Granular biomasses for biological treatment of breeding wastewater

Sguanci, Sara

Seit kurzem ist Bio-Granulation besonders interessant geworden, da diese Vorteile gegenüber dem konventionell verwendeten Belebtschlamm bieten. Die Arbeit fokussiert sich auf zwei Verfahren von Granulat: den Anammox-Bakterien und dem aeroben Kornschlamm. Insbesondere, war die Anwendbarkeit diesen beiden Verfahren für die Schweine Abwasser Behandlung geeignet. Das Schweine Abwasser beinhaltet hohe Konzentrationen von Antibiotika aus der Nutztierhaltung. Dies hat potentiell negative Effekte auf die mikrobiologische Aktivität, dies gilt es ins besondere zu untersuchen. Im Speziellen, konzentriert sich die Forschung auf die Untersuchung des vorteilhaften Anbau von aeroben Granulatkulturen. Im Weiteren wird der toxische Einfluss von drei verschiedenen Antibiotika aus der Nutztierhaltung in Bezug auf das Anammox Granulat, das aerobe Granulat und dem konventionellem Belebtschlamm untersucht. Die Kurz- und Langzeit Toxizität von ausgewählten Verbindungen wurde untersucht für die anammox Biomasse. Des weiteren, ist die kurzzeitige Toxizität von kombinierten Konzentrationen von Antibiotika untersucht worden, um festzustellen, ob Synergie Effekte erreicht werden können. Ergebnisse haben gezeigt, dass bei Antibiotika Konzentrationen welche für Schweine Abwasser erwartet wurden, die Anwendung des anammox Prozesses vorstellbar ist. Aerobe Granulate des Belebtschlamm wurde erzeugt in einem Sequencing Batch Reactor. Die Parameter, welche den Größten Einfluss auf die Granulat Stabilität und Leistung haben sind langsam wachsende Organismen, aufgelöste Sauerstoff Konzentrationen, Fütterstrategien und die Temperatur. Die hemmende Wirkung von Zielverbindungen auf aerobe Granulate wurde dann für Ammonium oxidierenden Bakterien und Phosphorspeicherung befähigte Bakterien erreicht, welche eine hohe Widerstandsfähigkeit auf diese Komponenten gezeigt haben. Abschließend würde Antibiotika eingeführt für Granulat und mikrobiologische Flockungsmittel Populationen leisten die gleiche Nitrifizierungs und Denitrifizierungs Aktivität. Die Ergebnisse zeigen eine hohe Widerstandsfähigkeit auf Granulat Ammonium oxidierende Bakterien bei allen getestet Antibiotika im Vergleich mit konventionellem Belebtschlamm. Anammox Bakterien Empfänglichkeit war dagegen von den speziell getesteten Antibiotika abhängig, führt zu einer Inhibition welche beinahe mit den konventionellen Denitrifikation Flockungsmittel vergleichbar ist.

Over the last few years, biogranulation has been regarded with increasing interest according to granules advantages over conventional activated sludge. This thesis focused on two specific granular consortia: the anammox bacteria, as a specific case of denitrifying anaerobic granules, and the aerobic granular sludge. Specifically, both solutions were evaluated for swine wastewater treatment. As swine wastewaters contain high concentrations of veterinary antibiotics, the potential negative effects of these compounds on microbial activities need to be studied carefully. In detail, the research activity focused on the evaluation of the most advantageous operating conditions for aerobic granules cultivation, and on the estimation of the toxicity of three veterinary antibiotics respectively on anammox granules, aerobic granules and conventional activated sludge. The short- and long-term toxicity of selected compounds on the anammox biomass was evaluated through batch tests designed to estimate the Specific Anammox Activity. Moreover, the short-term toxicity of combined concentrations of antibiotics was evaluated so to verify whether a synergistic effect could establish. Results demonstrated that at antibiotics concentrations expected for swine wastewaters, the application of the anammox process seems conceivable, as at those levels, the activity was just slightly reduced. Aerobic granulation of activated sludge was achieved in a Sequencing Batch Reactor fed with a mixture of synthetic medium and domestic sewage. The operating parameters, which were found to influence mostly granules stability and performances were the selection of slow, growing organisms, dissolved oxygen concentration, feeding strategy and temperature. The inhibitory effect of target compounds on aerobic granules was then assessed for ammonium oxidizing bacteria and phosphorus accumulating organisms, which demonstrated to be highly resistant to those compounds. Finally antibiotics toxicity was assessed for granular and flocculent microbial populations performing the same nitrifying and denitrifying activities. Results highlighted the higher resistance of the microbial guilds performing aerobic ammonium oxidation present in granules towards all the tested antibiotics compared to conventional activated sludge. Anammox bacteria susceptibility was instead depending on the specific antibiotic tested, leading to an overall inhibition nearly comparable to that of conventional flocculent denitrifiers.

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Sguanci, Sara: Granular biomasses for biological treatment of breeding wastewater. 2015.

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