biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor,...
TRANSCRIPT
![Page 1: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/1.jpg)
TemadagTemadagVandbehandling i recirkulerede opdrVandbehandling i recirkulerede opdræætsanltsanlæægg
Biologisk rensning Biologisk rensning i recirkulerede opdri recirkulerede opdræætsanltsanlæægg
-- Kinetik i biofilter anlKinetik i biofilter anlæægg
Kenneth JanningKenneth JanningDHIDHI
![Page 2: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/2.jpg)
Recirkulation i fiske opdrætsanlæg
Problemstilling:Problemstilling:
•• Vandkvalitet i Vandkvalitet i opdropdræætsvandtsvand
•• Vandkvalitet ved Vandkvalitet ved udledning til recipientudledning til recipient
TAN TAN mg (NHmg (NH44--N+NHN+NH33--N)/lN)/lQQindind QQudud
FiskekarFiskekar
FiltreringFiltrering
Biologisk Biologisk rensningrensning
QQindindmm33/d/d
![Page 3: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/3.jpg)
Processer og kinetik i biologiske filtre
•• Hvad er en biofilm?Hvad er en biofilm?
•• Hvorfor anvende biofilm teknologi som Hvorfor anvende biofilm teknologi som rensning i fiske opdrrensning i fiske opdræætsanltsanlææg?g?
•• Biologiske processer i biofiltreBiologiske processer i biofiltre
•• Biofilm kinetik Biofilm kinetik –– procesbeskrivelser og procesbeskrivelser og omsomsæætningshastighedertningshastigheder
•• VandkvalitetskravVandkvalitetskrav’’s betydning for design af s betydning for design af biofiltrebiofiltre
•• Populationsdynamik i biofiltre Populationsdynamik i biofiltre ––konkurrencen om ilten konkurrencen om ilten
![Page 4: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/4.jpg)
Hvad er en biofilm?
•• Et biofilter bestEt biofilter beståår af et r af et mediemedie (plast, sten, tr(plast, sten, trææ, metal, metal……) med ) med stor stor overfladeoverflade hvorphvorpåå en en ””biofilmbiofilm”” af bakterier sidder fasthaf bakterier sidder fasthææftet og ftet og fikseret i et fintmasket netvfikseret i et fintmasket netvæærk (EPS)rk (EPS)
•• Biofilmen tilfBiofilmen tilføøres res nnææringring nnåår filtret beskylles med opdrr filtret beskylles med opdræætsvand tsvand indeholdende stoffer som primindeholdende stoffer som primæært udskilles fra fiskene. Stofferne rt udskilles fra fiskene. Stofferne transporteres ind i biofilmen ved transporteres ind i biofilmen ved molekylmolekylæær diffusionr diffusion
![Page 5: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/5.jpg)
Hvad er en biofilm?
•• Bakterierne i biofilmen Bakterierne i biofilmen formerer sigformerer sig ved nved nææringstilfringstilføørslen, hvilket rslen, hvilket ffåår biofilmen til at vokse sig r biofilmen til at vokse sig tykkeretykkere
•• Bakterierne i biofilmen lever i en Bakterierne i biofilmen lever i en øøkologisk balancekologisk balance som fsom fåår de r de hurtigst voksende til at hurtigst voksende til at udkonkurrereudkonkurrere de langsommere voksende, de langsommere voksende, afhafhæængigt af den nngigt af den nææring og koncentrationen hvormed nring og koncentrationen hvormed nææringen ringen tilftilføøresres
![Page 6: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/6.jpg)
Hvorfor anvende biofilmteknologi til fiske opdrætsanlæg?
