen removal efficiency were at high levels of about 90.7 % and 90.5 %, respectively. The fourth operational period lasted 63 days with the aim of implementing a higher NLR and also determining the mass of attached biomass on biocarriers and evaluate their effect on nitrogen removal. The maximum nitrogen loading rate that was applied was equal to 0.7 kgN.m-3.d-1 which represents an increase of 40% compared to the maximum NLR obtained at the existing suspended biomass pilot-scale SBR located in Psyttalia. High performance in terms of NH4-N (93.8 %) and TN (92 %) removal was achieved. The nitritation rates (AUR) were stable during all the distinguishable phases, while the denitritation rates were significantly high with the maximum NUR rate being equal to 48.7 mgNOx-N/gVSS.h. Additionally, the biofilm analysis of media was performed by determining the biomass weight, which showed a gradual increase in terms of TSS of attached biomass every approximately 10 days of analysis. The mass of solids per biocarrier was determined equal to 43.5 mgTSS/biocarirer at the 180th operational day and was increased in 91.5 mgTSS/biocarirer, after 46 days. Finally, in-situ and ex-situ batch experiments were carried out with and without biocarriers in order to evaluate the effectiveness of the IFAS-SBR system. Nitrite Uptake Rates (NUR) were significantly higher for the IFAS-SBR compared to the suspended biomass during all the four distinct operational periods. The maximum rates measured using biocarriers and percentage deviation up to 77% compared to NUR rates with only suspended biomass. Instead, Ammonia Uptake Rates (AUR) were similar in both occasions of using/or not biocarriers. It is noted that the adherent attached biomass appears as an enhancing factor in the denitritation process.	en
heal.advisorName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Νάνου, Αικατερίνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	113 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false