Development, laboratory and pilot testing of an innovative single sludge step-feed anoxic–aerobic nitrogen removal process


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Abstract

A single-sludge step-feed anoxic–aerobic process (SSFAOP), characterized by enhanced nitrogen reduction performance, long solids retention time (SRT), and short aerobic hydraulic retention time (HRT), was designed to optimize nitrification and denitrification processes for ammonia and nitrogen removal. The favorable conditions for nitrifying bacteria were provided by using influent flow splitting and step feeding. The relative predominance of nitrifying bacteria resulted in an increase of nitrification rate and decrease of nitrification time. In addition, the SSFAOP process design and operation were optimized by computer simulation and laboratory testing. The optimum operating parameters were determined through laboratory and pilot testing by evaluating the effects of temperature, pH, and dissolved oxygen (DO) on ammonia reduction efficiencies and treatment performance. The laboratory and pilot testing results demonstrated that the SSFAOP was a cost-effective process for nitrogen reduction. It is, therefore, feasible to implement industrial full-scale applications in wastewater treatment plants.RésuméUn processus anoxique–aérobie à alimentation étagée à un seul type de boue (SSFAOP), caractérisé par une meilleure élimination de l'azote, de longs temps de rétention des solides (SRT) et d'un court temps de rétention hydraulique aérobie (HRT), a été conçu dans le but d'optimiser les processus de nitrification et de dénitrification pour l'élimination de l'ammoniac et de l'azote. Les conditions favorables aux bactéries nitrifiantes ont été fournies en divisant le flux et en alimentant par étages. La prédominance relative des bactéries nitrifiantes a engendré une augmentation du taux de nitrification et une diminution du temps de nitrification. De plus, la conception et le fonctionnement du SSFAOP ont été optimisés par une simulation informatisée et des essais en laboratoire. Les paramètres de fonctionnement optimaux ont été déterminés par des essais en laboratoire et à l'échelle pilote en évaluant les effets de la température, du pH et de l'oxygène dissous sur les efficacités de réduction de l'ammoniaque et du rendement du traitement. Les essais en laboratoire et à l'échelle pilote ont démontré que le SSFAOP était un processus rentable pour la réduction de l'azote. Il est ainsi réalisable d'implanter des utilisations industrielles à pleine échelle dans les usines de traitement des eaux usées.

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