1. Inleiding
Verbeterde biologische nutriëntenverwijdering (BNR) is een cruciaal onderdeel van conventionele actiefslibsystemen (CAS), met als doel de stikstof- en fosforconcentraties te verlagen om te voldoen aan de steeds strengere regelgeving voor de lozing van afvalwater. Traditionele CAS-systemen zijn vaak afhankelijk van continue beluchting en vaste operationele parameters, die de efficiëntie van de nutriëntenverwijdering kunnen beperken, vooral onder fluctuerende influentomstandigheden. De studie onderzoekt operationele aanpassingen, waaronder intermitterende beluchting en optimalisatie van de slibleeftijd, om de verwijdering van nutriënten te verbeteren zonder grote veranderingen in de infrastructuur, en biedt praktische richtlijnen voor het moderniseren van bestaande installaties.
2. Materialen en methoden
Reactors op pilot-schaal zijn ontworpen om verschillende operationele omstandigheden te vergelijken. De beluchtingsmodi omvatten continue en intermitterende beluchtingscycli, terwijl de slibretentietijden (SRT) varieerden van 5 tot 20 dagen. De koolstof-tot-stikstof (C/N) verhoudingen werden aangepast van 4 naar 10 om hun effect op de verwijdering van voedingsstoffen te evalueren. Als influent werd gemeentelijk secundair effluent gebruikt. De stikstof- en fosforconcentraties werden dagelijks gecontroleerd. De samenstelling van de microbiële gemeenschap werd beoordeeld met behulp van 16S rRNA-sequencing, waarbij de nadruk lag op de verrijking van nitrificerende en denitrificerende bacteriën onder verschillende operationele strategieën. Er werden adaptieve controlestrategieën geïmplementeerd om de effluentstabiliteit onder influentvariabiliteit te evalueren.
3. Resultaten
Intermitterende beluchting in combinatie met een geoptimaliseerde slibleeftijd verbeterde de efficiëntie van de nutriëntenverwijdering aanzienlijk. De ammoniumverwijdering overschreed consistent de 95%, de totale stikstofverwijdering varieerde van 80% tot 90% en de totale fosforconcentraties daalden onder optimale omstandigheden tot onder 1 mg/l. Microbiële analyse onthulde een selectieve verrijking van nitrificerende en denitrificerende bacteriën, wat correleerde met een verbeterde verwijdering van voedingsstoffen. Continue monitoring en adaptieve controle handhaafden een stabiele effluentkwaliteit, zelfs wanneer de influentconcentraties varieerden. Vergelijkende analyses toonden aan dat intermitterende beluchting een superieure verwijdering van stikstof en fosfor opleverde in vergelijking met continue beluchting, terwijl de optimalisatie van SRT de procesprestaties verder verbeterde.
4. Discussie
De resultaten geven aan dat operationele aanpassingen in CAS-systemen de verwijdering van voedingsstoffen aanzienlijk kunnen verbeteren zonder dat dure infrastructuurupgrades nodig zijn. Intermitterende beluchting creëert afwisselende aerobe en anoxische omstandigheden die gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie bevorderen. Een geoptimaliseerde slibleeftijd zorgt voor een evenwichtige microbiële populatie, wat een stabiele biologische activiteit ondersteunt. De studie benadrukt het belang van het begrijpen van de dynamiek van de microbiële gemeenschap en het toepassen van adaptieve controle om te reageren op invloedrijke variabiliteit. Deze bevindingen bieden praktische richtlijnen voor afvalwaterzuiveringsinstallaties die de kwaliteit van het afvalwater op kosteneffectieve wijze willen verbeteren en tegelijkertijd aan strengere wettelijke eisen willen voldoen.
5. Conclusie
Verbeterde biologische nutriëntenverwijdering in conventionele actiefslibsystemen kan worden bereikt door intermitterende beluchting te combineren met een geoptimaliseerde slibleeftijd. Deze strategie verbetert de verwijdering van stikstof en fosfor, bevordert gunstige verschuivingen in de microbiële gemeenschap en zorgt voor een stabiele effluentkwaliteit onder variabele omstandigheden. De vergelijkende aanpak biedt een haalbare en kosteneffectieve methode voor het moderniseren van bestaande CAS-fabrieken, waarmee wordt aangetoond dat operationele aanpassingen substantiële voordelen voor het milieu en de regelgeving kunnen opleveren zonder grote investeringen in de infrastructuur.