Nitrogen in the Process of Waste Activated Sludge Anaerobic Digestion

• Autorzy: Suschka J. , Grübel K.

Identyfikatory

DOI

10.2478/aep-2014-0021

Warianty tytułu

PL

Azot w procesie beztlenowej stabilizacji osadów ściekowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Primary or secondary sewage sludge in medium and large WWTP are most often processed by anaerobic digestion, as a method of conditioning, sludge quantity minimization and biogas production. With the aim to achieve the best results of sludge processing several modifications of technologies were suggested, investigated and introduced in the full technical scale. Various sludge pretreatment technologies before anaerobic treatment have been widely investigated and partially introduced. Obviously, there are always some limitations and some negative side effects. Selected aspects have been presented and discussed. The problem of nitrogen has been highlighted on the basis of the carried out investigations. The single and two step - mesophilic and thermophilic - anaerobic waste activated sludge digestion processes, preceded by preliminary hydrolysis were investigated. The aim of lab-scale experiments was pre-treatment of the sludge by means of low intensive alkaline and hydrodynamic disintegration. Depending on the pretreatment technologies and the digestion temperature large ammonia concentrations, up to 1800 mg NH₄/dm³ have been measured. Return of the sludge liquor to the main sewage treatment line means additional nitrogen removal costs. Possible solutions are discussed.

PL

Wstępne lub wtórne osady ściekowe powstające w średnich i dużych oczyszczalniach ścieków są najczęściej przetwarzane i kondycjonowane w procesie beztlenowej fermentacji, czego skutkiem jest zmniejszenie ilości osadów oraz produkcja biogazu. W celu osiągnięcia lepszych rezultatów beztlenowej fermentacji osadów wprowadza się metody wstępnej hydrolizy osadów przed właściwym procesem fermentacji. Niektóre z tych metod znalazły zastosowanie w pełnej skali technicznej, a inne są badane i wprowadzane w sposób częściowy. Oczywiście, zawsze są pewne ograniczenia stosowania określonych metod i mogą występować pewne negatywne skutki uboczne. W artykule przedstawiono wybrane aspekty związane ze stosowaniem wstępnych procesów hydrolizy przed jedno- i dwustopniowym procesem fermentacji w warunkach mezofi lowych i termofi lowych. Jako wstępny proces hydrolizy zastosowano proces chemicznej i hydrodynamicznej dezintegracji. W zależności od zastosowanego procesu wstępnego oraz temperatury prowadzenia procesu fermentacji beztlenowej odnotowano znaczne stężenia amoniaku w cieczy osadowej dochodzące do 1800 mg NH₄/dm³. Zawracanie cieczy osadowej do głównego strumienia oczyszczanych ścieków oznacza istotne zwiększenie kosztów oczyszczania ścieków. Recyrkulacja odcieków wymagałaby poniesienia dodatkowych kosztów związanych z usuwaniem azotu. W pracy, wskazano na możliwe do zastosowania procesy minimalizacji azotu amonowego w odciekach z procesu fermentacji osadów.

Słowa kluczowe

EN

waste activated sludge; anaerobic digestion; nitrogen; struvite

PL

osady ściekowe; fermentacja beztlenowa; azot; struwit

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 40, no. 2
• Strony: 123--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Suschka J.

autor

Grübel K.

