Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Utvärdering av kvävereduktion i en passiv denitrifierande bioreaktor
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE).
2017 (Swedish)Independent thesis Basic level (professional degree), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Evaluation of Nitrogen Reduction in a Passive Denitrifying Bioreactor (English)
Abstract [sv]

Kväve har tidigare endast utvunnits ur atmosfären med hjälp av naturligt förekommande kvävefixerande bakterier men i och med uppkomsten av Haber-Bosch processen under tidigt 1900 – tal har det blivit möjligt att utvinna kväve ur atmosfären på kostgjord väg. Detta har lett till en obalans i kvävets naturliga kretslopp. Kväve har, sedan processen kom i bruk, utvunnits i stora kvantiteter för användning som bland annat gödningsmedel i jordbruksindustrin och som komponent i vanligt förekommande sprängmedel.

 

Kväveformen som används i dessa industrier är nitrat-, (NO3-)-, vilket fungerar som näringsämne åt växter. Då överskott av nitrat lakas ut, löser sig och sprids med vatten, kan det leda till övergödning i sjöar, hav och vattendrag. Ett hav som är hårt drabbat av detta är Östersjön.

 

Biologiska reningsmetoder har länge använts för att rena vatten från olika vattenlösliga kväveformer som nitrat, nitrit-, (NO2-), och ammonium-, (NH4+). De biologiska reningsmetoderna härstammar från kvävets kretslopp där de förekommer naturligt och innefattar processerna denitrifikation, nitrifikation och anammox. Genom att skapa förhållanden som gynnar de olika biologiska processerna har de effektivt använts för kväverening vid både kommunala reningsverk och för rening av dräneringsvatten från jordbruk. Processerna kan kombineras i olika utformningar eller användas enskilt beroende på vilken kväveform som förekommer i vattnet.

 

System för rening av nitratutsläpp härstammande från sprängmedel är relativt nytt. Denna rapport beskriver anläggningen och uppföljningen av en passiv denitrifierande bioreaktor med syfte att rena vatten från nitrat härstammande från sprängmedel. Bioreaktorn är den andra i sitt slag i Sverige och utöver dessa två förekommer inga andra bioreaktorer som renar vatten från sprängmedel i Sverige idag.

 

Rapporten innehåller en utvärdering av bioreaktorns nitratreduktion och jämför metoden med andra vanliga systemutformningar och metoder för nitratrening. Jämförelsen och utvärderingen har gjorts med hjälp av en litteraturstudie och genom kemiska analyser. Den kemiska analysen omfattar analys av nitratkväve, ammoniumkväve, pH, alkalinitet, temperatur och elektrisk konduktivitet.

 

Vattenprover har tagits under uppstart perioden av bioreaktorn vilket och har omfattat de 36 första dagarna från och med att bioreaktorns driftstart den 2017-06-29 till och med 2017-08-02. Under denna tid har bioreaktorn uppvisat en nitrat- och ammoniumproduktion i kombination med en alkalinitetförbrukning. Alkalinitetförbrukningen har med största sannolikhet uppkommit till följd av nedbrytningen av det organiska materialet och nitrat- och nitratproduktionen kommer av ett lågt C/N förhållande i de träslag som används som kolkälla. Ammoniumproduktionen härstammar förmodligen från en kombination av den förbrukade alkaliniteten och C/N förhållandet i trädslagen. Analysresultaten har på grund av dessa resultat inte kunnat bidra till en utvärdering av bioreaktorn. Litteraturstudien visar dock att den denitrifierande bioreaktorn är det reningssystem som är mest lämpat för nitratrening med hänsyn till de förhållanden som råder avseende den omgivande miljön och vattnets kemiska innehåll. Studien visar även att ett antal förändringar i utformningen av bioreaktorn skulle kunna öka bioreaktorns driftsäkerhet.

Abstract [en]

Nitrogen has previously only been extracted from the atmosphere by naturally occurring nitrogen-fixing bacteria, but with the development of the Haber-Bosch process in the early 1900s it has been made possible to extract nitrogen from the atmosphere artificially. This has led to an imbalance in nitrogen’s natural cycle. Nitrogen has, since the process has been put in use, been extracted in large quantities for the use as a fertilizer in the agricultural industry and as a component of commonly used explosives.

 

The nitrogen form used in these industries is nitrate, (NO3-), which acts as a nutrient to plants. As excess nitrate dissolves and spreads with water it can lead to eutrophication in lakes, seas and streams. A sea largely affected by this is the Baltic Sea. 

 

Biological treatment methods have long been used to purify water from various water-soluble nitrogen forms such as nitrate, nitrite, (NO2-), and ammonium, (NH4+). The biological purification methods are derived from the nitrogen cycle where they occur naturally and they include the processes of denitrification, nitrification and anammox. By creating conditions that benefit the various biological processes, they have effectively been used for removing nitrogen in both municipal wastewater treating plants and for drainage water from agriculture. The processes can be combined in different designs or used individually depending on the nitrogen form present in the water.

 

Systems for purifying water from nitrate originating from explosives are a relatively new. This report describes the construction and follow-up of a passive denitrifying bioreactor used to purify water from nitrate derived from explosives. The bioreactor is the second of its kind in Sweden and in addition to these two there are no other bioreactors that treat water impacted by explosives in Sweden today.

 

The report contains an evaluation of the bioreactors nitrate reduction and compares the method with other commonly used system designs and methods for nitrate purification. The comparison and evaluation has been made using a literature study and through chemical analyses. The chemical analyses include analysis of nitrate, ammonia, pH, alkalinity, temperature and electrical conductivity.

 

Water samples have been collected during the start-up period of the bioreactor which includes the first 36 days from the day the bioreactor was put in operation, 2017-06-29 through 2017-08-02. During this time the bioreactor has demonstrated a nitrate- and ammonia production in combination with alkalinity consumption. The alkalinity consumption is most likely do to the degradation of the organic material and the nitrate production comes from a low C/N ratio in the woods used as source for carbon. Ammonia production is likely to derive from a combination of the alkalinity consumption and the C/N ratio in the woods. Because of these results, the results of the analysis have not been able to contribute to the evaluation of the bioreactor. However, the literature study shows that the denitrifying bioreactor is the most suitable purification system for nitrate purification, taking into consideration the environmental conditions and the waters chemical content. The study also shows that a number of changes in the design of the bioreactor could increase the bioreactors reliability.

Place, publisher, year, edition, pages
2017.
Keywords [sv]
denitrifikation, passiv bioreaktor, nitratreduktion, nitratutsläpp vid sprängning
National Category
Chemical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-220715OAI: oai:DiVA.org:kth-220715DiVA, id: diva2:1170374
Educational program
Bachelor of Science in Engineering - Chemical Engineering
Available from: 2018-01-03 Created: 2018-01-03 Last updated: 2018-01-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2872 kB)11 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2872 kBChecksum SHA-512
8ba1d4b585777f5e1d38de58020757933a1c8b7d0ef07eceaeb577af38e6ed6bbab78493da8974769e272397460358e2cb7dc84ef41501253e371fd837a0fdb8
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Chemical Science and Engineering (CHE)
Chemical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 11 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 65 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf