Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanl



Relaterede dokumenter

RENS-TEK - Andre Renseteknologier

Optimeret nitrifikation i biofiltre på modeldambrug, type 3

Chr. Graver cand. scient. biologi

RENS-TEK Optimerede rensningsteknologier til forbedret drift af recirkulerede opdrætsanlæg

REFA - Renseteknologier til fremtidens akvakultur. Kenneth F. Janning Urban and Industry, DHI-DK

Fra gennemstrøms-teknologi via genbrug af vand til anvendelse af recirkuleringsteknologi. Bjarne Hald Olsen, Adm. Direktør i Billund Aquaculture

Hvad er udfordringen. Lattergasudfordringer ved drift af deammonifikationsanlæg EUREAU 1

Muligheder for optimering af nitrifikation og denitrifikation på Modeldambrug

INTER AQUA ADVANCE. Fremtidens Smolt Produktion Sunndalsøra Oktober 2014

Renseteknologi- et eksempel

2. Spildevand og rensningsanlæg

Renseteknologi- et eksempel

Ammoniumproblemer på danske vandværker

METANFJERNELSE I VANDVÆRKER- UNDERSØGELSE AF MIKROBIEL VÆKST

Anleggs- og funktionsbeskrivelse. Klekke-anlegg

Driftberetning. Stege Renseanlæg. Stege renseanlæg Skydebanevej Stege

Har I overskridelser af ammonium og nitrit?

FREMTIDENS SMOLTPRODUKSJON. I n t e r A q u a A d v a n c e - I A A A / S

Driftberetning. Damsholte Renseanlæg. Damsholte Renseanlæg Sivvej Stege

DW BIOFILTERS: Hvordan fungerer de mikrobiologiske processer i sandfiltre i drikkevandsbehandling?

Er det N eller P, der er problemet i Fjordene? Senior biolog Erik Kock Rasmussen DHI vand miljø sundhed

Gødningslære A. Faglærer Karin Juul Hesselsøe

BIOKUBE TYPEGODKENDTE RENSEANLÆG TIL EJENDOMME I DET ÅBNE LAND OG I SOMMERHUSOMRÅDER

Petersværft Renseanlæg

Rensning for salte. Nikolaj Bjerring Jensen

RENS-TEK Optimerede rensningsteknologier til forbedret drift af recirkulerede opdrætsanlæg

DANVA Temadag 21. juni 2012 Procesoptimering på renseanlæg. Ændret drift på Viby renseanlæg. Flemming B. Møller, Aarhusvand

Hvad er de miljømæssigt acceptable koncentrationer af kvælstof i drænvand i forhold til vandmiljøets tilstand

Ammoniaktolerante mikroorganismer til behandling af ammoniakholdigt affald

Dansk Vand Konference 2010

Temadag om vandbehandling og korrosion

Professionelle produkter til dit akvarium. Akvarium start Akvarium vedligeholdelse Plantepleje

1 Skemaforklaring. Skemaerne dækker status og plan. I status er anført et Ja ud for de oplande/renseanlæg/udløb,

Application Water Utility. Christian Schou Application manager, Grundfos GMA. Application Water Utility. Hvad oplever i. - derude med Svovlbrinte???

Mermiss. Miljø og Energieffektiv Rensing af MIljøfremmende. Stoffer i Særligt belastet industrispildevand. Christina Sund Krüger A/S

BLÅT TEMA. Fra råvand til drikkevand

Produktion i plantelaguner

Besøg. Fredensborgværket

Lokal rensning af vejvand med skivefilter

FISKE ANATOMI DTU Aqua, Danmarks Tekniske Universitet

Dambrugsteknologi. Optimering af driften på etablerede modeldambrug og fortsat videreudvikling af recirkuleringsteknologien

Vandkvalitet og kontrol

Rensning af byspildevand med alger efterår 2012

Kilde: Civilingeniør Annelise Petersen, R. Dons' Vandanalytiske Laboratorium

DANSK FJERNVARME. Glykol systemer korrosion m.m.

Figur 1 Skitse af nedsivningsanlæg

Hej XXXXX Rigtigt godt emne da der er flere parameter i dette spørgsmål som der skal tages stilling til.

Test af filter reaktor opbygget at BIO- BLOK pa biogasanlæg i Foulum.

