Glycerine as an External Source of Carbon Supporting Denitrification Process

• Autorzy: Smyk Joanna , Ignatowicz Katarzyna , Piekarski Jacek

Warianty tytułu

PL

Gliceryna jako zewnętrzne źródło węgla wspomagające proces denitryfikacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Supplying external carbon sources to treated wastewater is often necessary to achieve high efficiency by wastewater treatment plants that must meet very strict requirements for reducing the nitrogen concentration. The use of conventional carbon sources brings high operating costs for wastewater treatment. It became a reason to look for other, alternative sources of organic carbon. The paper presents the effectiveness of nitrogen removal from wastewater with the use of glycerol as an external carbon source. The research was carried out during the municipal wastewater treatment process in two independent SBR-type activated sludge chambers on a laboratory scale. A single cycle of the reactor operation lasted 6 hours and included the following phases: sewage supply (2 min), mixing (anaerobic) (60 min), aeration (3.5 hours), sedimentation (1 hour) and decantation (0.5h). To one of the chambers in each cycle, after twenty minutes of the sewage supply, glycerol was added as a source of easily available organic compounds. Tests have shown that the use of glycerol as an external carbon source during wastewater treatment resulted in higher nitrogen removal efficiency than in the reactor where no external carbon source support was applied with a low level of COD value in treated wastewater. Wastewater treatment in the reactor without the addition of a carbon source resulted in the total nitrogen removal in 87.8% and ammonium nitrogen in 96.5%, whereas wastewater treatment in the reactor with the addition of glycerol resulted in the removal of total nitrogen in 93.6% and ammonium nitrogen in 98.8%. Despite the increase in the final nitrate concentration in both reactors, the nitrate concentration in the reactor using an external carbon source was lower by as much as 3.4 mg N/dm³. The COD fractions and their changes in wastewater were determined in order to find out their quantitative and percentage share. Determination of COD fraction allows to assess the susceptibility of wastewater to biological treatment, additionally indicating impurities that are difficult to decompose, which reduce the effectiveness of biological wastewater treatment. Introduction of an external carbon source in the form of glycerol to municipal sewage caused an increase in the SS fraction by 57 mg O₂/ dm³, thus increasing the percentage of readily biodegradable dissolved organic compounds from 10% to 30%. The increased amount of easily available carbon compounds has contributed to the increase of denitrification rate. In the initial phase of denitrification with the addition of an external carbon source in the form of glycerol, an acceleration in the removal of nitrogen compounds by 1.9 mg N∙ dm³ /h compared to the control reactor, was observed.

PL

Dostarczanie do oczyszczanych ścieków zewnętrznych źródeł węgla często staje się niezbędne do osiągnięcia wysokiej efektywności oczyszczania ścieków, które muszą spełniać bardzo surowe wymagania dotyczące ograniczenia stężenia azotu. Zastosowanie konwencjonalnych źródeł węgla niesie za sobą wysokie koszty eksploatacyjne oczyszczalni ścieków. Stało się to przesłanką do poszukiwań innych, alternatywnych źródeł węgla organicznego. W artykule przedstawiono skuteczność usuwania azotu ze ścieków z wykorzystaniem gliceryny jako zewnętrznego źródła węgla. Badania prowadzono podczas procesu oczyszczania ścieków komunalnych w dwóch niezależnych komorach osadu czynnego typu SBR w skali laboratoryjnej. Pojedynczy cykl pracy reaktora trwał 6 godzin i obejmował takie fazy jak: doprowadzenie ścieków (2 min), mieszanie (beztlenowa) (60 min), napowietrzanie (3,5 h), sedymentację (1 h) i dekantację (0,5 h). Do jednej z komór w każdym cyklu po dwudziestu minutach od napełnienia ścieków dodawano glicerynę jako źródło łatwo przyswajalnych związków organicznych. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie gliceryny jako zewnętrzne źródło węgla podczas oczyszczania ścieków spowodowało wyższą skuteczność usuwania azotu niż w reaktorze, gdzie nie zostało zastosowane wspomaganie zewnętrznym źródłem węgla przy jednocześnie uzyskanym niskim poziomie wartości ChZT w ściekach oczyszczonych. W reaktorze bez dodatku źródła węgla usunięcie azotu ogólnego wynosiło 87,8% oraz azotu amonowego w 96,5%. Oczyszczanie ścieków w reaktorze z dodatkiem gliceryny spowodowało usunięcie azotu ogólnego w 93,6% oraz azotu amonowego w 98,8%. Pomimo wzrostu końcowego stężenia azotanów w obu reaktorach, w reaktorze z zastosowaniem zewnętrznego źródła węgla stężenie azotanów było niższe aż o 3,4 mg N/ dm³. Wyznaczono frakcje ChZT i ich zmiany w ściekach w celu ustalenia udziału ilościowego i procentowego. Wyznaczenie frakcji ChZT pozwala na ocenę podatności ścieków na oczyszczanie biologiczne, wskazując dodatkowo zanieczyszczenia trudno rozkładalne, zmniejszające efektywność biologicznego oczyszczania ścieków. Wprowadzenie zewnętrznego źródła węgla w formie gliceryny do ścieków komunalnych spowodowało wzrost frakcji SS o 57 mg O₂/ dm³, zwiększając tym samym procentową zawartość związków organicznych rozpuszczonych łatwo biodegradowalnych z 10 do 30%. Zwiększona ilość łatwo przyswajalnych związków węgla przyczyniła się do zwiększenia szybkości denitryfikacji. W początkowej fazie denitryfikacji z dodatkiem zewnętrznego źródła węgla w postaci gliceryny zauważono przyśpieszenie usuwania związków azotu o 1.9 mg N∙ dm³ /h w porównaniu do reaktora kontrolnego.

