Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of ultrasonic disintegration of post-coagulation sludge

Płonka Izabela, Adamkowska Monika

Instal

|

2024

|

nr 2

49--52

EN

Disintegration of sludge is a process consisting of the destruction of sludge flake structure, followed by rupture of the cell membrane and lysis of the microbial cells. Disintegration processes constitute a rapidly growing technology that is gaining more and more interest. The disintegration process results, inter alia, in the breaking of strong chemical bonds, therefore, it can be effective in the case of post-coagulation sludge. For this type of sludge, the expected effect is to improve its filtration properties. The integrated action between microorganisms and the cells alone, results in the release of the organic matter and biological water from inside of the cell. The process of sludge disintegration can be carried out using the following techniques: mechanical, thermal, chemical, or biological. The choice of a disintegration method is not simple because its effects are dependent on many parameters. One of those methods is ultrasonic application. Ultrasonic can negatively affect living organisms. It directly affects walls and membranes’ cells, leading to their deformation, perforation, or cell death. During the studies the following sludge parameters were determined: capillary suction time (CST), total solids (TS), volatile solids (VS), hydration and COD of supernatant liquid. After the disintegration process, it was observed that the value of TS increased from 0.04% to 0.06% in the case of the longest exposure time of the sludge to the ultrasonic waves. It was also observed that the longer the process time and higher amplitude, the higher the COD value of the liquid. However, the capillary suction time decreased from 53 s for the non-disintegrated sludge to 25 s for the sludge subjected to ultrasonication - 50% amplitude and 10 minutes. This demonstrates the improvement of the filtration properties of sludge after disintegration.

PL

Dezintegracja osadu jest procesem polegającym na zniszczeniu struktury kłaczków osadu, a następnie rozerwaniu błony komórkowej i lizie komórek drobnoustrojów. Procesy dezintegracji to obecnie dynamicznie rozwijające się technologie, które cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Zastosowanie procesu dezintegracji skutkuje między innymi zerwaniem silnych wiązań chemicznych, dlatego może być skuteczny w przypadku osadów pokoagulacyjnych. Dla tego typu osadów oczekiwanym efektem jest poprawa ich właściwości filtracyjnych. Zintegrowane działanie mikroorganizmów i samych komórek powoduje uwolnienie materii organicznej i wody biologicznej z wnętrza komórki. Procesy dezintegracji osadów można przeprowadzić przy pomocy technik: mechanicznej, termicznej, chemicznej lub biologicznej. Wybór danej metody nie jest prosty, gdyż efekty zależą od wielu parametrów. Jedną z metod dezintegracji są ultradźwięki. Ultradźwięki mogą negatywnie wpływać na organizmy żywe. Oddziałując bezpośrednio na komórki ścian i błon, prowadzą do ich deformacji, perforacji lub śmierci komórek. W badanym osadzie pokoagulacyjnym przed i po procesie dezintegracji wykonano oznaczenia: czas ssania kapilarnego (CSK), zawartość suchej masy (SM), zawartość suchej masy organicznej (SMorg), uwodnienie, oraz ChZT cieczy nadosadowej. Po procesie dezintegracji zaobserwowano, że wartość SM wzrosła od 0,04% do 0,06% w przypadku najdłuższego czasu ekspozycji osadu na działanie ultradźwięków. Zaobserwowano również, że im dłuższy czas naświetlania, tym wyższa wartość ChZT cieczy. Natomiast czas ssania kapilarnego uległ skróceniu z 53 s dla osadu niedezintegrowanego do 25 s dla osadu poddanego nadźwiękawianiu - amplituda 50%, czas10 min. Świadczy to o poprawie właściwości filtracyjnych osadu po procesie dezintegracji.

2

Dezintegracja ultradźwiękowa jako skuteczna metoda intensyfikacji procesu stabilizacji beztlenowej osadów ściekowych

Tytła Malwina

Laboratorium - Przegląd Ogólnopolski

|

2023

|

nr 2

36--42

PL

Biologiczna stabilizacja beztlenowa, zwana inaczej fermentacją beztlenową, jest jednym z najważniejszych procesów przeróbki osadów stasowanych w oczyszczalniach ścieków. Proces ten umożliwia redukcję masy osadów przeznaczonych do zagospodarowania, zmniejsza udział patogenów oraz eliminuje odory. W procesie tym powstaje biogaz, który stanowi cenne źródło energii odnawialnej. Celem stabilizacji beztlenowej jest generowanie bezpiecznego dla środowiska odpadu, który może być wykorzystany, np. do celów rolniczych lub do rekultywacji. Stabilizacji beztlenowej poddawane są głównie osady nadmierne. Niestety stosowanie nowoczesnych technologii oczyszczania ścieków oraz zagęszczanie osadów z dodatkiem polielektrolitu powodują, że znaczna część materii organicznej zawartej w tych osadach staje się niedostępna i trudno biodegradowalna w procesie fermentacji metanowej, co wpływa negatywnie na przebieg fazy hydrolitycznej limitującej szybkość stabilizacji. W związku z powyższym konieczne jest stosowanie metod mających na celu wstępną obróbkę osadów nadmiernych przed procesem stabilizacji beztlenowej, która pozwoli na przyspieszenie fazy hydrolitycznej oraz poprawi uzyskiwane w procesie efekty. Jedną z takich metod jest dezintegracja ultradźwiękowa.