Fordele ved anvendelse af biofiltre til fiske opdrFordele ved anvendelse af biofiltre til fiske opdræætsanltsanlæægg
•• Biofiltre ideelle til biologisk rensning af oplBiofiltre ideelle til biologisk rensning af opløøste stofferste stoffer
•• Biofiltre kan opretholde en hBiofiltre kan opretholde en høøj j celleopholdstidcelleopholdstid
•• Langsomt voksende bakterier (Langsomt voksende bakterier (nitrifikanternitrifikanter) udvaskes ikke) udvaskes ikke
•• ProcesstabilProcesstabil……
•• Beskyttelse i biofilmBeskyttelse i biofilm
•• Kan udsKan udsæættes for en httes for en høøj og variabel hydraulisk belastningj og variabel hydraulisk belastning
•• Kompakt og ofte simpelt designKompakt og ofte simpelt design
•• SelvrensendeSelvrensende……
•• Mulighed for integreret lMulighed for integreret løøsning af COsning af CO22--fjernelse, iltning, kfjernelse, iltning, køøling ling samt nitrifikation (Rislefiltre)samt nitrifikation (Rislefiltre)
![Page 7: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/7.jpg)
Hvorfor anvende biofilmteknologi til fiske opdrætsanlæg?
Risici ved anvendelse af biofiltre til fiske opdrRisici ved anvendelse af biofiltre til fiske opdræætsanltsanlæægg
•• FFøølsomme overfor overbelastning (rislefiltre)lsomme overfor overbelastning (rislefiltre)
•• Manglende Manglende biofilmkontrolbiofilmkontrol
•• Ukontrollabel Ukontrollabel biofilmafrivningbiofilmafrivning
•• Tilstopning af biofiltreTilstopning af biofiltre
•• Lang Lang oppodningstidoppodningstid (nitrifikation)(nitrifikation)
•• Forskellig Forskellig populationdynamiskpopulationdynamisk vvæækst giver risiko for kst giver risiko for overbegroning af overbegroning af nitrifikanternitrifikanter
•• DiffusionsbegrDiffusionsbegræænset omsnset omsæætning resulterer i lav tning resulterer i lav omsomsæætningshastigheder ved rensning i lave koncentrationertningshastigheder ved rensning i lave koncentrationer
![Page 8: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/8.jpg)
Stoffjernelse i recirkuleredefiske opdrætsanlæg
•• Partikler (ned til 40Partikler (ned til 40--60 60 μμm)m) →→ FiltreringFiltrering
•• Total Ammoniak, TAN (NHTotal Ammoniak, TAN (NH44+++NH+NH33)) →→ BiofilterBiofilter
•• Nitrit, NONitrit, NO22-- →→ BiofilterBiofilter
•• Nitrat, NONitrat, NO33-- →→ BiofilterBiofilter
•• OplOpløøst omsst omsæætteligt CODtteligt COD →→ BiofilterBiofilter
•• COCO22 →→ Biofilter/udluftningBiofilter/udluftning
Biofiltrene er den Biofiltrene er den mest fmest føølsomme lsomme procesenhed, som sammen procesenhed, som sammen med den fysiske filtrering udgmed den fysiske filtrering udgøør r kernen i den rensningsmekanismekernen i den rensningsmekanismesom kan opretholde en som kan opretholde en god og ensartet vandkvalitetgod og ensartet vandkvalitet i et recirkulereti et recirkuleretfiske opdrfiske opdræætsanltsanlææg.g.
![Page 9: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/9.jpg)
Nitrifikationen – nøgleprocessen i det biologiske renseanlæg
Problemstillinger ved nitrifikation i biofiltreProblemstillinger ved nitrifikation i biofiltre
•• NitrifikanterNitrifikanter er langsomt voksendeer langsomt voksende →→ lang lang oppodningstidoppodningstid
•• NitrifikanterNitrifikanter skal konkurrere med hurtigere voksende bakterier om den skal konkurrere med hurtigere voksende bakterier om den tilstedevtilstedevæærende ilt i biofilmenrende ilt i biofilmen →→ overbegroningoverbegroning