Bibliografia

• [1] Appels L., van Assche A., Willems K., van Impe J. & Dewil R. (2011). Peracetic acid oxidataion as an alternative pre-treatment for the anaerobic digestion of waste activated sludge. Bioresources Technology, 102, 4124-4130, doi:10.1016/j.biortech.2010.12.070.
• [2] Bhattacharya S.K., Madura R.L., Walling D.A. & Farrel J.B. (1996). Volatile solids reduction in two-phase and conventional anaerobic sludge digestion. Water Research, 30, 1041-1048, doi:10.1016/0043-1354(95)00252-9.
• [3] Borowski S. & Szopa J.S. (2007). Experiences with the dual digestion of municipal sewage sludge, Bioresources Technology, 98, 1199-1207, doi:10.1016/j.biortech.2006.05.017.
• [4] Cai M., Liu J. & Wei Y. (2004). Enhanced biohydrogen production from sewage sludge with alkaline pretreatment, Environmental Science Technology, 38, 3195-3202.
• [5] Chen Y., Cheng J.J. & Creamer K.S. (2008). Inhibition of anaerobic digestion process: a review. Bioresources Technology, 99, 4044-64, doi:10.1016/j.biortech.2007.01.057.
• [6] Cloete T.E. & Oosthuizen D.J. (2001). The role of extracellular exoplymers in the removal of phosphorous from activated sludge. Water Research, 35, 3595-3598, doi:10.1016/S0043-1354(01)00093-8.
• [7] Cui F., Lee S. & Kim M. (2011). Removal of organics and nutrients from food wastewater using combined thermophilic two-phase anaerobic digestion and shortcut biological nitrogen removal. Water Research, 45, 5279-5286, doi:10.1016/j.watres.2011.07.030.
• [8] Eaton A.D., Clesceri L.S. & Greenberg A.E. (1995). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (19th edn.) (pp. 4.75-4.78; 4.83-4.86; 4.111-4.112; 5.12-5.14) American Public Health Association, Washington 1995.
• [9] Etter B., Tilley E., Khadka R. & Udert K.M. (2011) Low-cost struvite production using source-separated urine in Nepal. Water Research, 45, 852-62, doi:10.1016/j.watres.2010.10.007.
• [10] Feng X., Lei H.Y., Deng J.C., Yu Q. & Li H.L. (2009). Physical and chemical characteristics of WAS treated ultrasonically. Chemical Engineering and Processing, 48, 187-194, doi:10.1016/j.cep.2008.03.012.
• [11] Gerhardt P., Murray R.G.E., Wood W.A. & Krieg N.R. (2005). Methods for General and Molecular Bacteriology (pp. 542-543). ASM, Washington DC.
• [12] Grübel K., Machnicka A. & Wacławek S. (2013). Impact of alkalization of surplus activated sludge on biogas production. Ecological Chemistry and Engineering S. 20,2, 343-351 doi: 10.2478/eces-2013-0025.
• [13] Grübel K. & Machnicka A. (2009). Use of hydrodynamic disintegration to accelerate anaerobic digestion of surplus activated sludge. Water Environment Research, 81, 12, 420-2426.
• [14] Grübel K., Machnicka A. & Suschka J. (2010). The effects of sewage sludge disintegration by hydrodynamic cavitation on organic and inorganic matter release. Environmental Engineering III, 279-284, CRC Press, Boca Raton, New York.
• [15] Harikishan S. & Sung S. (2001). Valuable by-products recovery from cattle waste water using temperature-phased anaerobic digestion process, Biosolids Speciality Conference, San Diego CA. Proceedings of the Water Environment Federation, WEF/AWWA/CWEA Joint Residuals and Biosolids Management, 1384-1398, DOI:10.2175/193864701784993687.
• [16] Huchzermeier M.P. & Tao W. (2012) Overcoming challenges to struvite recovery from anaerobically digested dairy manure. Water Environmental Research, 84, 34-41.
• [17] Li H., Jin Y., Mahar R.B., Wang Z. & Nie Y. (2008). Effects and model of alkaline waste activated sludge treatment. Bioreources Technology, 99, 5140-5144, doi:10.1016/j.biortech.2007.09.019.
• [18] Liu T. & Sung S. (2002) Ammonia inhibition on thermophilic aceticlastic methanogens. Water Science Technology, 45, 113-120.
• [19] Novak J., Banjade S. & Murthy S.N. (2011). Combined anaerobic and aerobic digestion for increased solids reduction and nitrogen removal. Water Research, 45, 618-624, doi:10.1016/j.watres.2010.08.014.
• [20] Orentlicher M., Fassbender A. & Grey L. (2009). Savings from integration of centrate ammonia reduction with BNR operation: simulation of single-sludge and two-sludge plant operation. International Conference on Nutrient Recovery from Wastewater Streams, 10-12.05.2009, Canada.
• [21] Sung, S. & Santha, H. (2003). Performance of temperature-phased anaerobic digestion (TPAD) system treating dairy cattle wastes. Water Research, 37, 1628-1636.
• [22] Sung S. & Liu T. (2003). Ammonia inhibition on thermophilic anaerobic digestion. Chemosphere, 53, 43-52.
• [23] Suschka J. & Popławski S. (2003). Anaerobic digested sludge conditioning with superphosphate, Confer. European Biosolids and Organic Residuals, Wakefield, UK.
• [24] Sørensen J., Tholstrup G. & Andreasen K. (1999). Anaerobic digestion and thermal hydrolysis to reduce production of sludge in WWTPs. Vatten 55, 45-51.
• [25] Straka F., Jenicek P., Zabranska J., Dohanyos M. & Kuncarova M. (2007). Anaerobic fermentation of biomass and wastes with respect to sulfur and nitrogen contents in treated materials. Proceedings Eleventh International Waste Management and Landfill Symposium Sardynia.
• [26] Xiao B. & Liu J. (2006). Study on treatment of excess sludge under alkaline conditions (Chinese) Environmental Sciences, 27, 319-323.