Nitrogen harvesting from liquid waste streams using hydrophobic gas permeable membranes

Abstract

The focus for nitrogen treatment in a wastewater treatment plant (WWTP) is removal instead of recovery. Both nitrogen treatment and creation of reactive nitrogen are energy intensive processes (Liu, 2014). A major fraction of nitrogen load on the treatment process originates from reject water from WWTP’s own digesters. Nitrogen recovery from reject water would decrease treatment process costs and the need to bind nitrogen from atmosphere. Here, we show that nitrogen can be recovered from liquid waste using gas-permeable hydrophobic membranes. Recovery efficiency of 60 % was reached with 8-hour retention time. The method was estimated to be economically feasible for a specific WWTP when the recovery efficiency is between 55 % and 85 %. Furthermore, we also concluded that lime products are suitable option for pre-treatment and pH control. Our results demonstrate that nitrogen recovery methods are a viable pathway to reach higher nutrient recycling rate and lower energy consumption. We anticipate that research for nitrogen recovery methods will gain momentum: nitrogen-rich liquid streams have very diverse properties and further research is necessary to utilize the maximum potential of the technology

Jäteveden käsittely pyrkii typen poistoon talteenoton sijasta. Sekä typen poisto että sen sitominen ilmakehästä reaktiiviseen muotoon ovat energiaintensiivisiä prosesseja (Liu, 2014). Merkittävä osuus käsittelyprosessiin tulevasta kuormasta on peräisin laitoksen omien mädättämöiden rejektivesistä. Typen talteenotto rejektivedestä vähentäisi käsittelyprosessin kustannuksia ja tarvetta sitoa typpeä ilmakehästä. Osoitamme tässä tutkimuksessa, että typpeä voidaan ottaa talteen käyttäen hydrofobista, kaasuselektiivistä kalvoa. Kahdeksan tunnin viipymäajalla saavutettiin 60 % talteenottotehokkuus ja menetelmän arvioitiin olevan taloudellisesti kannattava, kun talteenottotehokkuus on 55 ja 85 % välillä. Lisäksi totesimme, että kalkkipohjaiset tuotteet ovat tehokkaita esikäsittelyssä sekä pH:n säädössä. Tulokset vahvistavat, että typen talteenottomenetelmät ovat mahdollinen keino saavuttaa korkeampi ravinteiden kiertotehokkuus ja vähentää energian kulutusta. Ennustamme, että typen talteenottomenetelmien tutkimuksen suosio kasvaa, koska typpirikkaat nestevirrat ovat ominaisuuksiltaan hyvin erilaisia ja lisätutkimus on tarpeellista, jotta teknologian potentiaali saadaan hyödynnettyä.