Influence of Ultrasonic Pretreatment on Anaerobic Digestion of Excess Sludge from the Food Industry

• Autorzy: Zawieja I. , Wolny L. , Wolski P.

Warianty tytułu

PL

Wpływ dezintegracji ultradźwiękowej na proces stabilizacji beztlenowej osadów nadmiernych pochodzących z przemysłu spożywczego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Przeróbka i unieszkodliwianie osadów ściekowych stanowi niezwykle aktualny problem technologiczny, co wiąże się z powstawaniem w ostatnich latach nowych obiektów oczyszczalni, modernizacją już istniejących, jak również z rozwojem wysokoefektywnych metod oczyszczania ścieków. Przez lata wiodącym trendem w zagospodarowaniu osadów ściekowych w Polsce było ich składowanie, jednak obowiązujące w Unii Europejskiej uwarunkowania prawne uniemożliwiają zastosowanie takiego rozwiązania w przyszłości. Modernizacja ciągu technologicznego oczyszczalni ścieków poprzez poprzedzenie wybranych procesów oczyszczania ścieków oraz utylizacji osadów procesem dezintegracji o odpowiednio dobranych parametrach wiąże się ze wzrostem efektywności działania obiektu, nie tylko pod względem technologicznym ale również ekonomicznym. Dezintegracja osadów nadmiernych przed procesem stabilizacji beztlenowej wpływa na zwiększenie podatności osadów na biochemiczny rozkład w warunkach beztlenowych, czego efektem jest przyspieszenie fazy hydrolitycznej procesu, warunkującej powstawanie w kolejnych etapach procesu lotnych kwasów tłuszczowych. Wartość oraz tempo generowania LKT znajduje bezpośrednie odbicie w efektywności produkcji biogazu oraz uzyskanym stopniu mineralizacji osadów. Celem prowadzonych badań była ocena wpływu dezintegracji ultradźwiękowej osadów nadmiernych pochodzących z przemysłu spożywczego na proces hydrolizy będący pierwszym etapem fermentacji metanowej. W badaniach użyto dezintegrator ultradźwiękowy typu VC-750. Osady poddano modyfikacji polem ultradźwiękowym (UD) o amplitudzie drgań pola UD 15, 21, 31, 37, 46 mm i czasie sonifikacji ts = 60–360 s. Następnie przeprowadzono procesy 10-dobowej fermentacji metanowej osadów, poprzedzone modyfikacją osadów nadmiernych polem UD o wybranych, najkorzystniejszych parametrach dezintegracji. Największą skuteczność nadźwiękawiania osadów odnotowano dla czasu ekspozycji równego 360 s oraz amplitudy drgań pola UD 46 mm, uzyskując ok. 5-kotny wzrost wartości ChZT oraz ok. 3-krotny LKT w odniesieniu do wartości początkowych wskaźników.

Słowa kluczowe

EN

disintegration; ultrasonic field; volatile fatty acids; VFAs; chemical oxygen demand; COD; methane fermentation; degree of sludge fermentation

PL

dezintegracja; pole ultradźwiękowe; UD; lotne kwasy tłuszczowe; LKT; zapotrzebowanie chemiczne na tlen; ChZT; fermentacja metanowa; stopień przefermentowania osadów

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: Tom 17, cz. 1
• Strony: 351--366
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Zawieja I.

• Czestochowa University of Technology

autor

Wolny L.

• Czestochowa University of Technology

autor

Wolski P.

