The Effect of Nitrification Inhibition on Reactor Performance and Effluent Quality in an Aerobic Sequencing Batch Reactor

Abstract

In this study, the effect of the nitrification inhibition applied in a lab-scale aerobic sequencing batch reactor (SBR) on the reactor performance and effluent quality was investigated. Reactor operation was carried out during 52 days without wasting any reactor sludge and adjusting pH in the reactor, where a synthetic wastewater solution with an initial chemical oxygen demand (COD) concentration of 250 mg/L until the 42nd day of reactor operation and then adjusted to 500 mg/L was fed. According to the results, COD removal efficiency and sludge volume index (SVI) value was calculated as 93% and 35.0 mL/g, respectively, at the end of the day 42nd of the reactor operation. As the initial COD concentration was increased to 500 mg/L, there was a sudden drop in pH values measured at the end of each cycle in the reactor. As a result of this, the reactor operation was terminated on the day 52nd due to the decrease in the treatment efficiency and the reactor performance. The obtained results of ammonium (NH4+), nitrite (NO2-) and nitrate (NO3-) concentration in the effluent of the SBR system showed that nitrification inhibition had a potential as an alternative approach to increase the potential of nutrient recovery.

Keywords

• Sequencing batch reactor
• Activated sludge
• Nitrification
• Inhibition
• Effluent quality

Aerobik Ardışık Kesikli Reaktörde Nitrifikasyon İnhibisyonunun Reaktör Performansı ve Çıkış Suyu Kalitesi Üzerine Etkisi

Abstract

Bu çalışmada aerobik ortam şartında işletilen laboratuvar ölçekli bir ardışık kesikli reaktörde (AKR) uygulanan nitrifikasyon inhibisyonunun reaktör performansına ve çıkış suyu kalitesine etkisi incelenmiştir. Başlangıç kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) konsantrasyonunun reaktör işletiminin 42. gününe kadar 250 mg/L ve sonrasında 500 mg/L olarak ayarlandığı sentetik atıksuyun beslendiği reaktörde 52 boyunca reaktörden çamur çekilmeden ve reaktördeki pH ayarlanmadan işletme yapılmıştır. Reaktör işletiminde ilk 42 günlük periyodun sonunda KOİ giderim verimi %93 ve çamur hacim indeksi (ÇHİ) değeri 35,0 mL/g olarak hesaplanmıştır. Başlangıç KOİ konsantrasyonunun 500 mg/L değerine artırılması ile birlikte reaktörde döngü sonlarında ölçülen pH değerlerinde ani bir düşüş yaşanmıştır. Bunun sonucunda arıtma veriminin ve reaktör performansının azalması nedeni ile reaktör işletimi 52. günde sonlandırılmıştır. Çıkış suyunun amonyum (NH4), nitrit (NO2) ve nitrat (NO3) konsantrasyonlarına ait sonuçlar AKR sisteminin çıkış sularından nütrient geri kazanım potansiyelini artırmak üzere nitrifikasyon inhibisyonunun alternatif bir yaklaşım olarak potansiyelinin bulunduğunu ortaya koymuştur.

Keywords

• Ardışık kesikli reaktör
• Aktif çamur
• Nitrifikasyon
• İnhibisyon
• Çıkış suyu kalitesi

References

1. [1] Tornroth-Horsefield, S., Neutze, R. 2008. Opening and Closing the Metabolite Gate. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A, 105(50):19565–6.
2. [2] Sengupta, S., Nawaz, T., Beaudry, J. 2015. Nitrogen and Phosphorus Recovery from Wastewater. Current Pollution Reports, 1, 155–166.
3. [3] Manav, N. 2006. Ardışık kesikli reaktör ile evsel atıksulardan azot ve fosfor giderimi. Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 85s, İstanbul.
4. [4] Oleszkiewicz, J., Kruk, D., Devlin, T., Lashkarizadeh, M., Yuan, Q. 2015. Options for Improved Nutrient Removal and Recovery from Municipal Wastewater in the Canadian Context. http://cwn-rce.ca/wp-content/uploads/2016/04/Oleszkiewicz-KI-Report-March-2015.pdf (Erişim Tarihi: 18.10.2019).
5. [5] Hamilton, R., Braun, B., Dare, R., Koopman, B., Svoronos, S. A. 2006. Control Issues and Challenges in Wastewater Treatment Plants. IEEE Control Systems Magazine, 26(4), 63-69.
6. [6] Türkiye İstatistik Kurumu Belediye Atıksu İstatistikleri. https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?kn=120&locale=tr (Erişim Tarihi: 28.11.2019).
7. [7] Anonim, 2004. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği. Resmi Gazete, No: 25687.
8. [8] Anonim, 2008. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği. Resmi Gazete, No: 26786.

