Wykorzystanie dezintegracji hybrydowej do poprawy stabilizacji beztlenowej osadu ściekowego

Grübel, Klaudiusz; Machnicka, Alicja

doi:10.12912/23920629/119104

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wykorzystanie dezintegracji hybrydowej do poprawy stabilizacji beztlenowej osadu ściekowego

Autorzy

Grübel Klaudiusz , Machnicka Alicja

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/119104

Warianty tytułu

The use of hybrid disintegration of activated sludge to improve anaerobic stabilization process

Języki publikacji

Abstrakty

Zastosowanie chemiczno-termicznej dezintegracji osadu czynnego przed beztlenową stabilizacją osadu czynnego, przyczynia się do intensyfikacji rozkładu związków organicznych i zwiększania efektywności procesu w porównaniu z fermentacją osadu czynnego surowego. Praca przedstawia wyniki badań wpływu hybrydowego procesu dezintegracji, z wykorzystaniem procesu alkalizacji (pH ≈ 9) i zamrażania/rozmrażania suchym lodem (dawka objętościowa suchego lodu do osadu 1 : 0,75) na osad czynny nadmierny oraz na przebieg procesu fermentacji metanowej mezofilowej. W wyniku przeprowadzanych badań stwierdzono, że dla osadu nadmiernego niepoddawanego procesowi dezintegracji, wartość ChZT stanowiła średnio 100 mg/dm³ natomiast chemiczno-termiczny proces dezintegracji osadu czynnego nadmiernego, skutkował wzrostem stężenia materii organicznej w cieczy nadosadowej (wyrażonej zmianą wartości rozpuszczonego chemicznego zapotrzebowania tlenu – ChZT) do ok. 1890 mg/dm³. Wykorzystanie zdezintegrowanego osadu i doprowadzenie go do reaktorów fermentacyjnych wpływało, w zależności od jego udziału objętościowego w reaktorach, na produkcję biogazu oraz wydatek. Materiał badawczy z dodatkiem 50% osadu po dezintegracji hybrydowej spowodował najwyższy przyrost produkcji biogazu, w porównaniu do pozostałych próbek – 2,933 dm³, (wydajność lepsza o 15,2%), a najwyższy wydatek osiągnięto w próbce z udziałem 30% objętościowych osadu zdezintegrowanego hybrydowo – 0,482 dm³ /g_{s.m.org. usuniętej}. Zastosowany proces hybrydowy jest łatwy i prosty do implementacji w pełnej skali technicznej, a ponadto, nie wpływa na zmianę wartości pH osadu wprowadzanego do komór fermentacyjnych (suchy lód powoduje neutralizację uprzednio zalkalizowanego osadu).

The use of chemical-thermal disintegration method of activated sludge against anaerobic stabilization contributes to the intensification of the decomposition of organic compounds and the increase of the efficiency of the whole process. The paper presents the results of research on the impact of the hybrid disintegration method, using alkalization (pH ≈ 9) and freezing / thawing with dry ice (dry ice volume 1: 0.75) on the activated sludge properties and the mesophilic fermentation process. As a result of the conducted tests, it was found that for the raw sludge the COD value constituted on average 100 mg/dm³ and the chemical-thermal pretreatment of sludge resulted in an increase of COD value to 1890 mg/dm³. The use of this method of sludge destruction and then them introduction to the fermentation reactors influenced, depending on its volume, on biogas production and biogas yield. The highest increase in biogas production – 2.933 dm³ (better production by 15.2% in comparison to raw sample) was recorded for the sample with addition of 50% of hybrid disintegrated sludge. The highest yield of biogas was achieved in the sample with addition of 30% of hybrid disintegrated sludge – 0.482 dm³ /g_{dry organic matter removed}. The hybrid process of disintegration is easy and simple to implementation in a full technical scale, and moreover, it does not affect on the pH value of sludge introduced into digestion chambers (dry ice neutralizes previously alkaline sludge).