•• Vandkvalitetskravet til TAN er ofte meget lavtVandkvalitetskravet til TAN er ofte meget lavt→→ lav omslav omsæætningshastighedtningshastighed
•• Meget fMeget føølsomme overfor fald i alkalinitet, pH og temperaturlsomme overfor fald i alkalinitet, pH og temperatur→→ lav omslav omsæætningshastighedtningshastighed
•• Kan under Kan under ””stressedestressede”” forhold producere nitrit forhold producere nitrit →→ toksisk i vandmiljtoksisk i vandmiljøø
•• Er fEr føølsomme overfor partikler i vandet, som kan lsomme overfor partikler i vandet, som kan ””afskafskæærmerme””bakterierne i at fbakterierne i at fåå tilstrtilstræækkelige kkelige iltbetingelseriltbetingelser
→→ Filtrering foran biofiltre ofte pFiltrering foran biofiltre ofte pååkrkræævetvet
![Page 10: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/10.jpg)
Nitrifikationen – nøgleprocessen i det biologiske renseanlæg
AUTOTROFE BAKTERIER KRAUTOTROFE BAKTERIER KRÆÆVER:VER:
•• + NH+ NH44++ ((elektrondonerelektrondoner, energikilde), energikilde)
•• + O+ O22 (elektron (elektron acceptoracceptor, iltningsmiddel), iltningsmiddel)
•• + Alkalinitet+ Alkalinitet
•• + Uorganisk kulstof + Uorganisk kulstof
•• ÷÷ Organisk stof (COD)Organisk stof (COD)
NitrosomonasNitrosomonasbakterierbakterier NitrobakterNitrobakter
bakterierbakterierOO22
NHNH44++
HCOHCO33++
NONO22--
OO22
HCOHCO33++
HH22COCO33
NONO33--
HH22COCO33
![Page 11: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/11.jpg)
Denitrifikationen –processen som sikrer fuld kvælstoffjernelse
Problemstillinger ved denitrifikation i biofiltreProblemstillinger ved denitrifikation i biofiltre
•• KrKrææver organisk kulstofver organisk kulstof
•• De fleste DN bakterier kan bDe fleste DN bakterier kan bååde bruge ilt og nitrat som de bruge ilt og nitrat som iltningsmiddel for omsiltningsmiddel for omsæætning af COD. Er btning af COD. Er bååde ilt og nitrat de ilt og nitrat tilstede vil de ftilstede vil de føørst omsrst omsæætte ilten pga. et sttte ilten pga. et støørre energiudbytterre energiudbytte
•• Kulstofkilden skal vKulstofkilden skal væære pre påå oplopløøst form og vst form og væære re letomsletomsæætteligttelig
•• IltfIltføølsomlsom
•• Kan under Kan under ””stressedestressede”” forhold producere nitrit forhold producere nitrit
![Page 12: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/12.jpg)
Denitrifikationen – processen som sikrer fuld kvælstoffjernelse
HETEROTROFE BAKTERIER KRHETEROTROFE BAKTERIER KRÆÆVER:VER:
•• + + Organisk stof (COD)Organisk stof (COD)
•• + + NONO33-- og Oog O22
•• + Aciditet+ Aciditet
•• + N+ Nææringsstoffer, N, P, K, Fe, ringsstoffer, N, P, K, Fe, ……
OO22
CODCOD
NNææringsstofferringsstoffer
NN22
COCO22
NONO33--
HH++
NONO22-- NONO NN22OO
Toksiske i vandmiljToksiske i vandmiljøø
![Page 13: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/13.jpg)
Nitrifikation – Denitrifikationen
Problemstillinger ved kombineret nitrifikation (N) Problemstillinger ved kombineret nitrifikation (N) ––denitrifikation (DN) i biofiltredenitrifikation (DN) i biofiltre
•• N krN krææver ilt, DN tver ilt, DN tååler ikke iltler ikke ilt
•• DN krDN krææver organisk stof, organisk stof er en trussel mod Nver organisk stof, organisk stof er en trussel mod N
•• DN bakterier vokser vDN bakterier vokser vææsentligt hurtigere end N bakteriersentligt hurtigere end N bakterier