EN

Anaerobic biological stabilization, known as anaerobic digestion, is one of the most important sewage sludge treatment processes used in wastewater treatments plants. This process enables reducing the mass of sludge intended for management, reduces the share of pathogens and eliminates odours. In this process, a biogas is produced, which is a valuable source of renewable energy. The purpose of anaerobic stabilization is to generate environmentally safe waste that can be used, for example, for agricultural purposes or for reclamation. Excess sludge is mainly subjected to anaerobic stabilization. Unfortunately, the use of advanced wastewater treatment technologies and sludge thickening with the addition of polyelectrolyte makes a significant part of the organic matter contained in the sludge unavailable and difficult to biodegrade in the process of methane fermentation, which negatively affects the course of the hydrolytic phase, limiting the rate of stabilization. Therefore, it is necessary to use methods aimed at the pre-treatment of excess sludge before the anaerobic stabilization, which will allow for the acceleration of the hydrolytic phase and improve the effects obtained in the process. One of such methods is ultrasonic disintegration.

3

Influence of Low-Frequency Ultrasound on the Disintegration of Coliform and Fecal Coliform Bacteria

Hawrylik Eliza, Butarewicz Andrzej

Journal of Ecological Engineering

|

2021

|

Vol. 22, nr 9

192--197

EN

Wastewater contains an abundance of pathogenic microorganisms, which, if they infiltrate into the environment, can cause many bacterial diseases. The lack of widespread use of the wastewater disinfection process raises more and more concerns about the sanitary quality of the wastewater leaving treatment plants. This article aimed to test the effectiveness of the ultrasonic disintegration process against coliform bacteria and fecal coliforms in the treated wastewater. The paper presents the research on the use of ultrasound with a frequency of 20 and 40 kHz, with a variable and constant operating mode of an ultrasonic cleaner. The obtained test results confirm the effectiveness of the applied method. In most of the analyzed cases, 25-minute sonication reduced the number of tested microorganisms by over 90% compared to the control sample. Ultrasonic disintegration can therefore be successfully used in municipal wastewater treatment plants. The use of ultrasound for disinfection can improve the sanitary safety of the wastewater discharged into water or soil.

4

The Impact of Selected Sewage Treatment Methods on the Change in Parameters of Sewage Sludge Originating from Municipal Sewage Treatment Plants

Bauman-Kaszubska H., Sikorski M.

Journal of Ecological Engineering

|

2018

|

Vol. 19, nr 6

199--207

EN

Sewage sludge is produced in every sewage treatment plant and its properties depend on a number of factors. The type, origin and parameters of the treated sewage and the applied treatment technology are the main factors influencing the sludge properties. The produced sewage sludge can be submitted to treatment processes which condition its final use. For example, the sludge produced in small treatment plants, treating mainly domestic sewage, can be used for agricultural purposes. This paper presents the results of the authors' own research on the susceptibility of sludge originating from several municipal wastewater treatment plants to selected treatment processes and changes in properties as a result of the carried out processes. The obtained results confirm that the ultrasonic field, as a physical method of sewage sludge modification, is a factor intensifying the drainage processes. In most cases, the investigations have shown better results of the dewaterability of sludge treated with ultrasonic field in relation to raw sediments. For the tested sediments, it is justified to use the centrifugation process as a method of mechanical compaction.

5

Influence of Ultrasonic Disintegration on Efficiency of Methane Fermentation of Sida hermaphrodita Silage

Dudek M., Rusanowska P., Zieliński M., Dębowski M.

Journal of Ecological Engineering

|

2018

|

Vol. 19, nr 5

128--134

EN

The technologies related to the anaerobic decomposition of organic substrates are constantly evolving in terms of increasing the efficiency of biogas production. The use of disintegration methods of organic substrates, which would improve the efficiency of production of gaseous metabolites of anaerobic bacteria without the production of by-products that could interfere with the fermentation process, turns out to be an important strategy. The methane potential of commercially available biodegradable raw materials is huge and their effective use gives the prospect of obtaining an important renewable energy carrier in the form of biogas rich in methane. Ultrasonic disintegration may play a special role in the pre-treatment of substrates subjected to methane fermentation. The pre-treatment based on ultrasonic sonication has a positive effect on the availability of anaerobic compounds released from cellular structures for microorganisms. The research was aimed at determining the influence of ultrasonic sonification on the anaerobic distribution of the organic substrate used, which constituted the mallow silage along with cattle manure with hydration of 90%. The research was carried out using the UP400S Ultrasonic Processor. The disintegration process was applied in two technological variants. The efficiency of biogas and methane production was determined depending on the technological variant used and the time of disintegration. The influence of sonication time on the effectiveness of anaerobic transformation was demonstrated. The highest biogas yield and methane production potential was recorded at 120s. The prolongation of the action time of the ultrasonic field did not significantly increase the biogas production. The use of disintegration of liquid manure as the only medium for the propagation of ultrasonic waves was sufficient to increase the production of gaseous metabolites of anaerobic bacteria. Subjecting the substrate additionally containing mallow silage to the process to sonication did not significantly affect the efficiency of the fermentation process. The percentage of methane in the biogas produced was independent of the pre-treatment conditions of the substrate and was in the range of 66-69%.

6

Wpływ wybranych metod dezintegracji na strukturę osadu biologicznego

Fryźlewicz-Kozak B.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 10

1985--1987

PL

Przedstawiono wpływ sonifikacji, promieniowania mikrofalowego i metod łączonych na odwadnianie i zmniejszenie stężenia suchej masy osadu czynnego. Oznaczono czas ssania kapilarnego (CSK), wielkość kłaczków i stężenie suchej masy osadu w celu określenia najkorzystniejszych czasów dezintegracji oraz kolejności stosowania metod. W wyniku 3-etapowej obróbki udało się skrócić okresy dezintegracji, uzyskać wzrost wartości ChZT i obniżyć wartość CSK, co korzystnie wpłynęło na proces odwadniania badanego osadu.

