Effect of silicates on methane digestion of sewage sludge

• Autorzy: Wiśniowska E. , Włodarczyk-Makuła M.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.4.5

Warianty tytułu

PL

Wpływ krzemianów na proces fermentacji metanowej osadów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Effect of clinoptylolite and bentonite admixture on balance of ammonium nitrogen and phosphates in reject water during methane digestion of excess sludge was evaluated. Concentration of ammonium nitrogen and phosphates in reject water separated from the sludge with silicates amendment and without it (control sludge) was analysed to compare the effectiveness of biogenic compounds removal. Simultaneously effect of silicates addition on biogas production and fractions of phosphorus was analysed. Doses of silicates at level no higher than used in wastewater treatment by activated sludge process were added to methane digestion chamber. The doses were equal to 0.5, 1.0 and 2.0 g · L^–1. Research work was conducted under laboratory conditions for 21 days. Admixture of silicates did not decrease concentration of ammonium nitrogen in reject water but reduced phosphates content in this medium compared to control sample. Under experimental conditions clinoptylolite was more effective in biogens removal than bentonite. Increase in biogas production was especially visible during days from 1 to 16; after that time it decreased in samples with silicates more rapidly than in control reactor. However silicates admixture increased total biogas production by maximum 17% compared to control sample. Clinoptylolite and bentonite admixture increased percent shares of phosphorus associated with carbonates in sewage sludge. Increase in II-nd fraction share was proportional to the dose of silicates. In control sample the dominant fraction of phosphorus in sewage sludge was the III-rd; in samples with silicate admixture percent shares of II-nd nad III-rd fractions were comparable. The conclusion from the research work is as follows: at doses used in wastewater treatment technology to support activated sludge process silicates do not affect the composition of reject water significantly. However addition of natural sorbents positively affected anaerobic degradation of sewage sludge.

PL

W badaniach analizowano wpływ dodatku dwóch rodzajów krzemianów - klinoptylolitu i bentonitu na stężenie azotu amonowego oraz fosforanów w cieczach osadowych podczas fermentacji metanowej nadmiernych osadów ściekowych pobranych z oczyszczalni z biologicznym usuwaniem związków biogennych. Wyniki porównywano z uzyskiwanymi w próbkach bez domieszki krzemianów. Analizowano także wpływ dodatku krzemianów na produkcję biogazu oraz frakcje fosforu w osadach. Stosowane dawki krzemianów były porównywalne do wykorzystywanych w procesach tlenowego rozkładu zanieczyszczeń w technologii osadu czynnego. Stosowane dawki wyniosły 0,5, 1 i 2 g krzemianu/dm³. Fermentację osadów prowadzono w warunkach laboratoryjnych przez 21 dób. Właściwości fizyczno-chemiczne oznaczano w dniu 0 oraz po 7, 14 i 21 dobach. Po wprowadzeniu krzemianów nie uzyskano zmniejszenia stężenia azotu amonowego w cieczach osadowych, jednakże zaobserwowano obniżenie stężenia fosforanów w porównaniu z próbką kontrolną. W warunkach eksperymentu klinoptylolit był bardziej efektywny w usuwaniu związków biogennych niż bentonit. Obecność krzemianów miała wpływ na wzrost produkcji biogazu o ok. 17% w porównaniu z próbką kontrolną. Było to szczególnie widoczne w pierwszych 16 dniach prowadzenia procesu. Po tym czasie w reaktorach zawierających krzemiany nastąpiło szybsze załamanie się produkcji biogazu niż w próbce kontrolnej. Ponadto w obecności krzemianów zwiększył się udział w osadzie frakcji fosforu zasocjowanej z węglanami (frakcja II). Wzrost udziału frakcji II był proporcjonalny do wzrostu dawki krzemianów. W próbce kontrolnej dominującą frakcją była frakcja III. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że w dawkach stosowanych w technologii ścieków do wspomagania procesów biologicznych krzemiany nie powodowały istotnych statystycznie zmian stężenia biogenów w cieczach osadowych w porównaniu z próbką kontrolną. Dodatek krzemianów pozytywnie wpływał na przebieg fermentacji metanowej osadów, m.in. umożliwiając zwiększenie ilości wytwarzanego biogazu.