Separat regnvand. Er ikke kun problematisk ved nedsivning også ved udledning til recipienter WATER TECHNOLOGIES

Fremtidens biologiske rensning af spildevand

Bassiner og effektiv fosforfjernelse. Sara Egemose, Biologisk Institut, SDU

Pumpestation. Hjem/Industri. Det rene vand fra vandværket omdannes til spildevand. Alt, hvad der ryger i kloakken, skal nu ud på en rejse.

FISKE ANATOMI DTU Aqua, Danmarks Tekniske Universitet

ICEU: Intelligent udnyttelse af kulstof og energi på renseanlæg

DRÆNFILTERTEKNOLOGIER TIL OPTIMERET NÆRINGSSTOFFJERNELSE

Lavet af: Det moderne renseanlæg Kim F. Hansen

Hæmning af nitrifikationsprocessen i aktiv slam ved tilsætning af processpildevand fra Statoil Refining Denmark A/S.

Grønne flokkulanter kan være fremtiden

Viden om forureningsbelastningen fra overløbsbygværker og interne overløb på renseanlæg IDA Miljø-møde Forurening fra overløbsbygværker

Erfaring med RAS og Modeldambrug

Vandkvalitet og risiko for korrosion. Leon Buhl Teknologisk Institut

Kvælstof - et tveægget sværd Lars Bo Pedersen Dansk Juletræer

Resultater fra vandkemiske undersøgelser i forbindelse med EU LIFE projekt Mere liv i Susåen

Diffusionsbegrænset reaktionskinetik

Fjordbundens betydning for omsætningen af næringsstoffer

Udfordringer ved lange transportledninger til spildevand

BIOLOGISK LUGTFJERNELSE Med eksempel fra Renseanlæg Lynetten, København

Hvad betyder? Sådan læser Du en vandanalyse: Direkte undersøgelse:

Stofomsætning i havbunden

Minirens - også til sommerhuse!

RENSNING OG GENBRUG AF SPILDEVAND

Transkript:

Temadag Vandbehandling i recirkulerede opdrætsanl tsanlæg Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanl tsanlæg - Kinetik i biofilter anlæg Kenneth Janning DHI

Recirkulation i fiske opdrætsanlæg Q ind Q ud TAN mg (NH 4 -N+NH 3 -N)/l Fiskekar Filtrering Biologisk rensning Problemstilling: Vandkvalitet i opdrætsvand Vandkvalitet ved udledning til recipient Q ind m 3 /d

Processer og kinetik i biologiske filtre Hvad er en biofilm? Hvorfor anvende biofilm teknologi som rensning i fiske opdrætsanl tsanlæg? Biologiske processer i biofiltre Biofilm kinetik procesbeskrivelser og omsætningshastigheder Vandkvalitetskrav s s betydning for design af biofiltre Populationsdynamik i biofiltre konkurrencen om ilten

Hvad er en biofilm? Et biofilter består r af et medie (plast, sten, træ,, metal ) ) med stor overflade hvorpå en biofilm af bakterier sidder fasthæftet ftet og fikseret i et fintmasket netværk (EP) Biofilmen tilføres næring når r filtret beskylles med opdrætsvand indeholdende stoffer som primært rt udskilles fra fiskene. tofferne transporteres ind i biofilmen ved molekylær r diffusion

Hvad er en biofilm? Bakterierne i biofilmen formerer sig ved næringstilfn ringstilførslen, rslen, hvilket får r biofilmen til at vokse sig tykkere Bakterierne i biofilmen lever i en økologisk balance som får f r de hurtigst voksende til at udkonkurrere de langsommere voksende, afhængigt af den næring n og koncentrationen hvormed næringen n tilføres

Hvorfor anvende biofilm teknologi til fiske opdrætsanlæg? Fordele ved anvendelse af biofiltre til fiske opdrætsanl tsanlæg Biofiltre ideelle til biologisk rensning af opløste stoffer Biofiltre kan opretholde en høj h celleopholdstid Langsomt voksende bakterier (nitrifikanter( nitrifikanter) ) udvaskes ikke Processtabil Beskyttelse i biofilm Kan udsættes for en høj h j og variabel hydraulisk belastning Kompakt og ofte simpelt design elvrensende Mulighed for integreret løsning l af CO -fjernelse, iltning, køling k samt nitrifikation (Rislefiltre)