EN

Biol. activated sludge was disintegrated in ultrasound or/and microwave fields to study the sonolysis of micro- organism cells by detn. of capillary suction time, sludge particle size and total solids. As a result of 3-step treatment, a decrease in disintegration time, increase in COD and a decrease in suction time were achieved. An advanced dewatering of the sludge was obsd.

7

The effect of ultrasonic disintegration process conditions on the physicochemical characteristics of excess sludge

Tytła M., Zielewicz E.

Archives of Environmental Protection

|

2016

|

Vol. 42, no. 1

19--26

EN

Ultrasonic disintegration, as a method of sludge pre-treatment (before the stabilization process), causes changes in their physicochemical characteristics. The aim of this study was to determine the influence of ultrasonic disintegration conditions (sonication) on the changes in the physicochemical characteristics of sonicated sludge, i.e. an increase in the content of organic substances in the supernatant, sludge dewaterability and flocs structure. Thickened and non-thickened excess sludge from the municipal wastewater treatment plant in Gliwice was disintegrated. The process was conducted, using a high-power disintegrator equipped with a lenticular horn. In order to determine the most favorable conditions, the sewage sludge was sonicated at a wave frequency of f=25 kHz (as a function of time), with a different samples volume (V1=0.5 and V2=1 L) and emitter position of 1 and the 2.5 cm from the bottom of the chamber in which the process was conducted. The disintegration of sewage sludge was carried out with a specifi c energy density (EV) in the range from 10 to 30 kWh/m3. The evaluation of the disintegration effects was based on changes in the physicochemical characteristics of the sludge and/or supernatant at the end of the process, expressed by commonly used and author’s disintegration indicators. The best results were obtained for the sludge disintegrated with a volume of V2=1 L and the emitter position of 2.5 cm from the bottom of the chamber. The study confi rms that in various operating conditions of ultrasonic disintegration, there is a possibility for obtaining different effects which may influence the course of anaerobic stabilization and quality of the final products of the process.

PL

Dezintegracja ultradźwiękowa jako metoda wstępnej obróbki osadów ściekowych przed procesem stabilizacji, powoduje zmiany charakterystyki fizykochemicznej osadów ściekowych. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu warunków prowadzenia dezintegracji ultradźwiękowej na zmiany charakterystyki fizykochemicznej nadźwiękawianych osadów, mianowicie: wzrost zawartości substancji organicznych w cieczy osadowej, podatność osadów na odwadnianie oraz stopień rozdrobnienia fazy stałej osadów (strukturę kłaczków osadu). Nadźwiękawianiu poddawano osady nadmierne niezagęszczone i zagęszczone, pochodzące z komunalnej oczyszczalni ścieków w Gliwicach. Proces prowadzono przy użyciu dezintegratora o wysokiej mocy, wyposażonego w głowicę soczewkową. W celu określenia najkorzystniejszych warunków prowadzenia procesu osady ściekowe poddawano nadźwiękawianiu falą o częstotliwości f=25 kHz w funkcji czasu, przy zmiennej geometrii w obszarze nadźwiękawiania (odległości emitera od dna komory, w którym nadźwiękawiano osady) i różnej objętości prób tj. V1=0,5 i V2=1 L, przy położeniu emitera kolejno 1 i 2,5 cm od dna naczynia, w którym nadźwiękawiano osady. Dezintegrację osadów prowadzono w określonym zakresie gęstości energii (EV), tj. od 10 do 30 kWh/m3. Oceny efektów dezintegracji dokonano w oparciu o zmiany charakterystyki fi zykochemicznej badanych osadów i/lub cieczy osadowych po zakończeniu procesu, wyrażonych przy pomocy powszechnie stosowanych oraz własnych wskaźników efektów dezintegracji. Najlepsze efekty dezintegracji uzyskano dla osadów o objętości V2=1 L i położeniu emitera w odległości 2,5 cm od dna naczynia, w którym prowadzono proces. Przeprowadzone badania potwierdzają, iż w różnych warunkach prowadzenia dezintegracji ultradźwiękowej osadów nadmiernych można uzyskać odmienne jego efekty, co może wpływać na przebieg stabilizacji beztlenowej osadów oraz jakość produktów końcowych tego procesu.

8

Ultrasonic Processors and Drainage of Sewage Sludge

Wolski P., Wolny L., Zawieja I.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2015