Słowa kluczowe

EN

ammonium nitrogen; phosphates; methane digestion; silicate; reject water; sequential analysis of phosphorus

PL

azot amonowy; fosforany; fermentacja metanowa; krzemiany; ciecze osadowe; analiza sekwencyjna fosforu

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 4
• Strony: 493--502
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., wykr.

Twórcy

autor

Wiśniowska E.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Department of Chemistry, Water and Wastewater Technology, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

autor

Włodarczyk-Makuła M.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Department of Chemistry, Water and Wastewater Technology, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Mozgawa W., Spektroskopia oscylacyjna zeolitów, Wydawnictwo AGH, Kraków 2007.
• [2] Ciciszwili W.G., Andronikaszwili G.N., Kirow G.N., Filiozowa D.Ł., Zeolity naturalne, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1990.
• [3] Piaskowski K., Nowak R., Badania efektywności usuwania azotu amonowego na wybranych materiałach sorpcyjnych, Rocznik Ochrony Środowiska 2012, 14, 563-571.
• [4] Piaskowski K., Anielak A.M., Zeolity naturalne i ich zastosowanie w oczyszczaniu ścieków, Ekologia i Technika 2000, VIII(2), 31-41.
• [5] Anielak M.A., Wojnicz M., Piaskowski K., Ocena skuteczności zastosowania zeolitów w oczyszczaniu ścieków komunalnych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2009, (7-8), 27-31.
• [6] Anielak A.M., Piaskowski K., Badania laboratoryjne oczyszczania ścieków osadem czynnym z zastosowaniem zeolitu i PIX-u, Rocznik Ochrony Środowiska 2000, 2, 281-295.
• [7] Piaskowski K., Anielak A.M., Wpływ na osad czynny zeolitu naturalnego oraz modyfikowanego, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2004, 7(1), 39-53.
• [8] Wang S., Peng Y., Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment, Chemical Engineering Journal 2010, 1, 156(1), 11-24.
• [9] Montalvo S., Guerrero L., Borja R., Sánchez E., Milán Z., Cortés I., Angeles de la la Rubia, Applied Clay Science 2012, 58, 125-133.
• [10] Weiss S., Zankel A., Lebuhn M., Petrak S., Somitsch W., Guebitz G.M., Investigation of microorganisms colonizing activated zeolites during anaerobic biogas production from grass silgae, Bioresource Technology 2011, 102, 4353-4359.
• [11] Borja R., Sánchez E., Duran M.M., Effect of clay mineral zeolite on ammonia inhibition of anaerobic thermophilic reactors treating cattle manure, Journal of Environmental Science and Health 1996, Part A, 31, 479-500.
• [12] Zheng H., Li D., Stanislaus M.S., Zhang N., Zhu Q., Hu X., Yang Y., Development of a bio-zeolite fixed-bed bioractor for mitigating ammonia inhibition of anaerobic digestion with extremely high ammonium concentration livestock waste, Chemical Engineering Journal 2015, 280, 106-114.
• [13] Zhang N., Stanisalus M.S., Hu X., Zhao C., Zhu Q., Li D., Yang Y., Strategy of mitigating ammonium-rich waste inhibition on anaerobic digestion by using illuminated bio-zeolite fixed-bed process, Bioresource Technology 2016, 222, 59-65.
• [14] Liu L., Zhang T., Wan H., Chen Y., Wang X., Yang G., Ren G., Anaerobic co-digestion of animal manure and wheat straw for optimized biogas production by the addition of magnetite and zeolite, Energy Conversion and Management 2015, 97, 132-139.
• [15] Tada C., Yang Y., Hanaoka T., Sonoda A., Ooi K., Sawayama S., Effect of natural zeolite on methane production for anaerobic digestion of ammonium rich organic sludge, Bioresource Technology 2005, 96, 4, 459-464.
• [16] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, American Public Health Association/Water Environment Federation, Washington 1998.
• [17] Bezak-Mazur E., Mazur A., Specjacja osadu w osadach ściekowych powstających w technologii EvU-PERL, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 2011, 49, 382-388.
• [18] Bezak-Mazur E., Stoińska R., Analiza specjacyjna fosforu w różnych typach osadów ściekowych z wybranych oczyszczalni ścieków, Proceedings of ECOpole 2014, 8(1), 127-133.
• [19] Kuziemska B., Analiza sekwencyjna związków fosforu zawartych w odpadowych materiałach organicznych, Acta Sci. Pol. Agricultura 2007, 6(2), 47-54.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.