Διερεύνηση βέλτιστων συνθηκών επίτευξης βιολογικής απομάκρυνσης φωσφόρου σε συστήματα απομάκρυνσης αζώτου μέσω νιτρωδοποίησης-απονιτρωδοποίησης

Κούκουρα, Ασημίνα; Koukoura, Asimina

dc.contributor.author	Κούκουρα, Ασημίνα	el
dc.contributor.author	Koukoura, Asimina	en
dc.date.accessioned	2021-01-08T07:46:01Z
dc.date.available	2021-01-08T07:46:01Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52736
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20434
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 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου	el
dc.subject	ΒΙολογική απομάκρυνση αζώτου	el
dc.subject	Αυτόχρονη νιτρωδοποίηση-απονιτρωδοποίηση	el
dc.subject	Επίδραση FNA στην ανοξική απομάκρυνση φωσφόρου	el
dc.title	Διερεύνηση βέλτιστων συνθηκών επίτευξης βιολογικής απομάκρυνσης φωσφόρου σε συστήματα απομάκρυνσης αζώτου μέσω νιτρωδοποίησης-απονιτρωδοποίησης	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-30
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η διερεύνηση των βέλτιστων συνθηκών βιολογικής απομάκρυνσης φωσφόρου σε συστήματα απομάκρυνσης αζώτου μέσω νιτρωδοποίησης-απονιτρωδοποίησης. Για την επίτευξη των στόχων της παρούσας εργασίας χρησιμοποιήθηκε αντιδραστήρας διαλείποντος έργου εναλλασσόμενων φάσεων λειτουργίας –SBR με σκοπό την ανάπτυξη των πολυφωσφορικών βακτηρίων. Το σύστημα δεχόταν στραγγίδια αφυδάτωσης από την γραμμή ιλύος της μονάδας επεξεργασίας λυμάτων Ψυττάλειας, ως κύρια πηγή αμμωνιακού αζώτου. Τα στραγγίδια προκύπτουν από την αφυδάτωση της ιλύος μετά την αναερόβια χώνευση και περιέχουν υψηλά φορτία αζώτου και φωσφόρου, τα οποία επανακυκλοφορούν στον βιολογικό αντιδραστήρα, με αποτέλεσμα την αύξηση του φορτίου των θρεπτικών στοιχείων. Το επιπλέον φορτίο θρεπτικών μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία του συστήματος, δημιουργώντας διατάραξη της ισορροπίας στις βιολογικές διεργασίες του αντιδραστήρα. Η απομάκρυνση του αζώτου μέσω των βιολογικών διεργασιών νιτρωδοποίησης-απονιτρωδοποίησης έχει κερδίσει έδαφος τα τελευταία χρόνια στην επεξεργασία των αστικών λυμάτων, λόγω των μειωμένων απαιτήσεων σε οξυγόνο και οργανικού φορτίου, συγκριτικά με την συμβατική νιτροποίηση-απονιτροποίηση. Για την απομάκρυνση του φωσφόρου, η βιολογική επεξεργασία προτιμάται ως μια οικονομική λύση. Ωστόσο το νιτρώδες άζωτο (NO2-N) και συγκεκριμένα η πρωτονιομένη του μορφή γνωστή ως ελεύθερο νιτρώδες οξύ (HNO2), έχει παρατηρηθεί ότι αναχαιτίζει την λειτουργία των πολυφωσφορικών βακτηρίων (PAOs). Η παρουσία του ελεύθερου νιτρώδους οξέος καθιστά δύσκολη την βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου μέσω της νιτρωδοποίησης-απονιτρωδοποίησης. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί συνέχεια προηγούμενων εργασιών που έχουν διεξαχθεί στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας της σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Βασικός στόχος της παρούσας έρευνας είναι η διερεύνηση των βέλτιστων συνθηκών ανάπτυξης των πολυφωσφορικών βακτηρίων υπό συνθήκες νιτρωδοποίησης-απονιτρωδοποίησης. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στον ρόλο του προπιονικού οξέος ως πηγή άνθρακα για την προώθηση της ανοξικής δραστηριότητας των PAOs και την παράλληλη αναχαίτιση των κύριων ανταγωνιστικών μικροβιακών ομάδων. Για την επίτευξη των στόχων της παρούσας εργασίας αναπτύχθηκε καλλιέργεια πολυφωσφορικών βακτηρίων σε αντιδραστήρα εναλλασσόμενων φάσεων λειτουργίας (SBR) με ανάμικτο υγρό από την ΕΕΛ της Ψυττάλειας. Η λειτουργία του συστήματος διήρκησε περίπου 7 μήνες, από τις 2 Οκτωβρίου έως τις 24 Απριλίου 2020 και χωρίζεται σε δύο χρονικές περιόδους. Η πρώτη περίοδο αφορά το χρονικό διάστημα από 2 έως 30 Οκτωβρίου 2019 και η δεύτερη περίοδος από 6 Νοεμβρίου 2019 έως τις 24 Απριλίου 2020. Η πρώτη προσπάθεια επίτευξης βιολογικής απομάκρυνσης φωσφόρου με ταυτόχρονη νιτρωδοποίηση-απονιτρωδοποίηση απέτυχε, με αποτέλεσμα την νέα εκκίνηση του συστήματος στις 6 Νοεμβρίου 2019. Κατά την διάρκεια της παρούσας έρευνας επιτυγχάνονταν καθημερινοί έλεγχοι στο σύστημα, που αφορούσαν