9. [9] Anonim, 2016. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğinde Değişiklik Yapılması Hakkında Yönetmelik. Resmi Gazete, No: 29589.
10. [10] Anonim, 2006. Kentsel Atıksu Arıtımı Yönetmeliği. Resmi Gazete, No: 26047.
11. [11] Pastor, L., Marti, N., Bouzas, A., Seco., A. 2008. Sewage Sludge Management for Phosphorus Recovery as Struvite in EBPR Wastewater Treatment Plants. Bioresource Technology, 99, 4817–4824.
12. [12] Howorth, C., Wirtel, S. 2015. Nutrient Recovery Delivers Economic and Environmental Sustainability , and Helps You Meet Effluent and Biosolids Nutrient Permits. https://cdn.ymaws.com/www.ncsafewater.org/resource/collection/DA8375FB-1514-4325-9CF6-0369B08C4385/WW_Mon_NOON_12.45_Howorth_PAPER.pdf (Erişim Tarihi: 04.11.2019).
13. [13] Jeyanayagam, S., Hahn, T., Fergen, R., Boltz, J. 2012. Nutrient Recovery, an Emerging Component of a Sustainable Biosolids Management Program. Proceedings of the Water Environment Federation, 2012(2), 1078-1088.
14. [14] Lu, H., Oehmen, A., Virdis, B., Keller, J., Yuan, Z. 2006. Obtaining Highly Enriched Cultures of Candidatus Accumulibacter Phosphates Through Alternating Carbon Sources. Water Research, 40, 3838-3848.
15. [15] Tatari, K., Gülay A., Thamdrup, B., Albrechtsen, H. J., Smets, B. F. 2017. Challenges in Using Allylthiourea and Chlorate as Specific Nitrification İnhibitors. Chemosphere, 182, 301-305.
16. [16] APHA (American Public Health Association), 1999. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20th edition. American Public Health Association. Washington, DC, USA, 874s.
17. [17] Jadhao, R. K., Dawanse, S. D. 2013. Effect of Hydraulic Retention Time and Sludge Retention Time on Membrane Bioreactor: Performance in Summer Season. International Journal of Chemical and Physical Sciences, 2(2), 1-8.
18. [18] Tsilogeorgis, J., Zouboulis, A., Samaras, P., Zamboulis, D. 2008. Application of a Membrane Sequencing Batch Reactor for Landfill Leachate Treatment. Desalination, 221(1-3), 483-493.
19. [19] Beun, J.J., Hendriks, A., van Loosdrecht, M. C. M., Morgenroth, E., Wilderer, P. A., Heijnen, J. J. 1999. Aerobic Granulation in a Sequencing Batch Reactor. Water Research, 33(10), 2283-2290.
20. [20] Wang, F., Yang, F. L., Zhang, X. W., Liu, Y. H., Zhang, H. M., Zhou, J. 2005. Effects of Cycle Time on Properties of Aerobic Granules in Sequencing Batch Airlift Reactors. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 21(8-9), 1379-1384.
21. [21] Bindhu, B. K., Madhu, G. 2013. Influence of Organic Loading Rates on Aerobic Granulation Process for The Treatment of Wastewater. Journal of Clean Energy Technologies, 1(2), 84-87.
22. [22] Gao, D., Liu, L., Wu, W. M. 2011. Comparison of Four Enhancement Strategies for Aerobic Granulation in Sequencing Batch Reactors. Journal of Hazardous Materials, 186(1), 320-327.
23. [23] Hajiabadi, H., Moghaddam, M. R. A., Hashemi, S. H. 2009. Effect of Sludge Retention Time on Treating High Load Synthetic Wastewater Using Aerobic Sequencing Batch Reactors. Iranian Journal of Environmental Health Science and Engineering, 6(4), 217-222.
24. [24] Jenkins, D., Richard, M. G., Daigger, M. T. 2004. Manual on the Causes and Control of Activated Sludge Bulking, Foaming, and Other Solid Separation Problems. 3rd edition. CRC Press, Taylor and Francis Group. Florida, Amerika Birleşik Devletleri. 177s.
25. [25] Tay, J. H., Pan, S., He, Y., Tay, S. T. L. 2004. Effect of Organic Loading Rate on Aerobic Granulation. I: Reactor Performance. Journal of Environmental Engineering, 130(10), 1094-1101.