Hvorfor anvende biofilm teknologi til fiske opdrætsanlæg? Risici ved anvendelse af biofiltre til fiske opdrætsanl tsanlæg Følsomme overfor overbelastning (rislefiltre) Manglende biofilmkontrol Ukontrollabel biofilmafrivning Tilstopning af biofiltre Lang oppodningstid (nitrifikation) Forskellig populationdynamisk vækst giver risiko for overbegroning af nitrifikanter Diffusionsbegrænset nset omsætning resulterer i lav omsætningshastigheder ved rensning i lave koncentrationer

toffjernelse i recirkulerede fiske opdrætsanlæg Partikler (ned til 40-60 μm) Filtrering Total Ammoniak, TAN (NH 4+ +NH 3 ) Nitrit, NO - Nitrat, NO - 3 Opløst omsætteligt COD CO Biofilter Biofilter Biofilter Biofilter Biofilter/udluftning Biofiltrene er den mest følsomme f procesenhed, som sammen med den fysiske filtrering udgør kernen i den rensningsmekanisme som kan opretholde en god og ensartet vandkvalitet i et recirkuleret fiske opdrætsanl tsanlæg.

Nitrifikationen nøgleprocessen i det biologiske renseanlæg Problemstillinger ved nitrifikation i biofiltre Nitrifikanter er langsomt voksende lang oppodningstid Nitrifikanter skal konkurrere med hurtigere voksende bakterier om den tilstedeværende ilt i biofilmen overbegroning Vandkvalitetskravet til TAN er ofte meget lavt lav omsætningshastighed Meget følsomme f overfor fald i alkalinitet, ph og temperatur lav omsætningshastighed Kan under stressede forhold producere nitrit toksisk i vandmiljø Er følsomme f overfor partikler i vandet, som kan afskærme bakterierne i at fåf tilstrækkelige kkelige iltbetingelser Filtrering foran biofiltre ofte påkrp krævet

Nitrifikationen nøgleprocessen i det biologiske renseanlæg NH + 4 HCO + 3 O AUTOTROFE BAKTERIER KRÆVER: + NH 4+ (elektrondoner,, energikilde) + O (elektron acceptor,, iltningsmiddel) + Alkalinitet + Uorganisk kulstof Organisk stof (COD) Nitrosomonas bakterier H CO 3 NO - O HCO + 3 Nitrobakter bakterier NO - 3 H CO 3

Denitrifikationen processen som sikrer fuld kvælstoffjernelse Problemstillinger ved denitrifikation i biofiltre Kræver organisk kulstof De fleste DN bakterier kan både b bruge ilt og nitrat som iltningsmiddel for omsætning af COD. Er både b ilt og nitrat tilstede vil de først f omsætte ilten pga. et større energiudbytte Kulstofkilden skal være v påp opløst form og være v letomsættelig ttelig Iltfølsom lsom Kan under stressede forhold producere nitrit

Denitrifikationen processen som sikrer fuld kvælstoffjernelse Toksiske i vandmiljø O COD NO - 3 NO - NO N O N Næringsstoffer H + CO HETEROTROFE BAKTERIER KRÆVER: + Organisk stof (COD) + NO 3- og O + Aciditet + Næringsstoffer, N N, P, K, Fe,

Nitrifikation Denitrifikationen Problemstillinger ved kombineret nitrifikation (N) denitrifikation (DN) i biofiltre N kræver ilt, DN tåler t ikke ilt DN kræver organisk stof, organisk stof er en trussel mod N DN bakterier vokser væsentligt v hurtigere end N bakterier Heterotrofe bakterier vil helst omsætte ilt og COD. Dermed kan COD kilden let reduceres til skade for de denitrificerende bakterier

Kinetik i biofiltre Omsætning i den enkelte bakterie: Væksthastighed, μ d -1 μ max μ max / μ obs = μ max + K K ubstratkoncentration g/m 3 K -værdier,, nitrifikation (Nitrisomonas( Nitrisomonas) K,NH4 = 0,3-0,7 0,7 g NH 4 -N/m 3 K,O = 0,5-1,0 g O /m 3 K -værdier,, nitrifikation (Nitrobakter( Nitrobakter) K,NH4 = 0,8-1, g NH 4 -N/m 3 K,O = 0,5-1,5 g O /m 3 Henze et al. (000) Wastewater Treatment, biological and chemical processes

Kinetik i biofiltre Omsætning i en biofilm: Omsætning i biofilmen : N Omskrivning : x r Vf = D x N = x Transport af stof ind i biofilmen : f ; ; N = D f x ; Omsætning af stof i biofilmen med stoftransport (diffusion) : x f = r vf D Beskrivelse af r vf?