• Czestochowa University of Technology

Bibliografia

• 1. Bień J., Stępniak L., Wolny.: Ultradźwięki w dezynfekcji i preparowaniu osadów ściekowych przed ich odwadnianiem. Seria Monografie, 37, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1995.
• 2. Bień J.: Osady ściekowe – problem aktualny. XII Konferencja Naukowo- Techniczna, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, 149–154, Częstochowa 2001.
• 3. Bień J.B., Zawieja I.: Wpływ alkalicznego kondycjonowania osadów nadmiernych na intensyfikację produkcji biogazu w procesie stabilizacji beztlenowej. Inżynieria i ochrona środowiska. 8(2), 201–209 (2005).
• 4. Bień J.B.: Ultradźwięki w gospodarce osadowej. Konferencja Naukowo- Techniczna nt. Nowe spojrzenie na osady ściekowe – odnawialne źródła energii część 1, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa. 19–32 (2003).
• 5. Bień J., Kamizela T., Kowalczyk M., Mrowiec M.: Possibilities of gravitational and mechanical separation of sonicated activated sludge suspensions. Environment Protection Engineering. 35, 67–72 (2009).
• 6. Bourgrier C.H., Carrére H., Delgenés J.P.: Solubilisation of waste-activated sludge by ultrasonic treatment. Chem. Eng. J. 106, 163–169 (2005).
• 7. Christi Y.: Sonobioreactors: using ultrasound for enhanced microbial productivity. Trends in Biotechnology. 21(2), 89–93 (2003).
• 8. Chu C.P., Bea-Ven C., Liao G.S., Jean D.S., Lee D.J.: Observations on changes in ultrasonically treated waste activated sludge. Water Res. 35, 1038–1046 (2001).
• 9. Kamizela T.: Wykorzystanie sonifikacji do rozdziału faz w zagęszczaniu zawiesin osadu czynnego. seria Monografie, nr 243, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2012.
• 10. Kowalska E., Bień J., Zielewicz-Madej E.: Ultrasound in the suspension separation methods. Drying Technology. 6(3), 447–471 (1988).
• 11. Magrel L.: Metodyka oceny efektywności procesu fermentacji metanowej wybranych osadów ściekowych. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 2002.
• 12. Piecuch T., Piekarski J., Malatyńska G.: The equation describing the filtration process with compressible sediment accumulation on a filter mesh. Archives of Environmental Protection. 39(1), 93–104 (2013).
• 13. Piecuch T.: Równanie Darcy jako podstawa analizy teoretycznej szczególnych przypadków procesu filtracji. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection). 11, 299–319 (2009).
• 14. Norma PN-75/C-04616/04 Woda i ścieki. Badania specjalne osadów. Oznaczanie kwasów tłuszczowych lotnych w osadach ściekowych i wodach nadosadowych metodą destylacji z parą wodną.
• 15. Norma PN-EN 12879 Woda i ścieki. Badania specjalne osadów Oznaczanie zawartości wody, suchej masy, substancji organicznych i substancji mineralnych w osadach ściekowych.
• 16. International Measurements Standards ISO 7027.
• 17. Sliwiński A.: Ultradźwięki i ich zastosowania. WNT, Warszawa 1993.
• 18. Stańczyk-Mazanek E., Stępniak L., Kępa U.: Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil with sewage sludge. Desalination and Water Treatment. 10, 158–164 (2009).
• 19. Stańczyk-Mazanek E., Piątek M., Kępa U.: Wpływ następczy osadów ściekowych stosowanych na glebach piaszczystych na właściwości kompleksu sorpcyjnego. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection). 15, 2437–2451 (2013).
• 20. Wolny L., Kamizela T.: Technika dezintegracji ultradźwiękowej w technologii ścieków i osadów ściekowych. Ekologia i Technika. XI(1), 3–7 (2003).
• 21. Wolny L.: Ultradźwiękowe wspomaganie procesu przygotowania osadów ściekowych do odwadniania. seria Monografia nr 104, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2002.
• 22. Wolski P., Wolny L.: Wpływ dezintegracji i fermentacji na podatność osadów ściekowych do odwadniania. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection). 13, 1697–1706 (2011).
• 23. Wolski P., Zawieja I.: Effect of Ultrasound Field on Dewatering of Sewage Sludge. Archives of Environmental Protection. 38(2), 25–31 (2012).
• 24. Zhang G., Zhang P., Yang J., Liu H.: Energy-efficient sludge sonification: Power and sludge characteristics. Bioresource Technol. 99, 9029– 9031 (2008).