|

Tom 17, cz. 1

450--460

PL

W Polsce najczęstszym sposobem końcowego zagospodarowania osadów ściekowych jest ich składowanie. Ze względu na skład i właściwości osadów często są one traktowane jako odpad, a nie surowiec. Osady ściekowe poddawane unieszkodliwianiu poddawane są różnym procesom technologicznym, gdzie jednym z nich jest zmniejszenie objętości. Odwadnianie to podstawowy proces zmniejszania objętości osadów. W celu zwiększenia zdolności osadów do oddawania wody stosuję się różne procesy wspomagające. Jedną z metod jest wykorzystanie działania pola ultradźwiękowego. Sonifikacja osadów ściekowych zmienia strukturę oraz właściwości osadów, powodując zakłócenia równowagi układu oraz wywołuję dyspersję cząstek, co sprzyja zwiększeniu zdolności do zagęszczania i odwadniania. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące zastosowania dezintegratorów ultradźwiękowych o różnej mocy (1500W, 750W, 180W) na zmianę stopnia zagęszczania i odwadniania osadów ściekowych. W badaniach wykorzystano różne długości fal dezintegratorów UD (60, 80%), czasy ekspozycji z przedziału od 2 do 10 sekund oraz różne objętości prób poddane działaniu pola ultradźwiękowego. Przy założonych parametrach prowadzenia badań dezintegrujące działanie pola UD spowodowało znaczną poprawę zagęszczania osadów ściekowych w odniesieniu do osadów niekondycjonowanych. Duża moc procesorów ultradźwiękowych powodowała rozdrobnienie kłaczków osadowych zatykając przegrodę filtracyjną, co odnotowano w wartościach czasu ssania kapilarnego (CSK) oraz oporu właściwego osadów.

9

Potencjał metanogenny biomasy beztlenowej : doświadczenia laboratoryjne i techniczne

Cimochowicz-Rybicka M., Nickel K., Przytulski M., Podewils W.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 9

1500-1502

PL

Przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych prowadzonych w celu określenia potencjału metanogennego osadu przefermentowanego poddanego dezintegracji ultradźwiękowej, wykorzystanej jako proces intensyfikujący beztlenową przeróbkę osadów ściekowych. Wyniki prac laboratoryjnych zostały potwierdzone rezultatami eksploatacji w pełnej skali w rzeczywistej oczyszczalni ścieków w Dąbrowie Górniczej. Testy respirometryczne osadów przefermentowanych w wydzielonych komorach fermentacyjnych i poddanych dezintegracji wykazały, że proponowany sposób polepszenia efektywności produkcji gazu fermentacyjnego prowadzi do ok. 20-proc. zwiększenia odzysku metanu z tej frakcji osadu (uprzednio uznawanej za frakcję osadową nie mającą potencjału wytworzenia metanu). Przedstawiono specyficzne problemy związane z przenoszeniem wyników badań laboratoryjnych do pełnej skali technicznej (np. w zakresie energii właściwej rozkładu). Zaproponowana metodyka określania możliwości zwiększenia odzysku gazu została zweryfikowana pozytywnie w obiekcie technicznym. Zarówno badania laboratoryjne, jak i pomiary w warunkach technicznych poparte analizą mikroskopową wykazały, że 20-proc. wzrost produkcji gazu poprzez dezintegrację ultradźwiękową może zostać osiągnięty bez potrzeby całkowitej destrukcji ścian komórek.

EN

Digested sludge was subjected to ultrasonic disintegration to intensify its anaerobic fermentation under lab. And full-scale conditions. An about 20% increase in MeH recovery from the sludge without any methanogenic potential. The lab. results were used for the planning the full-tech. scale exps. and improving the operational efficiency of the wastewater treatment plant.

10

Dezintegracja ultradźwiękowa jako metoda kondycjonowania biomasy mikroglonów Chlorella vulgaris przed procesem fermentacji metanowej

Kupczyk K., Zieliński M., Dębowski M., Szwarc D., Rokicka M., Hajduk A.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

9373--9378, CD3

PL

Przeprowadzono badania nad możliwością wykorzystania dezintegracji ultradźwiękowej jako obróbki wstępnej biomasy glonów przed procesem fermentacji metanowej. Testowana biomasa mikroglonów Chlorella vulgaris charakteryzowała się zawartością suchej masy na poziomie 21,7 g/dm3, natomiast zawartość suchej masy organicznej wynosiła 7,15 g/dm3. W zależności od serii biomasa mikroalg poddana była ekspozycji na fale ultradźwiękowe w następujących czasach : 5, 15, 25 35, 45 i 55 s. Próby po wstępnej obróbce wprowadzane były do zestawów respirometrycznych w celu zbadania możliwości biodegradacji związków organicznych. Pomiary respirometryczne prowadzone były przez 20 dni. Prezentowane badania zmierzały do określenia możliwości wykorzystania biomasy mikroglonów pochodzących z hodowli własnej jako substratu w procesach fermentacji metanowej. Analizowano również wpływ dezintegracji ultradźwiękowej biomasy mikroglonów na efektywność produkcji biogazu. Skład oraz zawartość procentową poszczególnych komponentów biogazu analizowano za pomocą chromatografu gazowego GC Agillent 7890 A. Analizę statystyczną uzyskanych wyników wykonano w oparciu o pakiet STATISTICA. Najwyższą efektywnością produkcji biogazu charakteryzowała się seria 6, jeśli o współczynnik produkcji metanu to najwyższe efekty uzyskano w serii 5.

EN

Carried out studies on the use of ultrasound disintegration as algal biomass pre-treatment prior to anaerobic digestion. Tested biomass of microalgae Chlorella vulgaris characterized by a dry matter level of 21.7 g / dm3, while the content of organic dry matter was 7.15 g / dm3. Depending on a series of micro-algae biomass was subjected to exposure of ultrasonic waves in the following times: 5, 15, 25, 35, 45 and 55 seconds. The tests after pre-treatment are introduced to the respirometric sets to investigate the possibility of biodegradation of organic compounds. Rspirometric measurements were conducted for 20 days. The present study aimed to determine the possibilities of using biomass from microalgae own culture as a substrate in the process of anaerobic digestion. Also analyzed the impact of ultrasonic disintegration of microalgae biomass to biogas production efficiency. The composition and percentage of each component of biogas was analyzed using a gas chromatograph GC 7890 Agillent A. Statistical analysis of the results was based on the package STATISTICA. The highest efficiency of biogas production was characterized by a series of 6, if that ratio is the highest methane production results obtained in a series of 5.

