Recovery of microbial activity in a biofilm wastewater treatment process

Abstract

The government decree on treating domestic wastewater in areas outside sewer networks will come into effect on 1.1.2014. With this new decree the use of small scale sewage treatment plants will increase. The purification effectiveness of small scale treatment processes has been questioned for some time and now manufacturers have to pay attention how to make the small scale treatment processes work more effectively in the Finnish environment.

The aim of this thesis was to examine the stability of the biofilm process in a small scale treatment plant and the recovery of microbial activity after a shutdown period. During the work process especially nitrification and nitrogen removal efficiency was examined. The biofilm process was examined during a six-month period in normal operation followed by a three-month shutdown period when wastewater was not fed into the process. During the normal operation and shutdown period the state of biofilm process and the recovery of microbial activity were examined with sampling and analyses from incoming and outgoing purified wastewater. The followed parameters were biological and chemical oxygen demand, total nitrogen and phosphorus, ammonia nitrogen reduction and nitrate nitrogen concentration. Also pH and temperature were examined.

The client of the thesis was Clewer Ltd. The company manufactures small scale treatment plants and they have developed a biological process called the Rotating Bed Biofilm Reactor (RBBR). Clewer RBBR purification process is based on the carrier material technology, where the microbes operate on the surface of carriers. The process was tested in Suomenoja research station in Espoo. Purification and functionality requirements were examined from the point of view of the government decree (542/2003) and CEN standard (12566-3:2005). The work showed that the microbial activity of RBBR process recovered to its normal operation in less than one week after the shutdown period. The purification results corresponded to the requirements of the government decree 542/2003.

Valtioneuvoston uusi asetus talousjätevesien käsittelystä vesihuoltolaitosten viemäriverkostojen ulkopuolisilla alueilla tulee voimaan 1.1.2014. Asetuksen myötä jäteveden pienpuhdistamojen käyttö kasvaa. Pienpuhdistamojen toimivuutta ja puhdistustehokkuutta on kyseenalaistettu jo pitkään ja nyt laitevalmistajien onkin kiinnitettävä entistä enemmän huomiota siihen, miten puhdistusprosessit saadaan toimimaan tehokkaammin Suomen vaihtelevissa olosuhteissa.

Työn tarkoituksena oli tutkia jäteveden pienpuhdistamon biofilmiprosessin stabiiliutta ja mikrobitoiminnan palautumista ennalleen pysäytysjakson jälkeen. Työssä seurattiin erityisesti prosessin nitrifikaation ja typenpoiston tehokkuutta. Aluksi prosessin stabiiliutta tarkasteltiin ns. normaaliajossa puolen vuoden ajan, jonka jälkeen jätevesisyöttö keskeytettiin kolmen kuukauden ajaksi. Normaaliajossa ja pysäytysjakson jälkeen prosessin tilaa ja mikrobitoiminnan käynnistymistä seurattiin näytteenotoin ja analyysein sekä tulevasta että lähtevästä, puhdistetusta jätevedestä. Seurattavia parametreja olivat biologisen ja kemiallisen hapenkulutuksen, kokonaistypen ja – fosforin ja ammoniumtypen vähenemä, nitraattitypen pitoisuus ulosvirtaavasta vedestä sekä veden pH ja lämpötila.

Työn toimeksiantaja oli pienpuhdistamoja valmistava Clewer Oy, joka on kehittänyt biologisen Rotating Biofilm Bed Reactor (RBBR) -puhdistusprosessin jätevesille. Prosessi perustuu kantoaineteknologiaan, jossa mikrobikasvusto toimii kantoaineen pinnalla. Puhdistusprosessia testattiin Suomenojan tutkimusasemalla Espoossa. Pienpuhdistamoille asetettuja puhdistus- ja toimivuusvaatimuksia tarkasteltiin hajajätevesiasetuksen (542/2003) ja CEN-standardin (SFS-EN 12566-3) näkökulmista. Työ osoitti, että RBBR -prosessin mikrobitoiminta palautui alle viikossa ennalleen kolmen kuukauden pysäytysjakson jälkeen ja prosessin puhdistustulokset vastasivat asetuksen 542/2003 vaatimuksia.