•• HeterotrofeHeterotrofe bakterier vil helst omsbakterier vil helst omsæætte ilt og COD. Dermed tte ilt og COD. Dermed kan COD kilden let reduceres til skade for de kan COD kilden let reduceres til skade for de denitrificerendedenitrificerendebakterierbakterier
![Page 14: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/14.jpg)
Kinetik i biofiltre
Væksthastighed, μd-1
SubstratkoncentrationSubstratkoncentrationg/mg/m33
Sobs KS
S+
= maxμμ
μμmaxmax
KKSS
μμmaxmax/2/2
OmsOmsæætning i den enkelte bakterie:tning i den enkelte bakterie:
KKSS--vvæærdierrdier, nitrifikation (, nitrifikation (NitrisomonasNitrisomonas))•• KKS,NH4S,NH4 = 0,3= 0,3--0,7 g NH0,7 g NH44--N/mN/m33
•• KKS,O2S,O2 = 0,5= 0,5--1,0 g O1,0 g O22/m/m33
KKSS--vvæærdierrdier, nitrifikation (, nitrifikation (NitrobakterNitrobakter))•• KKS,NH4S,NH4 = 0,8= 0,8--1,2 g NH1,2 g NH44--N/mN/m33
•• KKS,O2S,O2 = 0,5= 0,5--1,5 g O1,5 g O22/m/m33 HenzeHenze et al. (2000) et al. (2000) WastewaterWastewater TreatmentTreatment, , biologicalbiological and and chemicalchemical processesprocesses
![Page 15: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/15.jpg)
Kinetik i biofiltre
OmsOmsæætning i en biofilm:tning i en biofilm:
Dr
xS
xS
DxN
xS
DN
xNr
vff
f
f
Vf
−=∂
∂
∂
∂−=
∂∂
∂∂
−=
∂∂
=
2
2
2
2
:)(diffusionort stoftransp medbiofilmen i stof af Omsætning
; :gOmskrivnin
; :biofilmen i ind stof afTransport
; :biofilmen i Omsætning
Beskrivelse af Beskrivelse af rrvfvf ??
![Page 16: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/16.jpg)
Kinetik i biofiltre
fvf
vffvf
kr
Skr
0
1
: tilfældetordens 0.
: tilfældetordens 1.
=
⋅=
OmsOmsæætning i biofilmen:tning i biofilmen:
Væksthastighed, μd-1
SubstratkoncentrationSubstratkoncentrationg/mg/m33
μμmaxmax
KKSS
μμmaxmax/2/2
2K2KSS
0. orden0. orden1. orden1. orden
![Page 17: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/17.jpg)
Kinetik i biofiltre1. ordens proces i biofilm
[ ][ ]
[ ][ ]d/m S konstant,diffusionsD
m tykkelsenbiofilmL
dkonstant hastigheds 1.ordens
/dgS/m vandfaseni hastighedomsætningsfik arealspeci
,tanh
2 : tilfældetordens 1.
2
1-1
2
21
1
=
=
=
=
⋅−=⋅⋅⋅=
⋅<
f
A
ffA
S
k
rD
LkSLkr
KS
αα
α
OmsOmsæætning i vandfasen udenfor biofilmen:tning i vandfasen udenfor biofilmen:
HenzeHenze et al. (2000). et al. (2000). WastewaterWastewater treatmenttreatment, , biologicalbiological and and chemicalchemical processesprocesses
![Page 18: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/18.jpg)
Kinetik i biofiltre0. ordens proces i biofilm
(S1) penetreretdelvist Biofilmen :1(S2) penetreretfuldt Biofilmen :1
2:biofilmen i dybde ngsIndtrængni
2 : tilfældetordens 0.
20
<>
⋅⋅⋅
−=
⋅>
ββ
βLkSD
KS
f
S
OmsOmsæætning i vandfasen udenfor biofilmen:tning i vandfasen udenfor biofilmen:
HenzeHenze et al. (2000). et al. (2000). WastewaterWastewater treatmenttreatment, , biologicalbiological and and chemicalchemical processesprocesses
![Page 19: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/19.jpg)
[ ][ ]
[ ]m tykkelsebiofilmens Ld/g/mbiofilmen i hastighedomsætningsk
d/gS/m vandfaseni hastighedomsætningsfik arealspeci
1 :t tilfældeordens 0.
30f
2
0
==
=
⋅=
>
biofilm
r
Lkr
A
fA
β
OmsOmsæætning i vandfasen udenfor biofilmen:tning i vandfasen udenfor biofilmen:
[ ][ ]
[ ][ ]
[ ]d/gS/m biofilm i hastighedomsætningskd/m S konstant,diffusions D
gS/m iionen koncentratsubstrat S
dmgSkonstant hastigheds ½.ordensk
d/gS/m vandfaseni hastighedomsætningsfik arealspeci
2 ,
1 :t tilfældeordens 0.