11

Conditions for effective ultrasonic disintegration of activated sludge suspension

Kamizela T., Kowalczyk M., Worwąg M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2015

|

z. 62, nr 1

265--278

EN

Low-frequency and high energy sonication were used in the experiments on ultrasonic disintegration of activated sludge. Selected operational parameters of sonication were monitored and analyzed. The transformation of solids into a dissolved form by application of ultrasounds was analyzed on the base of changes in the concentrations of carbon, nitrogen and phosphorus. The scope of the research included determination of a five-day biochemical oxygen demand and rate constant of decomposition, which parameters indirectly represented the biodegradability of product of activated sludge disintegration. The study showed that the propagation of ultrasonic wave was highly disintegrating factor, generating a product of the characteristics of concentrated organic solution. By sonication of activated sludge the dissolved phase was enriched particularly in significant amounts of nitrogen and phosphorus. These elements could disturb the processes that require additional source of carbon, thus application of sonication for generation of easily available of organic carbon may seem less feasible. It seems more appropriate application of sonication to reduce the excess sludge through sludge disintegration and biological conversion. For optimum ultrasonic disintegration of activated sludge was considered sonication time 1200 s, which corresponded to the acoustic energy 170 kJ and specific energy 36 MJ/kgTS. In view of obtained values of the rate constant of decomposition, it was found that the disintegration of sludge required energy sonication in excess of 22 MJ/kgTS. Determination of potential applications of activated sludge subjected to sonication still requires further investigations that would use system for biological wastewater treatment. This would be the most reliable way to prove the suitability of activated sludge sonication in wastewater treatment technologies.

PL

Celem przeprowadzonych badań była optymalizacja procesu dezintegracji ultradźwiękowej zawiesiny osadu czynnego. Postępowanie optymalizacyjne opierało się na zastosowaniu propagacji fali ultradźwiękowej o stałej częstotliwości i amplitudzie oraz zmiennych czasów sonifikacji. Zakres badań obejmował oznaczenie stężeń węgla, azotu i fosforu uwolnionych do fazy ciekłej w wyniku oddziaływania dezintegracyjnego fali ultradźwiękowej. Na podstawie pomiarów biochemicznego zapotrzebowania na tlen określono również stałą szybkości rozkładu, co pośrednio stanowiło o podatności na biodegradację otrzymanego produktu dezintegracji. Przeprowadzone badania wykazały, że fala ultradźwiękowa jest wysoce dezintegrującym czynnikiem, generującym produkt o charakterystyce stężonego roztworu organicznego. Sonifikacja zawiesiny osadu czynnego szczególnie doprowadziła do wzbogacenia fazy rozpuszczonej w znaczne ilości azotu i fosforu. Ze względu na stężenia biogenów zastosowanie dezintegracji ultradźwiękowej zawiesin osadu czynnego w dominującym celu generacji łatwo dostępnego węgla organicznego uznano za ograniczone. Właściwsze wydaje się zastosowanie sonifikacji w celu zmniejszenia ilości osadu nadmiernego poprzez jego dezintegrację i recyrkulację do komory osadu czynnego. Za optymalne parametry dezintegracji ultradźwiękowej zawiesiny osadu czynnego uznano sonifikację w czasie 1200 s, o odpowiadało wprowadzonej energii akustycznej 170 kJ oraz właściwej energii sonifikacji ES ≈ 36 MJ/kg s.m. Z uwagi na uzyskane wartości stałej szybkości rozkładu stwierdzono, że dezintegracja osadu czynnego wymaga energii sonifikacji przekraczającej wartość 22 MJ/kg s.m. Określenie potencjalnych zastosowań dezintegracji zawiesiny osadu czynnego wymaga jeszcze dalszych badań z wykorzystaniem systemu biologicznego oczyszczania ścieków. Będzie to najbardziej wiarygodny sposób określenia możliwości i przydatność sonifikacji w technologii oczyszczania ścieków.

12

Ocena efektywności procesu przeróbki osadów - aktywność metanogenna

Cimochowicz-Rybicka M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2014

|

T. 17, nr 2

293--306

PL

W artykule omówiono podstawowe pojęcia opisujące zagadnienia biologicznego rozkładu związków organicznych w warunkach beztlenowych - biodegradowalność i aktywność. Biodegradowalność można scharakteryzować jako biochemiczny potencjał metanogenny, natomiast aktywność metanogenna jest wskaźnikiem zdolności populacji mikroorganizmów do rozkładu substratu. Przedstawiono również badania nad aktywnością metanogenną osadów, które zostały poddane beztlenowej stabilizacji intensyfikowanej dezintegracją ultradźwiękową. Badania przeprowadzono dla osadów nadmiernych, rzeczywistych, pochodzących z Oczyszczalni Ścieków Kraków Kujawy. Wykazano zależność pomiędzy czasem nadźwiękawiania, amplitudą a aktywnością metanogenną osadów. Określona została graniczna wartość energii właściwej (3 kWh/kg s.m.), po przekroczeniu której zaobserwowano obniżenie aktywności mikroorganizmów.