την θερμοκρασία, το pH και το οξυγόνου, ενώ ταυτόχρονα γινόντουσαν μετρήσεις του αμμωνιακού αζώτου στην εκροή, με σκοπό την διερεύνηση της απόδοσης του συστήματος ως προς την απομάκρυνση αμμωνίας και την δυναμική ρύθμιση του εισερχόμενου φορτίου. Ακόμα, πραγματοποιούταν σε εβδομαδιαία βάση ανάλυση των εξής συμβατικών ρύπων στον αντιδραστήρα:PO4-P, NH4-N, COD, NO3-N, NO2-N, TSSκαι VSS. Στόχος ήταν ο έλεγχος της λειτουργίας του συστήματος, όσον αφορά τις βιολογικές διεργασίες των μικροοργανισμών. Εκτός από τους τακτικούς ελέγχους στον αντιδραστήρα πραγματοποιήθηκαν και πειράματα ασυνεχούς λειτουργίας batch, τα οποία διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, αυτές του ελέγχου της κατάστασης της βιομάζας των πολυφωσφορικών βακτηρίων μέσω υπολογισμού του ανοξικού ρυθμού δέσμευσης φωσφόρου (PUR) και την διερεύνηση της αναχαίτισης στην ανοξική δέσμευση φωσφόρου λόγω υψηλών συγκεντρώσεων νιτρωδών.Πραγματοποιήθηκαν τρεις σειρές πειραμάτων ασυνεχούς λειτουργίας batch, με σκοπό την διερεύνηση της επίδρασης του νιτρώδους αζώτου στον ανοξικό μεταβολισμό των PAOs. Η πρώτη σειρά έγινε σε σταθερή τιμή pH ίση με 8 και περιλαμβάνει τέσσερα batchπειράματα με συγκεντρώσεις νιτρώδους αζώτου 95 mg/L, 170 mg/L, 270 mg/L και 350 mg/L. Η δεύτερη σειρά εκτελέστηκε σε σταθερή τιμή pH ίση με 8.5 και αποτελείται από δύο πειράματα batch που εξετάστηκαν σε συγκεντρώσεις νιτρώδους αζώτου 180 mg/L και 330 mg/L. Η τελευταία σειρά πειραμάτων λειτούργησε αντίστροφα, ώστε να διερευνηθεί η επίδραση του pH στην συγκέντρωση νιτρωδών και συγκεκριμένα στου ελεύθερου νιτρώδους οξέος (FNA) καθώς είναι ο κύριος αναχαιτιστικός παράγοντας στην δραστηριότητα των πολυφωσφορικών βακτηρίων. Συνολικά εκτελέστηκαν τέσσερα batch πειράματα, όπου το κάθε ένα αποτελούταν από ένα control και δύο ή τρείς περιέκτες σε pH 7, 7.5 και 8 και πραγματοποιήθηκαν σε συγκεντρώσεις νιτρώδους αζώτου 25 mg/L, 30 mg/L και 45 mg/L. Η μέγιστη αναχαίτιση του ρυθμού ανοξικής δέσμευσης φωσφόρου για pH ίσο με 8 ήταν 90 %, σε συγκέντρωση νιτρώδους αζώτου ίση με 350 mg/L. Για pH = 7 και συγκέντρωση νιτρώδους αζώτου ίση με 45 mg/L η υψηλότερη τιμή αναχαίτισης ήταν 100 %. Τα παραπάνω αποτελέσματα έρχονται σε συμφωνία με τα αποτελέσματα του Φραγκισκάτος (2017), ο οποίος παρατήρησε μέγιστη αναχαίτιση100 % για pH = 8 και συγκέντρωση νιτρώδους αζώτου ίση με300 mg/L. Παρ όμοια συμπεριφορά επιβεβαιώθηκε και για μικρότερες τιμές pH καθώς ο βαθμός αναχαίτισης των πολυφωσφορικών βακτηρίων εξαρτάται άμεσα την τιμή του pH όταν ο τοξικός παράγοντας που εξετάζεται είναι τα νιτρώδη. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τα πειράματα διερεύνησης της επίδρασης του FNA στον ανοξικό μεταβολισμό των PAOs, συμφωνούν με τα αποτελέσματα των Αργυροπούλου (2018), Φραγκισκάτος (2017) και Θεμελή (2019), που μελέτησαν την επίδραση του FNA στην αερόβια απομάκρυνση φωσφόρου. Επομένως φαίνεται ότι η ανοξική απομάκρυνση φωσφόρου επηρεάζεται το ίδιο με την αερόβια απομάκρυνση φωσφόρου υπό την παρουσία FNA. . Εκτός από την διερεύνηση της επίδρασης του FNAστον ανοξικό μεταβολισμό των PAOs, πρ αγματοποιήθηκαν κατά καιρούς πειράματα batch για τον έλεγχο της κατάστασης των πολυφωσφορικών βακτηριών, μέσω του αερόβιου και ανοξικού ρυθμού δέσμευσης φωσφόρου –PUR. Οι μέγιστοι ρυθμοί ανοξικής και αερόβιας δέσμευσης φωσφόρου που παρατηρήθηκαν ήταν PURanox = 17.6 mgP/VSS-hr και PURaer = 28.4 mgP/VSS-hrαντίστοιχα.Αξίζει να σημειωθεί ότι η επιλογή του προπιονικού οξέος ως πηγή οργανικού άνθρακα σε συνδυασμό με την παραμονή της βιομάζας σε ανοξικές συνθήκες μετά την αερόβια φάση χωρίς προσθήκη οργανικού φορτίου, ήταν μια αποδοτική στρατηγική για την ανάπτυξη των πολυφωσφορικών βακτηρίων. Το γεγονός αυτό έδωσε ανταγωνιστικό πλεονέκτημα στα πολυφωσφορικά βακτήρια και δεν επέτρεψε την ανάπτυξη των Competibacter και Defluviicoccus vanus, σημειώνοντας μια σημαντική σταθερότητα στο σύστημα η οποία διήρκησε για 6 μήνες.	el
heal.advisorName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	149 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false