30f
2
3
1--½½½A
2
0½½
biofilm
vandfasen
r
kDkSkr
A
fAAA
=
=
=
⋅⋅=
=
⋅⋅=⋅=
<β
Kinetik i biofiltre0. ordens proces i biofilm
HenzeHenze et al. (2000). et al. (2000). WastewaterWastewater treatmenttreatment, , biologicalbiological and and chemicalchemical processesprocesses
![Page 20: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/20.jpg)
Problemstillinger, diffusionsbegrProblemstillinger, diffusionsbegræænset omsnset omsæætning i biofilmtning i biofilm•• Stofkoncentrationen Stofkoncentrationen i vandfaseni vandfasen af det substrat som styrer af det substrat som styrer
omsomsæætningshastigheden (nitrifikation: ilt, TAN?) bestemmer tningshastigheden (nitrifikation: ilt, TAN?) bestemmer reaktionshastigheden og reaktionsordnen (1. orden, reaktionshastigheden og reaktionsordnen (1. orden, ½½. orden, . orden, 0. orden) i vandfasen af biofiltret0. orden) i vandfasen af biofiltret
•• Ved rensning ned til meget lave stofkoncentrationer Ved rensning ned til meget lave stofkoncentrationer (< 1mg NH(< 1mg NH44--N/l) bliver N/l) bliver reaktionshastigheden i biofiltret meget lavreaktionshastigheden i biofiltret meget lav
•• Ved rensning ned til meget lave stofkoncentrationer Ved rensning ned til meget lave stofkoncentrationer (< 1mg NH4(< 1mg NH4--N/l) vil kun en N/l) vil kun en meget lille del af biofilmen vmeget lille del af biofilmen væære aktivre aktiv(10 (10 –– 2020μμm)m)
•• Ved rensning ned til meget lave koncentrationer er det kun relevVed rensning ned til meget lave koncentrationer er det kun relevant ant at operere med en meget tynd biofilmat operere med en meget tynd biofilm
•• Ved rensning nede i lave koncentrationsregimer Ved rensning nede i lave koncentrationsregimer kompliceres kompliceres kinetikforholdenekinetikforholdene vvææsentligt, hvilket vanskeliggsentligt, hvilket vanskeliggøøre analytisk re analytisk fortolkning af forholdene i biofiltretfortolkning af forholdene i biofiltret
Kinetik i biofiltre
![Page 21: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/21.jpg)
Direkte gennemstrDirekte gennemstrøømmet mmet
biofilterbiofilter
Kinetik i biofiltre
QkVSS aind
ud0
:tionordensreak .0⋅⋅⋅
=ω
2½
2
:tionordensreak .½
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅
⋅⋅+=
QVkSS a
indudω
QkV
indud
a
eSS1
:tionordensreak .1⋅⋅
⋅=ω
HenzeHenze et al. (2000). et al. (2000). WastewaterWastewater treatmenttreatment, , biologicalbiological and and chemicalchemical processesprocesses
![Page 22: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/22.jpg)
Ideelt opblandet Ideelt opblandet
biofilterbiofilter
Kinetik i biofiltre
QAkSS a
indud⋅
−= 0
:tionordensreak .0
2
½2
½
22
:tionordensreak .½
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⋅⋅
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⋅
=Q
AkSQ
AkS aind
aud
AkQSQS
a
indud ⋅+
⋅=
1
:tionordensreak .1
HenzeHenze et al. (2000). et al. (2000). WastewaterWastewater treatmenttreatment, , biologicalbiological and and chemicalchemical processesprocesses
![Page 23: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/23.jpg)
Vandkvalitetskrav, fiskeopdræt
E.H.EdingE.H.Eding et al. (2006). et al. (2006). ””Design and operation of Design and operation of nitrifyingnitrifying tricklingtrickling filters in filters in recirculatingrecirculating aquacultureaquaculture: A : A reviewreview””. . AquacultureAquaculture Engineering, vol.34, Engineering, vol.34, pppp. 234. 234--260260
Vandkvalitetskravenes betydning for omsVandkvalitetskravenes betydning for omsæætningshastigheden i biofiltre?tningshastigheden i biofiltre?
