Optimizing Denitrification Performance for Energy-Efficient Nitrogen Removal from Wastewater | Optimering av denitrifieringsprestanda för energieffektiv kväveavskiljning från avloppsvatten

Denna masteruppsats undersöker tekniker för att optimera denitrifikationsprocesser för att minska kvävehalten i avloppsvatten, med fokus på både fullständig och partiell denitrifikation. Studien genomfördes med hjälp av två parallella sekvenseringssatsreaktorer (SBR) med acetat och glukos som kolkällor, för att bedöma deras inverkan på nitratreduktion och nitrituppbyggnad för efterföljande kväveborttagningsbehandlingar. Detta examensarbete syftar till att studera de optimala förhållandena för effektiv nitratreduktion och nitritackumulering, genom att testa olika faktorer som påverkar denitrifikation och partiell denitrifikation. Resultaten indikerar att acetat är ett mer effektivt substrat för nitratreduktion, vilket gör det till ett bättre val för denitrifieringsprocesser i vanliga avloppsreningsverk (WWTP) än glukos. Acetatreaktorn (R1) visade bättre total reaktorprestanda med högre specifika nitratreduktionshastigheter, och uppnådde 45,8 mg N/g VSS/dag i fas 2 och 36,9 mg N/g VSS/dag i fas 3, vilket överträffade glukosreaktorn (R2) , som uppvisade lägre genomsnittliga reduktionshastigheter på 31,4 mg N/g VSS/dag och 19,06 mg N/g VSS/dag i fas 2 respektive 3. Acetat resulterade också i en effektivare nitratreduktion per enhet biomassa, trots att R2 uppvisade större biomassatillväxt. Däremot uppvisade glukosreaktorn (R2) ineffektivitet i nitratreduktion, troligen på grund av omdirigeringen av biomassa mot icke-denitrifierande metabola vägar. Detta resulterade i att glukos visade lägre nitratreduktionsprestanda. Sammantaget understryker denna studie den avgörande rollen för val av kolkälla och driftsparametrar för att optimera förhållanden för effektiv denitrifikation och partiell denitrifikation. Genom att utvärdera dessa resultat belyser forskningen potentialen för partiell denitrifiering och denitrifikation i nitratreduktion för vanliga avloppsvattenrening.

This Master’s thesis investigates techniques to optimize denitrification processes for reducing nitrogen content in wastewater, focusing on both, complete and partial denitrification. The study was performed in two parallel sequencing batch reactors (SBRs) with acetate and glucose as the carbon sources, assessing their impact on nitrate reduction and nitrite buildup for subsequent nitrogen removal treatments. This thesis aims to study the conditions optimal for effective nitrate reduction and nitrite accumulation, testing different factors that affect denitrification and partial denitrification. The results indicate that acetate is a more effective substrate for nitrate reduction, making it a better choice for denitrification processes in mainstream wastewater treatment plants (WWTPs) than glucose. The acetate reactor (R1) demonstrated better overall reactor performance with higher specific nitrate reduction rates, achieving 45.8 mg N/g VSS/day in phase 2 and 36.9 mg N/g VSS/day in phase 3, outperforming the glucose reactor (R2), which exhibited lower average reduction rates of 31.4 mg N/g VSS/day and 19.06 mg N/g VSS/day in phases 2 and 3, respectively. Acetate also resulted in more efficient nitrate reduction per unit of biomass, despite R2 showing greater biomass growth. In contrast, the glucose reactor (R2) exhibited inefficiencies in nitrate reduction, likely due to the redirection of biomass towards non-denitrifying metabolic pathways. This resulted in glucose showing lower nitrate reduction performance. Overall, this study underscores the crucial role of carbon source selection and operational parameters in optimizing conditions for efficient denitrification and partial denitrification. By evaluating these results, the research highlights the potential of partial denitrification and denitrification for mainstream wastewater treatment purposes.