Kinetik i biofiltre Omsætning i biofilmen: Væksthastighed, μ d -1 1. orden μ max 0. orden μ max / K K ubstratkoncentration g/m 3 1. ordens tilfældet : 0. ordens tilfældet : r r vf vf = k = k 1 f 0 f vf

Kinetik i biofiltre 1. ordens proces i biofilm Omsætning i vandfasen udenfor biofilmen: 1. ordens tilfældet : < K r r k A A 1 f L = = k 1 f tanhα k L, α = α = arealspecifik omsætningshastighed i vandfasen = 1.ordens hastighedskonstant biofilm tykkelsen D = diffusionskonstant, [ m] [ m / d] 1 f -1 [ d ] L D [ g/m /d] Henze et al. (000). Wastewater treatment, biological and chemical processes

Kinetik i biofiltre 0. ordens proces i biofilm Omsætning i vandfasen udenfor biofilmen: 0. ordens Indtrængnings dybde i biofilmen : β = β > 1: β < 1: tilfældet : > K Biofilmen fuldt penetreret () Biofilmen delvist penetreret (1) D k L 0 f Henze et al. (000). Wastewater treatment, biological and chemical processes

Kinetik i biofiltre 0. ordens proces i biofilm Omsætning i vandfasen udenfor biofilmen: 0. ordens tilfældet : β > 1 r r k A A 0f L = = k 0 f L = arealspecifik omsætningshastighed i = omsætningshastighed i biofilmen biofilmens tykkelse[ m] vandfasen [ g/m / d] 3 [ g/m biofilm / d] 0. ordens tilfældet : β < 1 r r k = substrat koncentrationen i vandfasen D = k A A 0f = k, = arealspecifik omsætningshastighed i vandfasen ½A ½ A k ½ A = ½.ordens hastighedskonstant diffusionskonstant, D k [ m / d] 0 f ½ -½ -1 [ g m d ] 3 [ g/m ] = omsætningshastighed i biofilm g/m = 3 [ biofilm / d] [ g/m / d] Henze et al. (000). Wastewater treatment, biological and chemical processes

Kinetik i biofiltre Problemstillinger, diffusionsbegrænset nset omsætning i biofilm tofkoncentrationen i vandfasen af det substrat som styrer omsætningshastigheden (nitrifikation: ilt, TAN?) bestemmer reaktionshastigheden og reaktionsordnen (1. orden, ½.. orden, 0. orden) i vandfasen af biofiltret Ved rensning ned til meget lave stofkoncentrationer (< 1mg NH 4 -N/l) bliver reaktionshastigheden i biofiltret meget lav Ved rensning ned til meget lave stofkoncentrationer (< 1mg NH4-N/l) N/l) vil kun en meget lille del af biofilmen være v aktiv (10 0μm) Ved rensning ned til meget lave koncentrationer er det kun relevant at operere med en meget tynd biofilm Ved rensning nede i lave koncentrationsregimer kompliceres kinetikforholdene væsentligt, hvilket vanskeliggøre analytisk fortolkning af forholdene i biofiltret

Kinetik i biofiltre Direkte gennemstrømmet mmet biofilter 0. ordensreaktion : ud = ind V ω k Q 0a ½. ordensreaktion : ud = ind ω k½a V + Q 1. ordensreaktion : ud = ind e V ω k Q 1a Henze et al. (000). Wastewater treatment, biological and chemical processes

Kinetik i biofiltre Ideelt opblandet biofilter 0. ordensreaktion : k a A Q 0 ud = ind ½. ordensreaktion : ud = k½a A Q + ind k½a A Q 1. ordensreaktion : ud Q = Q + k 1a ind A Henze et al. (000). Wastewater treatment, biological and chemical processes

Vandkvalitetskrav, fiskeopdræt Vandkvalitetskravenes betydning for omsætningshastigheden i biofiltre? E.H.Eding et al. (006). Design and operation of nitrifying trickling filters in recirculating aquaculture: : A review. Aquaculture Engineering, vol.34, pp.. 34-60 60