![Page 24: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/24.jpg)
Omsætningshastighederfiskeopdrætsanlæg
E.H.EdingE.H.Eding et al. (2006). et al. (2006). ””Design and operation of Design and operation of nitrifyingnitrifying tricklingtrickling filters in filters in recirculatingrecirculating aquacultureaquaculture: A : A reviewreview””. . AquacultureAquaculture Engineering, vol.34, Engineering, vol.34, pppp. 234. 234--260260
rrAA= 0,25 gTAN/m= 0,25 gTAN/m22/d /d ⇒ ⇒ ΑΑNNøødvendigtdvendigt = 100 = 100 mm22
rrAA= 0,22 gTAN/m= 0,22 gTAN/m22/d /d ⇒ ⇒ ΑΑNNøødvendigtdvendigt = 113 = 113 mm22
rrAA= 0,14 gTAN/m= 0,14 gTAN/m22/d /d ⇒ ⇒ ΑΑNNøødvendigtdvendigt = 178 = 178 mm22
![Page 25: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/25.jpg)
2 komponent diffusionNitrifikation
IltbegrIltbegræænsningnsning ellereller ammoniumbegrammoniumbegræænsningnsning? ?
) .0 ( 6,34,3
) .0 ( 6,34,3
//6,34,3
2
2
2
2
2
3
32
,
kinetikordensellergbegrænsniniltSS
kinetikordensellergbegrænsninammoniumSS
mgTANmgO
DD
SS
TANO
TANO
O
TANTANO
TAN
O
⇒⋅−<
⇒⋅−>
−≈⋅= ν
RensningRensning tiltil 1 g TAN/m1 g TAN/m33 →→ 3,4 g O3,4 g O22/m/m33 nnøødvendigdvendig i i vandfasevandfaseRensningRensning tiltil 2 g TAN/m2 g TAN/m33 →→ 6,8 g O6,8 g O22/m/m33 nnøødvendigdvendig i i vandfasevandfaseRensningRensning tiltil 3 g TAN/m3 g TAN/m33 →→ 10,2 g O10,2 g O22/m/m33 nnøødvendigdvendig i i vandfasevandfase
NHNH44++ + 1,86 O+ 1,86 O2 2 + 1,98 HCO+ 1,98 HCO33
-- →→ 0,020 C0,020 C55HH77NONO2 2 + 0,98 NO+ 0,98 NO33-- + 1,98 H+ 1,98 H22COCO3 3 + 1,04 H+ 1,04 H22OO
ννO2,NH4O2,NH4 = 4,25 g O= 4,25 g O22/g NH/g NH44--NN
![Page 26: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/26.jpg)
2 komponent diffusionNitrifikation
IltbegrIltbegræænsetnset nitrifikationnitrifikation AmmoniumbegrAmmoniumbegræænsetnset nitrifikationnitrifikation
![Page 27: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/27.jpg)
Populationsdynamiki biologiske filtre
Problemstillinger, populationsdynamikProblemstillinger, populationsdynamik•• Ved Ved tilledningtilledning af oplaf opløøst st letomsletomsæætteligttteligt COD vokser COD vokser heterotrofeheterotrofe bakterier bakterier
hurtigt op (enten med ilt eller med nitrat)hurtigt op (enten med ilt eller med nitrat)
•• NNåår BODr BOD5 5 > 5> 5⋅⋅OO22 trtræænger det organiske stof lnger det organiske stof læængere ind i biofilmen en ilten, ngere ind i biofilmen en ilten, hvilket fuldsthvilket fuldstæændigt fjerner de nitrificerendes bakteriers mulighed for at fndigt fjerner de nitrificerendes bakteriers mulighed for at fåå iltilt
•• De De heterotrofeheterotrofe bakterier vokser 10 gange hurtigere end de bakterier vokser 10 gange hurtigere end de autotrofeautotrofebakterier, hvilket dels resulterer i en hurtigere voksende biofibakterier, hvilket dels resulterer i en hurtigere voksende biofilm og dels lm og dels resulterer i at de resulterer i at de heterotrofeheterotrofe bakterier vil sbakterier vil sæætte sig i et lag yderst ptte sig i et lag yderst påå biofilmen biofilmen og omsog omsæætte al iltentte al ilten
![Page 28: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/28.jpg)
Populationsdynamiki biologiske filtre
Overbevoksning af Overbevoksning af nitrificerendenitrificerende bakterier i en biofilmbakterier i en biofilm
![Page 29: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/29.jpg)
Populationsdynamiki biologiske filtre
BovendeurBovendeur et al. (1990). et al. (1990). ””FixedFixed--biofilmbiofilm reactorsreactors in in aquaculturalaquacultural waterwater recyclerecycle systems: systems: EffectEffect of of organicorganic matter elimination matter elimination ononnitrificationnitrification kinetics. kinetics. WaterWater Research, vol.24, No. 2, Research, vol.24, No. 2, pppp. 207. 207--213213
![Page 30: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/30.jpg)
Populationsdynamiki biologiske filtre
HenzeHenze et al. (2000). et al. (2000). WastewaterWastewater treatmenttreatment, , biologicalbiological and and chemicalchemical processesprocesses
ÆÆndret reaktionskinetik i en RBC reaktorndret reaktionskinetik i en RBC reaktor
![Page 31: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/31.jpg)
Omsætningsvariationer i praksis
E.H.EdingE.H.Eding et al. (2006). et al. (2006). ””Design and operation of Design and operation of nitrifyingnitrifying tricklingtrickling filters in filters in recirculatingrecirculating aquacultureaquaculture: A : A reviewreview””. . AquacultureAquaculture Engineering, vol.34, Engineering, vol.34, pppp. 234. 234--260260
Fodringens betydning for stofvariationer? (TAN, NOFodringens betydning for stofvariationer? (TAN, NO33, NO, NO22, CO, CO22) )
![Page 32: Biologisk rensning i recirkulerede opdrætsanlæg 060307/… · 2 (elektron acceptor, iltningsmiddel) • + Alkalinitet • + Uorganisk kulstof • ÷ Organisk stof (COD) Nitrosomonas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052813/6093bc32019b3f18a20874c7/html5/thumbnails/32.jpg)
Konklusion
•• Biofiltre er den Biofiltre er den mest velegnede biologiske procesmest velegnede biologiske proces til fjernelse af opltil fjernelse af opløøste ste stoffer i recirkulerede fiskedambrugstoffer i recirkulerede fiskedambrug
•• Partikelfjernelse og oplPartikelfjernelse og opløøst organisk stoffjernelse er et vst organisk stoffjernelse er et vææsentligt element i sentligt element i opnopnååelsen af en elsen af en sikker og effektiv nitrifikations processikker og effektiv nitrifikations proces
•• Behov for effektiv rensning i meget lave koncentrationsomrBehov for effektiv rensning i meget lave koncentrationsområåder resulterer i der resulterer i en en kompliceringkomplicering af af biofilmkinetikkenbiofilmkinetikken (O(O22/TAN begr/TAN begræænsning, 0., nsning, 0., ½½. og 1. . og 1. ordens kinetik)ordens kinetik)
•• Kun Kun tyndetynde biofilm! Tykkere biofilm (mere end 100biofilm! Tykkere biofilm (mere end 100--200 200 μμm) er unm) er unøødvendig dvendig og kan fog kan føøre til forstoppelse af biofiltre nre til forstoppelse af biofiltre nåår biofilmen afrives i store kagerr biofilmen afrives i store kager
•• Samspillet mellem Samspillet mellem fiskefodring og dimensionering/drift af biofiltrefiskefodring og dimensionering/drift af biofiltre er er vvææsentlig for undgsentlig for undgååelse af stoffluktuationer i fiske karreneelse af stoffluktuationer i fiske karrene
•• Modellering og styring af samspillet mellem fiskeproduktion og Modellering og styring af samspillet mellem fiskeproduktion og vandrensning vil kunne fvandrensning vil kunne føøre til en mere re til en mere ensartet og optimal vandkvalitetensartet og optimal vandkvalitet i i fiske karrenefiske karrene
•• Samspillet mellem Samspillet mellem partikelfjernelsepartikelfjernelse, , biologisk rensningbiologisk rensning og og kemiske kemiske oxidations metoderoxidations metoder (for fjernelse af geosminer, (for fjernelse af geosminer, restrest--CODCOD og og hygiejniseringhygiejnisering) ) er ver vææsentlig for opnsentlig for opnååelse af en driftssikker produktionelse af en driftssikker produktion