Glycerine as an External Source of Carbon Supporting Denitrification Process

Supplying external carbon sources to treated wastewater is often necessary to achieve high efficiency by wastewater treatment plants that must meet very strict requirements for reducing the nitrogen concentration. The use of conventional carbon sources brings high operating costs for wastewater treatment. It became a reason to look for other, alternative sources of organic carbon. The paper presents the effectiveness of nitrogen removal from wastewater with the use of glycerol as an external carbon source. The research was carried out during the municipal wastewater treatment process in two independent SBR-type activated sludge chambers on a laboratory scale. A single cycle of the reactor operation lasted 6 hours and included the following phases: sewage supply (2 min), mixing (anaerobic) (60 min), aeration (3.5 hours), sedimentation (1 hour) and decantation (0.5h). To one of the chambers in each cycle, after twenty minutes of the sewage supply, glycerol was added as a source of easily available organic compounds. Tests have shown that the use of glycerol as an external carbon source during wastewater treatment resulted in higher nitrogen removal efficiency than in the reactor where no external carbon source support was applied with a low level of COD value in treated wastewater. Wastewater treatment in the reactor without the addition of a carbon source resulted in the total nitrogen removal in 87.8% and ammonium nitrogen in 96.5%, whereas wastewater treatment in the reactor with the addition of glycerol resulted in the removal of total nitrogen in 93.6% and ammonium nitrogen in 98.8%. Despite the increase in the final nitrate concentration in both reactors, the nitrate concentration in the reactor using an external carbon source was lower by as much as 3.4 mg N/dm3. The COD fractions and their changes in wastewater were determined in order to find out their quantitative and percentage share. Determination of COD fraction allows to assess the susceptibility of wastewater to biological treatment, additionally indicating impurities that are difficult to decompose, which reduce the effectiveness of biological wastewater treatment. Introduction of an external carbon source in the form of glycerol to municipal sewage caused an increase in the SS fraction by 57 mg O2/ dm3, thus increasing the percentage of readily biodegradable dissolved organic compounds from 10% to 30%. The increased amount of easily available carbon compounds has contributed to the increase of denitrification rate. In the initial phase of denitrification with the addition of an external carbon source in the form of glycerol, an acceleration in the removal of nitrogen compounds by 1.9 mg N∙ dm3 /h compared to the control reactor, was observed.

Dostarczanie do oczyszczanych ścieków zewnętrznych źródeł węgla często staje się niezbędne do osiągnięcia wysokiej efektywności oczyszczania ścieków, które muszą spełniać bardzo surowe wymagania dotyczące ograniczenia stężenia azotu. Zastosowanie konwencjonalnych źródeł węgla niesie za sobą wysokie koszty eksploatacyjne oczyszczalni ścieków. Stało się to przesłanką do poszukiwań innych, alternatywnych źródeł węgla organicznego. W artykule przedstawiono skuteczność usuwania azotu ze ścieków z wykorzystaniem gliceryny jako zewnętrznego źródła węgla. Badania prowadzono podczas procesu oczyszczania ścieków komunalnych w dwóch niezależnych komorach osadu czynnego typu SBR w skali laboratoryjnej. Pojedynczy cykl pracy reaktora trwał 6 godzin i obejmował takie fazy jak: doprowadzenie ścieków (2 min), mieszanie (beztlenowa) (60 min), napowietrzanie (3,5 h), sedymentację (1 h) i dekantację (0,5 h). Do jednej z komór w każdym cyklu po dwudziestu minutach od napełnienia ścieków dodawano glicerynę jako źródło łatwo przyswajalnych związków organicznych. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie gliceryny jako zewnętrzne źródło węgla podczas oczyszczania ścieków spowodowało wyższą skuteczność usuwania azotu niż w reaktorze, gdzie nie zostało zastosowane wspomaganie zewnętrznym źródłem węgla przy jednocześnie uzyskanym niskim poziomie wartości ChZT w ściekach oczyszczonych. W reaktorze bez dodatku źródła węgla usunięcie azotu ogólnego wynosiło 87,8% oraz azotu amonowego w 96,5%. Oczyszczanie ścieków w reaktorze z dodatkiem gliceryny spowodowało usunięcie azotu ogólnego w 93,6% oraz azotu amonowego w 98,8%. Pomimo wzrostu końcowego stężenia azotanów w obu reaktorach, w reaktorze z zastosowaniem zewnętrznego źródła węgla stężenie azotanów było niższe aż o 3,4 mg N/ dm3. Wyznaczono frakcje ChZT i ich zmiany w ściekach w celu ustalenia udziału ilościowego i procentowego. Wyznaczenie frakcji ChZT pozwala na ocenę podatności ścieków na oczyszczanie biologiczne, wskazując dodatkowo zanieczyszczenia trudno rozkładalne, zmniejszające efektywność biologicznego oczyszczania ścieków. Wprowadzenie zewnętrznego źródła węgla w formie gliceryny do ścieków komunalnych spowodowało wzrost frakcji SS o 57 mg O2/ dm3, zwiększając tym samym procentową zawartość związków organicznych rozpuszczonych łatwo biodegradowalnych z 10 do 30%. Zwiększona ilość łatwo przyswajalnych związków węgla przyczyniła się do zwiększenia szybkości denitryfikacji. W początkowej fazie denitryfikacji z dodatkiem zewnętrznego źródła węgla w postaci gliceryny zauważono przyśpieszenie usuwania związków azotu o 1.9 mg N∙ dm3 /h w porównaniu do reaktora kontrolnego.