Słowa kluczowe

osad czynny alkalizacja zamrażanie rozmrażanie fermentacja metanowa

activated sludge alkalization freezing thawing methane fermentation

Wydawca

Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej

Czasopismo

Inżynieria Ekologiczna

Rocznik

2020

Tom

Vol. 21, nr 1

Strony

1--8

Opis fizyczny

Bibliogr. 33 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Grübel Klaudiusz

kgrubel@ath.bielsko.pl

Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Wydział Inżynierii Materiałów, Budownictwa i Środowiska, ul. Willowa 2, 43-300 Bielsko-Biała

autor

Machnicka Alicja

Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Wydział Inżynierii Materiałów, Budownictwa i Środowiska, ul. Willowa 2, 43-300 Bielsko-Biała

Bibliografia

1. Aboulfoth A.M., El Gohary E.H., El Monayeri O.D. 2015. Effect of thermal pretreatment on the solubilization of organic matters in a mixture of primary and waste activated sludge. Journal of Urban and Environmental Engineering, 9(1), 82-88.
2. Adekunle K.F., Okolie J.A. 2015. A Review of Biochemical Process of Anaerobic Digestion. Advances in Bioscience and Biotechnology, 6(3), 205-212.
3. Chandra R., Takeuchi H., Hasegawa T. 2012. Methane production from lignocellulosic agricultural crop wastes: A review in context to second generation of biofuel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(3), 1462-1476.
4. Chen L.C., Chian C.Y., Yen P.S., Chu C.P., Lee D.J. 2001. High-speed sludge freezing. Water Research, 35(14), 3502-3507.
5. Diak J., Örmeci B., Proux C. 2011. Freeze-thaw treatment of RBC sludge from a remote mining exploration facility in subarctic Canada. Water Science and Technology, 63(6), 1309-1313.
6. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego 1999/45/WE z dnia 31 maja 1999 r. w sprawie zbliżenia przepisów ustawowych, wykonawczych i administracyjnych Państw Członkowskich odnoszących się do klasyfikacji, pakowania i etykietowania preparatów niebezpiecznych. http://www.msds-europe.com/data/ files/186290273.pdf.
7. Gao W. 2011. Freezing as a combined wastewater sludge pretreatment and conditioning method. Desalination, 268(1-3), 170-173.
8. Grübel K., Machnicka A., Nowicka E., Wacławek S. 2014. Mesophilic-thermophilic fermentation process of waste activated sludge after hybrid disintegration. Ecological Chemistry and Engineering S, 21(1), 125-136.
9. Grübel K., Suschka J. 2015. Hybrid alkali-hydrodynamic disintegration of waste-activated sludge before two-stage anaerobic digestion process. Environmental Science and Pollution Research, 22(10), 7258-7270.
10. Guang-Hui Y., Pin-Jing H., Li-Ming S., Yi-Shu Z. 2008. Extracellular proteins, polysaccharides and enzymes impact on sludge aerobic digestion after ultrasonic pretreatment. Water Research, 42(8-9), 1925-1934.
11. Guangming Z., Jing Y., Huanzhi L, Jie Z. 2009. Sludge ozonation: Disintegration, supernatant changes and mechanisms. Bioresource Technology, 100(3), 1505-1509.
12. Kalemba K., Barbusiński K. 2016. Próba współfermentacji osadów ściekowych z odpadami mięsnymi. Ochrona Środowiska, 38(4), 21-24.
13. Kalemba K., Barbusiński K. 2017. Próba współfermentacji osadów ściekowych i sopstoku – produktu ubocznego rafinacji olejów roślinnych. Ochrona Środowiska, 39(4), 47–50.
14. Kim S., Choi K., Kim J.O., Chung J. 2013. Biological hydrogen production by anaerobic digestion of food waste and sewage sludge treated using various pretreatment technologies. Biodegradation, 24, 753-764.
15. Krzemień J. 2012. Production and utilisation of biogas at wastewater treatment plants in the Silesian province. Environmental Protection and Natural Resources, 54, 210-220.
16. Lee D.J., Hsu Y.H. 1994. Fast Freeze/Thaw Treatment on Excess Activated Sludges: Floc Structure and Sludge Dewaterability. Environmental Science and Technology, 28(8), 1444-1449.
