Studies and treatment of inhibitory and recalcitrant wastewater

Abstract

Meie kodudes tekib iga päev olmereovesi, mis sisaldab erinevaid saasteaineid. See suunatakse reoveepuhastisse, kus mikroorganismid tarbivad reovees sisalduvaid saasteaineid oma elutegevuse käigus. Sageli jõuab olmereoveepuhastitesse ka tööstuslik reovesi, mis võib sisaldada reovett puhastavate mikroorganismide ainevahetust pärssivaid saasteaineid, põhjustades puhastusprotsesside inhibitsioone. Seeläbi väheneb reovee puhastamise efektiivsus ning saasteained võivad jõuda keskkonda.

Reovee inhibeerivate omaduste vähendamiseks on saadaval erinevad tehnoloogiad, kuid igale põhilisele aktiivmudaprotsessile rakendatavat ja usaldusväärset metoodikat inhibeeriva mõju hindamiseks ei leitud. Lisaks võib tööstusliku päritoluga reovesi sisaldada bioloogiliselt mittelagunevaid orgaanilisi ühendeid ning seetõttu vajada aktiivmudaprotsessist tõhusamate puhastustehnoloogiate rakendamist. Üheks selliseks protsessiks on näiteks Fenton, mis põhineb keemilisel oksüdeerimisel. Fentoni protsessi kasutamist limiteerib suurest kemikaalitarbest tulenev opereerimise kõrge hind ning ohtliku rauarikka jääkmuda teke.

Selle doktoritööga lahendati kolm olulist probleemi raskestilaguneva ja inhibeeriva reovee puhastamisel. Esiteks, leiti optimaalsed tingimused inhibitsioonitestidele hindamaks reovee või ohtliku ühendi mõju aktiivmudaprotsessidele, millele usaldusväärsed standardmetoodikad puudusid – aktiivmuda tõhustatud bioloogilisele fosforiärastusele ning lämmastikuärastuse teisele etapile, denitrifikatsioonile. Inhibitsiooniteste rakendatakse reovee sobivuse hindamiseks töötlemiseks aktiivmudaprotsessiga või reoveepuhastile probleeme tekitava sissevoolu päritolu tuvastamiseks. Teiseks, testiti aktiivmuda- ja füüsikalis-keemiliste protsesside kombinatsioone nelja erineva keeruliste omadustega reovee puhastamiseks arvestas inhibitsiooni ja biolagundatavuse testidest saadavad teavet. Kombineeritud töötlemine suurendas keeruliste omadustega reovee puhastamise tõhusust ja vähendas puhastamise hinda. Kolmandaks, Fentoni protsessi opereerimist muudeti viisil, milles ei teki rauarikast jääkmuda ja vähenes kemikaalikulu ning seeläbi ka opereerimise hind.

Municipal wastewater containing different pollutants is produced in our homes every day. It is subjected to wastewater treatment plant (WWTP), where microorganisms consume these pollutants. Industrial wastewater containing inhibitory substances is frequently subjected to municipal WWTP-s, which causes the inhibition of wastewater treatment processes. Consequently, wastewater treatment efficiency decreases and pollutants may be subjected to the water bodies.

Different technologies are available for inhibition removal, but there were no applicable and reliable methods found for all main wastewater treatment processes. Additionally, industrial wastewater may contain biorefractory organic substances and thereby require application of advanced treatment methods, e.g. the Fenton process. The Fenton process is an advanced oxidation process which application is limited by high operational costs due to high chemical consumption and production of hazardous ferric waste sludge.

Three significant problems of inhibitory and recalcitrant wastewater treatment were solved with this thesis. Firstly, optimal conditions for inhibition tests were found to estimate the impact of wastewater or inhibitory substance on wastewater treatment processes for which no reliable standard methods were found – activated sludge enhanced biological phosphorus removal and for the second step of nitrogen removal, denitrification. Inhibition tests are applied to estimate the feasibility of activated sludge processes to treat a certain wastewater and to identify the origin of wastewater causing wastewater treatment problems. Secondly, combined activated sludge and physical-chemical treatment of complex wastewater was tested considering results from preliminary inhibition and biodegradability studies, which increased the treatment efficiency and reduced cost of complex wastewater treatment. Thirdly, operation the Fenton process was modified to reduce the production of ferric waste sludge and consumption for chemicals.