Omsætningshastigheder fiskeopdrætsanlæg r A = 0,5 gtan/m /d Α Nødvendigt = 100 m r A = 0, gtan/m /d Α Nødvendigt = 113 m r A = 0,14 gtan/m /d Α Nødvendigt = 178 m E.H.Eding et al. (006). Design and operation of nitrifying trickling filters in recirculating aquaculture: : A review. Aquaculture Engineering, vol.34, pp.. 34-60 60

komponent diffusion Nitrifikation Iltbegrænsning eller ammoniumbegrænsning nsning? NH + 4 + 1,86 O + 1,98 HCO - 3 0,00 C 5 H 7 NO + 0,98 NO - 3 + 1,98 H CO 3 + 1,04 H O ν O,NH4 = 4,5 g O /g NH 4 -N O O O TAN = ν O, TAN > 3,4 3,6 < 3,4 3,6 D D TAN TAN TAN O 3 go / m 3,4 3,6 gtan / m ammonium begrænsning ( eller ilt begrænsning ( eller 3 0. ordens 0. ordens kinetik) kinetik) Rensning til 1 g TAN/m 3 3,4 g O /m 3 nødvendig i vandfase Rensning til g TAN/m 3 6,8 g O /m 3 nødvendig i vandfase Rensning til 3 g TAN/m 3 10, g O /m 3 nødvendig i vandfase

komponent diffusion Nitrifikation Iltbegrænset nitrifikation Ammoniumbegrænset nset nitrifikation

Populationsdynamik i biologiske filtre Problemstillinger, populationsdynamik Ved tilledning af opløst letomsætteligt tteligt COD vokser heterotrofe bakterier hurtigt op (enten med ilt eller med nitrat) Når r BOD 5 > 5 O5 trænger det organiske stof længere l ind i biofilmen en ilten, hvilket fuldstændigt fjerner de nitrificerendes bakteriers mulighed for at fåf ilt De heterotrofe bakterier vokser 10 gange hurtigere end de autotrofe bakterier, hvilket dels resulterer i en hurtigere voksende biofilm og dels resulterer i at de heterotrofe bakterier vil sætte s sig i et lag yderst påp biofilmen og omsætte al ilten

Populationsdynamik i biologiske filtre Overbevoksning af nitrificerende bakterier i en biofilm

Populationsdynamik i biologiske filtre Bovendeur et al. (1990). Fixed-biofilm reactors in aquacultural water recycle systems: Effect of organic matter elimination on nitrification kinetics. Water Research, vol.4, No., pp.. 07-13 13

Populationsdynamik i biologiske filtre Ændret reaktionskinetik i en RBC reaktor Henze et al. (000). Wastewater treatment, biological and chemical processes

Omsætningsvariationer i praksis Fodringens betydning for stofvariationer? (TAN, NO 3, NO, CO ) E.H.Eding et al. (006). Design and operation of nitrifying trickling filters in recirculating aquaculture: : A review. Aquaculture Engineering, vol.34, pp.. 34-60 60

Konklusion Biofiltre er den mest velegnede biologiske proces til fjernelse af opløste stoffer i recirkulerede fiskedambrug Partikelfjernelse og opløst organisk stoffjernelse er et væsentligt v element i opnåelsen af en sikker og effektiv nitrifikations proces Behov for effektiv rensning i meget lave koncentrationsområder resulterer i en komplicering af biofilmkinetikken (O /TAN begrænsning, 0., ½.. og 1. ordens kinetik) Kun tynde biofilm! Tykkere biofilm (mere end 100-00 μm) er unødvendig og kan føre f til forstoppelse af biofiltre når n r biofilmen afrives i store kager amspillet mellem fiskefodring og dimensionering/drift af biofiltre er væsentlig for undgåelse af stoffluktuationer i fiske karrene Modellering og styring af samspillet mellem fiskeproduktion og vandrensning vil kunne føre f til en mere ensartet og optimal vandkvalitet i fiske karrene amspillet mellem partikelfjernelse, biologisk rensning og kemiske oxidations metoder (for fjernelse af geosminer, rest-cod og hygiejnisering) er væsentlig v for opnåelse af en driftssikker produktion