17. Li G., Li J., Han X. 2013. Efficiencies of Mesophilic Two-Phase Anaerobic Digestion of Pretreated Surplus Sludge. International Journal of Environmental Science and Development, 4(5), 576-581.
18. Merlin Ch.P., Gopinath L.R., Divya D. 2014. A review on anaerobic decomposition and enhancement of biogas production through enzymes and microorganisms. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 34, 167-173.
19. Montusiewicz A., Lebiocka M., Rożej A., Zacharska E., Pawłowski L. 2010. Freezing/thawing effects on anaerobic digestion of mixed sewage sludge. Bioresource Technology, 101(10), 3466-3473.
20. Nowicka E., Machnicka A. 2014. The influence of mechanical and thermal disintegration on gravitational separation of surplus sludge. Ecological Chemistry and Engineering S, 21(4), 651-660.
21. Nowicka E., Machnicka A. 2014. Wpływ dezintegracji osadu nadmiernego suchym lodem na uwalnianie materii organicznej i nieorganicznej. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 8, 307-310.
22. Oh S.E., Logan B.E. 2005. Hydrogen and electricity production from a food processing wastewater using fermentation and microbial fuel cell technologies. Water Research, 39(19), 4673-4682.
23. Pierścieniak M., Bartkiewicz B. 2011. Management of biogas produced in the methane fermentation process in wastewater treatment plants. Environmental Protection and Natural Resources, 47, 47-61.
24. Ponsá S., Ferrer I., Vázquez F., Font X. 2008. Optimization of the hydrolytic-acidogenic anaerobic digestion stage (55 degrees C) of sewage sludge: influence of pH and solid content. Water Research, 42(14), 3972-3980.
25. Rani R.U., Kumar S.A., Kaliappan S., Yeom I.T., Banu R.J. 2014. Enhancing the anaerobic digestion potential of dairy waste activated sludge by two step sono-alkalization pretreatment. Ultrasonics Sonochemistry, 21(3), 1065-1074.
26. Raposo F., De la Rubia M.A., Fernández-Cegri V, Borja R. 2012. Anaerobic digestion of solid organic substrates in batch mode: An overview relating to methane yields and experimental procedures. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(1), 861-877.
27. Rice E.W., Baird R.B., Eaton A.D., Clesceri L.S. (Eds.). 2012. Standard methods for the examination of water and wastewater. American Publishing Health Association, American Water Works Association and Water Environment Federation, New York.
28. Rozporządzenie Komisji Unii Europejskiej nr 1005/2009 z dnia 16 września 2009 r. w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową (wersja przekształcona). http://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/?uri=celex:32009R1005.
29. Rozporządzenie Komisji Unii Europejskiej nr 453/2010 z dnia 12 maja 2010 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 1907/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie rejestracji, oceny, udzielania zezwoleń i stosowanych ograniczeń w zakresie chemikaliów (REACH). http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:201 0:133:0001:0043:pl:PDF.
30. Rozporządzenie Komisji Unii Europejskiej nr 842/2006 z dnia 17 maja 2006 w sprawie niektórych fluorowanych gazów cieplarnianych. http://prozon.org.pl/files/File/F-gazy/1.032_F-gazy_842-2006.pdf.
31. Wett B., Phothilangka P., Eladawy A. 2010. Systematic comparison of mechanical and thermal sludge disintegration technologies. Waste Management, 30(6), 1057-1062.
32. Yang Q., Yi J., Luo K., Jing X., Li X., Liu Y., Zeng G. 2013. Improving disintegration and acidification of waste activated sludge by combined alkaline and microwave pretreatment: Process Safety and Environmental Protection, 91(6), 521-526.
33. Yi H., Han Y., Zhuo Y. 2013. Effect of combined pretreatment of waste activated sludge for anaerobic digestion process. Procedia Environmental Sciences, 18, 716-721.

Uwagi

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

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-308c91bf-8d9a-40b4-b630-7a1cb1984deb