EN

The article presents basic concepts concerning issues of biological decomposition of organic compounds under anaerobic conditions: biodegradability and activity. In the case of anaerobic decomposition of organic substances contained in sewage sludge due to biodegradation, potential substrates can be assessed and methane fermentation can be optimized. Whereas the activity of the population indicates the ability of the microorganisms to carry out the decomposition of the substrate. It is generally defined as the specific rate of consumption of the substrate, or with respect to the total amount of biomass or to a test portion of the population of microorganisms. The value of the activity of sludge depends on the composition of the treated wastewater and substrates on which it is grown, as well as on the type of device in which the process is carried out. The activity is expressed mostly by g COD CH4/g · VSS · d and also by µmol CH4/g · VSS·min, ml CH4/g · VSS · d. In addition, the paper presents a study of the methanogenic activity of excess sludge from the municipal wastewater treatment plant (WWTP) in Krakow. The samples of sludges were stabilized anaerobically after applying ultrasonic disintegration. Methanogenic activity was tested according to the changing conditions of the process: the amplitude (intensity) of ultrasound and sonication time. It was found that increase of both intensity (amplitude) of sound and sonication time resulted in methanogenic activity growth. However, for each type of biomass there was a limiting value at which activity ceased to increase. In consequence of using the process of ultrasonic disintegration, a greater production of methane in the test samples even up to 35% was achieved. The values of the activity of methanogenic sludge from the digesters remained at a level of ca. 0.1 g CODCH4/g · VSS · d and 0.2÷0.21 g CODCH4/g · VSS · d for non-disintegrated and disintegrated sludge, respectively. The relationship between the activity value and the amount of specific energy was shown as well. It was observed that in the initial phase of expenditure of energy, phenomena easily assimilable carbon release was accompanied by raising of methanogenic activity - a beneficial effect. However, after exceeding the limit value of specific energy, for a given sludge sample equal to 3 kWh/kg · TSS cell destruction processes were dominated. The ability of the sludge to produce methane decreased. There has been an adverse effect - reducing the efficiency of generation of methane, despite the expenditure of energy.

13

Dezintegracja ultradźwiękowa w oczyszczalniach ścieków. Efekty zastosowania dezintegracji ultradźwiękowej w praktyce na przykładzie kilku oczyszczalni ścieków

Giemza M.

Technologia Wody

|

2013

|

Nr 11 (31)

31--35

PL

Zagospodarowanie osadu ściekowego pochłania często największą część kosztów oczyszczania ścieków. Problem gospodarki osadowej będzie się pogłębiać w miarę wzrostu sprawności oczyszczania ścieków i liczby oczyszczalni. Z tego względu ciągle poszukiwane są procesy, które umożliwią zmniejszenie ilości osadu przez zredukowanie suchej masy osadu lub poprawienie sprawności odwadniania. Jednocześnie procesy te muszą spełnić kryteria ekonomiczne i w efekcie końcowym obniżyć koszt oczyszczania ścieków. Jednym z takich pro¬cesów może być dezintegracja osadu ściekowego poprzez poddanie go działaniu fal ultradźwiękowych. Zaletą tej metody jest prostota jej zastosowania w oczyszczalni ścieków, możliwość zautomatyzowania i monitoringu oraz pozytywny wpływ na wiele procesów, jak na przykład: zwalczanie efektu pęcznienia i wypływania osadu, po¬prawa efektywności denitryfikacji i procesów gnilnych oraz zwiększenie produkcji gazu. W poniższym artykule opiszemy pozytywne doświadczenia z zastosowaniem tej metody w kilku oczyszczalniach ścieków. Szczegółowe dane z oczyszczalni ścieków w Chemnitz-Heinesdorf, gdzie przeprowadzone zostały długofalowe badania, pozwolą na prześledzenie efektów ekonomicznych wynikających z zastosowania dezintegracji ultradźwiękowej.

EN

Sewage sludge treatment often consumes the largest part of the cost of wastewater purification. The problem of sewage sludge will increase in the future with improving the efficiency of wastewater treatment and increasing the number of sewage system plants. For this reason processes are constantly sought, which will enable reduction of dry matter content or improved dewatering efficiency of sludge. At the same time, these processes must meet the economic criteria and ultimately reduce the cost of wastewater treatment. One such process can be disintegration of the sludge by using of ultrasonic waves. The advantage of this method is the simplicity of its application in wastewater treatment plants, the ability to automate and monitor, and a positive impact on other processes, such as combating the effect of bulking and floating of sludge or improving of the eficiency of the denitification, anaerobic digestion processes and gas production. In this article, I will describe some positive experiences with this method on a few waste water treatment plants. Detailed data from WWTP Chemnitz-Heinesdorf, where long-term studies have been carried out, will help to trace the economic effects resulting from the application of ultrasonic disintegration.

14

Zmiany charakterystyki osadów nadmiernych w procesie dezintegracji ultradźwiękowej

Tytła M., Gnida A., Zielewicz E.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2013

|

Nr 8

331-336

PL

Badania efektów bezpośrednich dezintegracji ultradźwiękowej osadów nadmiernych i nadmiernych zagęszczonych. Analiza wpływu warunków prowadzenia dezintegracji ultradźwiękowej osadów (częstotliwość, ilość energii dostarczonej, geometria) na wzrost zawartości związków biogennych, podatność osadów na odwadnianie oraz strukturę kłaczków osadu (efekty bezpośrednie).

XX

Study the direct effects of ultrasonic disintegration of excess and thickened sewage sludge. Analysis the influence of ultrasonic disintegration conditions (frequency, energy input, geometry) to increasing of nutrients content, sludge dewaterability and floes structure (direct effects).

