Processes effecting nitrification performance in biological rapid sand filters

Grundvand, der anvendes i drikkevandsforsyningen, indeholder ammonium, der skal fjernes for at sikre en god drikkevandskvalitet. Nitrifikation i biologisk aktive hurtige sandfiltre er en stadig mere udbredt teknik til at fjerne vandets indhold af ammonium. På trods af den udbredte anvendelse af nitrifikation i biologiske sandfiltre opstår der til stadighed problemer med processen i filtrene. Design og drift af filtrene har gennem tiden været og er stadig baseret på tommelfingerregler og erfaringer hos de enkelte operatører. Målet med denne afhandling var at udvikle en videnskabeligt baseret forståelse af, hvorledes forskellige driftsforhold påvirker nitrifikationen.
Betydningen af flowrate, ammonium- og fosforkoncentration i indløbsvandet, længden af filter cyklus og tilbageskyl blev undersøgt i to eksperimentelle hurtige sandfiltre i pilotskala på et vandværk i København. Forstudier bekræftede, at forsøgsfiltrene simulerede filtre i fuld skala både med hensyn til partikelfjernelse og biologisk fjernelse. Ved lave indløbskoncentrationer af ammonium til filteret var den total ammoniumbelastning vigtigere end flow og ammoniumkoncentrationer i indløbsvandet som individuelle parametre. Forsøgsfiltrene havde kapacitet til at fjerne en fem gange højere ammoniumbelastning end filterets normale gennemsnitlige belastning, hvilket viser, at filtrene kan absorbere pludseligt opståede høje ammoniumniveauer og stadig være i stand til at overholde grænseværdierne for ammonium. Ved drift under lav ammoniumbelastning var antallet af ammonium-oxiderende bakterier korreleret med ammonium-fjernelsesraten og meget stabil over lange driftsperioder såvel som efter tilbageskyl.
Ved øget ammoniumbelastning steg ammonium-fjernelsesraterne og den nitrificerende biomasse langsomt i filteret, men et indledende tilbageskyl fjernede en stor del af den nydannede biomasse og førte til et fald i ammoniumfjernelsen. Efterfølgende tilbageskyl havde betydelig mindre indflydelse på ammoniumfjernelsen i filtrene, hvilket indikerer, at nitrifikationen hurtigt tilpasses øget ammoniumbelastning. Tilførsel af fosfor førte til en hurtig stigning i ammonium- og nitritfjernelse i forsøgsfiltrene.
Dette projekt har givet os en langt større forståelse af, hvorledes drift af hurtige sandfiltre påvirker fjernelsen af ammonium. Resultaterne er meget lovende, da de understreger at disse systemer er robuste og at de er i stand til at fungere under varierende operationelle forhold. Det vil sige at filtrering i hurtige sandfiltre er en sikker metode til at kontrollere ammoniumkoncentrationerne i drikkevandsforsyninger.
I laboratorieforsøg med filterkolonner blev det påvist at fosfor og mikronæringsstoffer var begrænsende faktorer på to danske vandværker, der ikke var i stand til at overholde de danske grænseværdier for ammonium på grund af dårligt fungerende filtre. Det betyder, at tilførsel af fosfor og mikronæringsstoffer efter al sandsynlighed er et værdifuldt redskab til at forbedre effektiviteten af filtre med nitrifikationsproblemer og på den måde forbedre drikkevandskvalitet og –sikkerhed.