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Titelaufnahme

Titel
Wirkung phenolischer Verbindungen aus anaeroben Abbauwegen auf aerobe Ammoniakoxidierer eines Deammonifikationsreaktors / Christopher Spiegel, BSc.
VerfasserSpiegel, Christopher
Betreuer / BetreuerinnenPümpel, Thomas
ErschienenInnsbruck, Mai 2018
Umfang74 Blätter : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Masterarbeit, 2018
Datum der AbgabeMai 2018
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Nitrifikation / Hemmung / AOB / Phenol / DEMON / Hydrolyse / CAMBI / methanogen / Faulturm / Vorbehandlung / THP / Anammox / phenolisch / Deammonifikation
Schlagwörter (EN)hydrolysis / AOB / nitrification / DEMON / anammox / phenol / phenolic / inhibition / deammonification
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-21767 Persistent Identifier (URN)
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Wirkung phenolischer Verbindungen aus anaeroben Abbauwegen auf aerobe Ammoniakoxidierer eines Deammonifikationsreaktors [2.94 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Thermodruckhydrolysen (THP) von Klärschlämmen vor der Faulung als Vorbehandlungsmethode werden immer häufiger in Kläranlagen eingesetzt. In dieser Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss eine Thermodruckhydrolyse Anlage der Firma CAMBI® auf einen Deammonifikationsreaktor nach der Faulung hat. Dabei stammten die Proben von der Kläranlage Blue Plains, Washington DC, USA. Im Vorfeld dieser Arbeit konnte eine 80-90%ige Hemmung der aeroben Ammoniakoxidierer (aerAOB) bei 100%igem Probenanteil festgestellt werden. Es wurde vermutet, dass phenolische Verbindungen aus der THP oder anaeroben Abbauwegen die Ursache dieser Hemmung sind. So wurden 19 mögliche Verbindungen (Phenol, Hydrochinon, Catechol, Hydroxyhydrochinon, Pyrogallol, Phloroglucin, 4-Hydroxybenzoesäure, 2,3-Dihydroxybenzoesäure, 2,5-Dihydroxybenzoesäure, 3,5-Dihydroxybenzoesäure, m-Kresol, p-Kresol, 4-Ethylphenol, Guajacol, Gallussäure, Vanillin, Kaffeesäure, Syringasäure, Ferulasäure) in dieser Arbeit verwendet.

Um die Wirkung der 19 möglichen phenolischen Verbindungen auf aerAOB zu betrachten, wurden ein Aktivitätstest und ein OUR-NOx-Test durchgeführt. Der OUR-NOx-Test verwendet neben der Nitritproduktion auch die Sauerstoffzehrung als Aktivitätsmaß der aerAOB, während im Aktivitätstest nur die Nitritproduktion als Maß der Aktivität dient. Es konnte in beiden Versuchsansätzen eine hemmende Wirkung der Verbindungen Phenol, Guajacol, m-Kresol, p-Kresol und 4-Ethylphenol nachgewiesen werden. Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass jene phenolischen Verbindungen hemmen, welche einen pKs von ungefähr 10 haben, weniger als neun Kohlenstoffatome pro Molekül und nur eine OH-Gruppe pro Molekül besitzen.

Im Zuge der Arbeit wurde die Probe auf phenolische Verbindungen aus anaeroben Abbauwegen mittels Phenolindex und einer HPLC-Methodik analysiert. Dabei konnte festgestellt werden, dass keine der angenommenen, möglichen phenolischen Verbindungen in der Probe vorkommt, aber dass ein Phenolindex von 3 mg/l Phenol in der Probe gemessen werden konnte.

Auch wurde versucht, die hemmenden Substanzen der CAMBI®-Proben näher zu charakterisieren. Dafür wurden vor einem Aktivitätstest separat CAMBI®-Proben mit Eisen(III)-Sulfat ausgefällt, destilliert, per pH-Wert Senkung auf pH 2 ausgefällt und mit n-Hexan und Dichlormethan extrahiert. Dabei wies nur der Aktivitätstest des Destillats der CAMBI®-Proben eine verbesserte Aktivität auf. Die CAMBI®-Proben hemmen im OUR-NOx-Test die Sauerstoffzehrung schwächer als die Nitritproduktion. Aufgrund der erhobenen Ergebnisse sind phenolische Verbindungen als Hemmursache auszuschließen.

Zusammenfassung (Englisch)

Thermal hydrolysis processes (THP) are increasingly used as sludge pre-treatment methods before methanogenic anaerobic digestion in sewage treatment plants. In this work, samples of a thermal hydrolysis plant in Blue Plains, Washington DC, USA, of a company named CAMBI® were investigated. The samples were taken after being processed through a methanogenic anaerobic digestion and before being processed in a deammonification reactor. In apron to this work an 80-90% inhibition rate of aerobic ammonia oxidizers (aerAOB) of a deammonification reactor could be determined. It has been hypothesized that phenolic compounds arising from THP processes or anaerobic degradation pathways are causing the inhibition. Thus, 19 possible compounds (phenol, hydroquinone, catechol, hydroxyhydroquinone, pyrogallol, phloroglucinol, 4-hydroxybenzoic acid, 2,3-dihydroxybenzoic acid, 2,5-dihydroxybenzoic acid, 3,5-dihydroxybenzoic acid, m-cresol, p-cresol, 4-ethylphenol, guaiacol, gallic acid, vanillin, caffeic acid, syringic acid, ferulic acid) were used in this work.

To get an insight into the effect of the 19 possible phenolic compounds on aerAOB, an activity test and an OUR-NOx-test were performed. In addition to nitrite production, the OUR-NOx-test also uses oxygen consumption as a measure of aerAOB activity, while in the activity test only nitrite production serves as measure of activity. An inhibitory effect of the compounds phenol, guaiacol, m-cresol, p-cresol and 4-ethylphenol could be detected in both experimental approaches. From these data it can be concluded, that those phenolic compounds which have a pKa of about 10, less than nine carbon atoms per molecule and only one hydroxyl group per molecule, do have an inhibiting effect on aerAOB of a deammonification reactor.

The sample was analyzed for phenolic compounds from anaerobic degradation pathways by a phenol index and HPLC methodology. It was found that none of the possible phenolic compounds were present in the sample, but 3 mg/l Phenol could be measured by the phenol index.

It was also tried to identify the cause of the inhibitory effect by CAMBI® samples. For this purpose, before an activity test, CAMBI® samples were separately precipitated with Iron (III) Sulfate, distilled, precipitated by pH reduction to pH 2 and extracted with n-Hexane and Dichloromethane. Only the distillate of the CAMBI® samples could bring up an improvement of the activity test. The CAMBI® samples inhibit oxygen depletion less than nitrite production in the OUR-NOx test. Due to the results, phenol can be excluded as a cause of inhibition.

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