15

Dezintegracja hybrydowa jako metoda poprawy efektów stabilizacji osadu

Zielewicz E., Sorys P., Janik M., Fukas-Płonka Ł.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2008

|

T. 11, nr 3

397-409

PL

Wykazano, że dezintegracja hybrydowa, prowadzona przy użyciu mieszadła homogenizującego i nadźwiękawiania, jest daleko bardziej korzystna niż każda z wymienionych metod dezintegracji osobno. Bezpośrednie efekty dezintegracji osadu nadmiernego wyrażono za pomocą wskaźników dyspergowania kłaczków osadu - kD, lizy komórek mikroorganizmów - kL, a także wskaźnika zmian właściwości filtracyjnych - kF. Efekty te znalazły odzwierciedlenie w postaci korzystnych efektów technologicznych procesu fermentacji metanowej. Były nimi zmniejszenie ilości masy organicznej oraz poprawa efektu odwodnienia.

EN

It has been found that the hybrid disintegration carried out with a homogenizing stirrer and ultrasonic treatment is much more favourable than each of the disintegration techniques separately. The direct effects of excess sludge disintegration were expressed as dispergation indicators of sludge floccules - kD and lysis of microorganism cells - kL as well as indicator of change of sludge quality for dewatering - kF. Those effects were reflected in the favourable technological effects of methane fermentation i.e. the decrease in dry weight of organic matter and the dehydration effect improvement.

16

Ultrasonic disintegration of excess sludge before anaerobic stabilisation

Zielewicz E., Sorys P.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2008

|

Vol. 1, no. 1

147-154

EN

The ultrasonic disintegration of sewage sludge is a new technique employed to improve sludge properties before its biochemical stabilization as a consequence of cells disruption. The effects of the disruption can be assessed by the tests determining the disintegration level such as: microorganisms condition, soluble COD in sludge supernatant, particle structure and others. In the present investigation we accepted the indicators defined as the increment in COD concentration for the sludge liquid phase after ultrasonic treatment. Two kinds of sludge collected in a municipal wastewater treatment plant were disintegrated using ultrasonic washers of frequency range 20- 40 kHz and power range 90- 500 W. The effect of ultrasonic treatment time (from 1 minute to 1 hour) and sludge layer height over the emitter on disintegration indicators was assessed. We determined the characteristics of ultrasonic field such as the dose of ultrasounds, intensity and energy consumption. Analyzing the results we can state that in order to obtain efficient disintegration in the tested washers, the doses of DGD >0,6 kWh/m2 and IGD>0,75 W/cm2 were needed – this implied the energy consumption of E(m3) > 6,4 kWh/m3.

PL

Dezintegracja ultradźwiękowa osadów ściekowych jest technika nową, która prowadzi do poprawy właściwości osadu dla jego biochemicznej stabilizacji dzięki zniszczeniu komórek mikroorganizmów. Efekty rozbicia komórek mogą być określane za pomocą testów opisujących poziom dezintegracji jak: kondycja mikroorganizmów, ChZT substancji rozpuszczonych w cieczy osadowej, struktura cząstek i inne. W przedstawionych badaniach. zastosowano wskaźniki zdefiniowane jako wzrost ChZT substancji rozpuszczonych w fazie ciekłej osadu po nadźwiękawianiu. Dwa rodzaje osadów pochodzących z oczyszczalni miejskiej poddawano dezintegracji ultradźwiękowej, w myjkach ultradźwiękowych o częstotliwościach 20- 40 kHz i mocach 90- 500 W. Badano wpływ czasu nadźwiękawiania (od 1 min do 1 h) i grubości warstwy osadu nad emiterem na efekty dezintegracji. Określono wielkości charakterystyczne pola ultradźwiękowego jak częstotliwość dawkę emitowaną oraz zużycie energii. Analizując uzyskane wyniki stwierdzono, że uzyskanie efektywnej dezintegracji w stosowanych myjkach wymagało dawki energii ultradźwiękowej DGD > 0,6 kWh/m2, IGD> 0,75 W/cm2 co oznacza zużycie energii E(m3) > 6,4 kWh/m3.

17

The influence of parameters of ultrasonic disintegration on the intensification of anaerobic biodegradation of organic compounds from sewage sludge

Zielewicz-Madej E.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2003

|

T. 6, nr 3/4

455-467

EN

The ultrasound disintegration of municipal sewage sludge involves the intensification of biodegradation of organic compounds. The studies indicate that the intensification of the first three digestions phases, i.e.: hydrolisis, acidogenesis and acetogenesis (controlled by measuring the change of: COD, VFAs, redox potential and organic substances dissolved in the sludge water), results in increased generation of biogas in the methanogenic phase. The aim of the research was to determine, if and to what degree the technological and technical parameters of ultrasounds, as well as geometrical parameters of sonicated vessel may affect biodegradation of biomass from sludge and biogas generation during the fermentation process of the excess sludge. The disintegration of sludge was carried out in the field at the frequency values of 10, 20 and 30 kHz. The samples of sludge which had various concentration of dry matter was sonificated in the vessels of three diameters as 50, 80 and 100 mm. Also the influence of the different immersion of sonotrode was checked. The investigation showed that the best efficiency of disintegration and fermentation processes was obtained for the disintegration at the frequency 20 kHz for the sludges at about 3% concentration of dry mass. The best value of COD and VFAs was obtained for disintegration in the vessel of diameter 80 mm and immersion 3 cm.