Słowa kluczowe

EN

SBR reactor; external carbon source; denitrification; glycerine; wastewater treatment

PL

reaktor SBR; zewnętrzne źródło węgla; denitryfikacja; gliceryna; oczyszczanie ścieków

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 1
• Strony: 586--599
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Smyk Joanna

• Bialystok University of Technology, Poland

autor

Ignatowicz Katarzyna

• Bialystok University of Technology, Poland

autor

Piekarski Jacek

• Koszalin University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Akunna, J.C., Bizeaua, C., Moletta, R. (1993) Nitrate and nitrite reductions with anaerobic sludge using various carbon sources: glucose, glycerol, acetic acid, lactic acid and methanol. Water Research, 27(8), 1303-1312.
• 2. Bernat, K., Kulikowska, D., Żuchniewski, K. (2015) Glycerine as a carbon source in nitrite removal and sludge production. Chemical Engineering Journal, 267, 324-331.
• 3. Bodik, I., Mlstakova, A., Sedlacek, S., Hutnan, M. (2009) Biodiesel waste as source of organic carbon for municipal WWTP denitrification. Bioresource Technol., 100, 2452-2456.
• 4. da Silva, G.P., Mack, M., Contiero, J. (2009) Glycerol: a promising and abundant carbon source for industrial microbiology. Biotechnology Advances, 27, 30-39.
• 5. Elefsiniotis, P., Li, D. (2006) The effect of temperature and carbon source on denitrification using volatile fatty acids. Biochemical Engineering Journal, 28(2), 148-155.
• 6. Fernández-Nava, Y., Maranón, E., Soons, J., Castrillón, L. (2010) Denitrification of high nitrate concentration wastewater using alternative carbon sources. Journal of Hazardous Materials, 173, 682-688.
• 7. Guerrero, J., Tayà, C., Guisasola, A., Baeza, J. A. (2012) Glycerol as a sole carbon source for enhanced biological phosphorus removal. Water Research, 46(9), 2983-2991.
• 8. Ignatowicz, K., (2011) Metals content chosen for environmental component monitoring in graveyards. Fresen. Environ. Bull., 20(1a), 270-273.
• 9. Ignatowicz K., Piekarski J., Kozlowski D. (2011) Intensification of the Denitrification Process by Using Brenntaplus VP1 Preparation. Rocznik Ochrona Środowiska, 13, 1178-1195.
• 10. Ignatowicz K. (2008) Sorption process for migration reduction of pesticides from graveyards. Archives of Environmental Protection, 34, 143-149.
• 11. Janczukowicz, W., Rodziewicz, J. (2013) Źródła węgla w procesach biologicznego usuwania związków azotu i fosforu, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, 114, Lublin.
• 12. Johnson, D.T., Taconi, K.A. (2007) The glycerin glut: options for the value-added conversion of crude glycerol resulting from biodiesel production. Environment Progress, 26, 338-348.
• 13. Kulikowska, D., Bernat, K. (2013) Nitritation-denitritation in landfill leachate with glycerine as a carbon source. Bioresource Technology, 142, 297-303.
• 14. Mąkinia, J., Czerwonka, K. (2013) Wytyczne oceny alternatywnych źródeł węgla. Innowacyjne źródło węgla dla wspomagania denitryfikacji w komunalnych oczyszczalniach ścieków. Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka.
• 15. Min, K., Park, K.-S., Jung, Y.-J., Khan, A. R. (2002) Acidogenic Fermentation: Utilization of Wasted Sludge as a Carbon Source in the Denitrification Process. Environmental Technology, 23(3), 293-302.
• 16. Myszograj, S., Płuciennik-Koropczuk, E., Jakubaszek, A., Świętek, A. (2017) COD fractions- methods of measurement and use in wastewater treatment technology. Civil And Environmental Engineering Reports, 24(1), 195-206.
• 17. Sadecka, Z., Płuciennik-Koropczuk, E., Sieciechowicz, A. (2011) Frakcje ChZT ścieków w modelach biokinetycznych. Forum Eksploatatora, 54(3), 72-77.
• 18. Torà, J.A., Baeza, J.A., Carrera, J., Oleszkiewicz, J.A. (2011) Denitritation of a highstrength nitrite wastewater in a sequencing batch reactor using different organic carbon sources. Chemical Engineering Journal, 172 (2-3), 994-998.
• 19. Yazdani, S.S., Gonzales, R. (2007) Anaerobic fermentation of glycerol: a path to economic viability for the biofuels industry. Current Opinion in Biotechnology, 18(3), 213-219.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).