PL

Dezintegracja ultradźwiękowa osadów ściekowych wpływa na intensyfikację biochemicznego beztlenowego rozkładu związków organicznych zawartych w osadach komunalnych. Badania wykazują, iż intensywny rozkład związków organicznych w fazach: hydrolitycznej, acidogennej i octanogennej (monitorowany za pomocą przebiegu zmian takich parametrów, jak ChZT, LKT, REDOX i zawartość substancji organicznej w trakcie fermentacji osadu nadźwiękawianego i nienadźwiękawianego) powoduje także wzrost wydzielania biogazu w fazie metanowej. Celem badań prezentowanych w referacie było określenie, w jakim stopniu parametry technologiczne i techniczne procesu dezintegracji ultradźwiękowej, takie jak stężenie suchej masy w osadzie, częstotliwość i moc ultradźwięku oraz parametry geometryczne obszaru nadźwiękawiania wpływają na efekt rozkładu związków organicznych w pierwszych trzech fazach fermentacji osadu nadźwiękawianego oraz na pozyskiwanie biogazu. Dezintegracja osadów była prowadzona w warunkach statycznych w polu ultradźwiękowym o częstotliwościach 10, 20 lub 30 kHz. Próbki osadów, jednakowej objętości, nadźwiękawiano w stalowych cylindrach o średnicach 50, 80 lub 100 mm. Testowano także wpływ głębokości zanurzenia sonotrody pod zwierciadłem osadu. Badania wykazały, że najlepszą efektywność procesu dezintegracji, jak również procesu fermentacji uzyskano dla osadów o stężeniu suchej masy rzędu 3%, nadźwiękawianych polem o częstotliwości 20 kHz. Dla nadźwiękawiania w cylindrze o średnicy 80 mm i przy zanurzeniu sonotrody odpowiadającym ok. 0,5 wysokości napełnienia uzyskano największy przyrost rozpuszczonego ChZT, któremu towarzyszyło najlepsze pozyskiwanie lotnych kwasów tłuszczowych.

18

Technika dezintegracji ultradźwiękowej w technologii ścieków i osadów ściekowych

Wolny L., Kamizela T.

Ekologia i Technika

|

2003

|

R. 11, nr 1

3-7

EN

With the higher standards of wastewater treatment and sewage sludge utilization the higher requirements for effectiveness of employed processes are also set. Further more, the quantity and the characteristics of sewage sludge and particularly the presence of questionable sludge (i.e. floating, bulking activated sludge, municipal-industrial mixed sludge) cause significant problems connected with costs and conditions of utilization. In the paper the possibility of ultrasounds application in environmental engineering is presented. The ultrasonic disintegration technique can be described as an agent facilitating sewage sludge sedimentation, thickening, stabilization and dewatering. However, the direct application of ultrasounds depends on physical parameters of ultrasonic waves. The increase in effectiveness of the different stages of sewage treatment with ultrasonic field application requires laboratory analysis. With the reference to the available knowledge and research experience, the ultrasonic technique was feasible to employ. According to the literature cited in the paper, the application of ultrasounds in environmental engineering is implemented in sewage sludge treatment and utilization. The equipment and parameters for application of ultrasounds are already known in order to design equipment for industrial purposes and carry out pilot tests.

19

Zastosowanie dezintegracji ultradźwiękowej do intensyfikowania produkcji lotnych kwasów tłuszczowych z osadu wtórnego

Zielewicz-Madej E.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2001

|

T. 4, nr 2

231-237

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczących wpływu częstotliwości i mocy ultradźwięków na intensyfikację rozkładu substancji organicznej w warunkach anaerobowych. Fermentacji kwaśnej psychrofilowej poddano osad nadmierny z procesu zintegrowanego usuwania związków biogennych metodą osadu czynnego. Pozyskiwanie LKT w fermenterach z pełnym wymieszaniem ma na celu uzupełnienie niedoboru węgla organicznego potrzebnego do usuwania biogenów. Wcześniejsze badania potwierdziły możliwość zwiększania produkcji LKT z osadów nadźwiękawianych. Badania obecne mają na celu dobór odpowiednich dla procesu i osadu parametrów dezintegracji, co zostało umożliwione dzięki zastosowaniu dezintegratora nowej konstrukcji z wymiennymi głowicami pracującymi w zakresie częstotliwości 10 - 30 kHz.

EN

Anaerobic degradation of sludge (fermentation) is limited by the rate and efficiency of the first phase of that process - hydrolitic phase. The principal aim of the ultrasonic pretreatment-ultrasonic disintegration - is therefore to break up the organic substance and to damage the cells of organisms which don't take part in the anaerobic process. Owing to disintegration we can subject substrate to easy biological degradation by anaerobic microorganisms. The efficiency of disintegration effect may be assessed among others by the volumetric increase of organic substance dissolved in sludge water. That increase may be indicated by measuring of COD or VFA (volatile fatty acids). VFA are intermediate products (in the octanogenic phase) during the fermentation process. They are the main source of organic carbon for the development of bacteria which remove phosphorus from the sewage in the activate sludge proceses. The principal aim of the present investigation studies is to increase the VFA production in effect of ultrasonic disintegration of the secondary sludge before its recirculation to anaerobic phase of sewage treatment. The acquisition of efficient disintegration requires suitable parameters and exposition time corresponding with physicochemical parameters of the sludge, as concentration of solid phase, content of organic substances, size of sludge particles. For the realization of this research the new ultrasonic disintegrator with option of smooth frequency control has been constructed. The investigation was made on the excess sludges from municipal sewage treatment plant on which the biological removing of substances was realized.