Wpływ bioaugmentacji na uwalnianie biogenów w procesie beztlenowej stabilizacji osadów ściekowych

• Autorzy: Montusiewicz A.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2015.9(1)035

Warianty tytułu

EN

Impact of bioaugmentation on nutrient release in anaerobic digestion of sewage sludge

• Konferencja: ECOpole’14 Conference (15-17.10.2014, Jarnoltowek, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Beztlenowa stabilizacja osadów ściekowych jest powszechnie stosowana jako metoda ich przeróbki w oczyszczalniach ścieków komunalnych. W wyniku beztlenowego rozkładu substancji organicznych zachodzi uwalnianie azotu amonowego i fosforu fosforanowego do wód osadowych, zawracanych następnie do bioreaktorów oczyszczających ścieki. Może to skutkować przeciążeniem osadu czynnego, a w efekcie obniżeniem sprawności usuwania związków biogennych i wzrostem kosztów oczyszczania. Prezentowana praca dotyczy badań nad wpływem bioaugmentacji na uwalnianie związków biogennych podczas fermentacji metanowej osadów ściekowych. Bioaugmentację prowadzono z wykorzystaniem dwóch dawek komercyjnego preparatu Arkea®, odpowiednio 9 i 13% w stosunku objętościowym. W oparciu o stężenia azotu amonowego i fosforu fosforanowego wyznaczono wartości współczynników uwalniania w układzie bioaugmentowanej fermentacji osadów ściekowych oraz w układzie, w którym bioaugmentacji nie prowadzono. Z uzyskanych danych wynika, że uwalnianie związków biogennych do wód osadowych występowało w obu badanych układach, jednak wyższe wartości otrzymano w układzie z bioaugmentacją. W przypadku układu wspomaganego biopreparatem współczynnik amonifikacji wyniósł 4,8 oraz 4,6, odpowiednio dla dawki Arkea® 9 i 13%, natomiast dla osadów ściekowych był nieco niższy - 4,5. Analogiczny trend wystąpił w przypadku fosforu fosforanowego. Współczynnik uwalniania fosforanów w obecności 9 i 13% preparatu Arkea® osiągnął wartość odpowiednio 1,2 oraz 1,3, a w układzie bez dodatku biopreparatu 1,1. Bioaugmentacja nie wpłynęła jednak istotnie na uwalnianie związków biogennych w procesie beztlenowej stabilizacji osadów ściekowych, a stężenia biogenów w wodach pofermentacyjnych nie wzrosły w porównaniu z osadami ściekowymi.

EN

In municipal wastewater treatment plants anaerobic digestion has commonly been applied for sludge treatment. It is known that the process results in a high release of the nitrogen and phosphorus compounds. Their recirculation with the rejected supernatant to the bioreactor treating wastewater could lead to its overloading, thus diminishing the nutrient removal efficiency and increasing the cost of the total treatment. In the present study the influence of bioaugmentation on the nutrient release was examined in anaerobic digestion of sewage sludge. The bioaugmentation consisted in adding two doses of commercial product Arkea®, 9 and 13% v/v, respectively. Based on the concentration of ammonia nitrogen and phosphate phosphorus, release factors were determined for bioaugmented and non-bioaugmented experiments. The results indicated that nutrient release was confirmed in both systems, although it significantly differed for the compounds investigated. Applying bioaugmentation, a little higher values were achieved as compared to anaerobic digestion of sewage sludge. Release factors for ammonia nitrogen were 4.8 and 4.6 in the presence of 9 and 13% Arkea® v/v, respectively, whereas for sewage sludge it was 4.5. With regard to phosphate phosphorus, minor values were obtained. Applying 9 and 13% of Arkea®, release factors were found to be 1.2 and 1.3, respectively, whereas in the system without bioaugmentation it was only 1.1. An essential effect of bioaugmentation on nutrient release in anaerobic digestion of sewage sludge did not occur.

Słowa kluczowe

PL

bioaugmentacja; beztlenowa stabilizacja; osady ściekowe; amonifikacja; uwalnianie fosforanów

EN

bioaugmentation; anaerobic digestion; sewage sludge; ammonification; release of phosphates

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 9, No. 1
• Strony: 269--277
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., wykr., tab.

Twórcy

autor

Montusiewicz A.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Appels L, Lauwers J, Degrève J, Helsen L, Lievens B, Willems K, et al. Anaerobic digestion in global bio-energy production: Potential and research challenges. Renew Sust Energy Rev. 2011;15:4295-4301. DOI: 10.1016/j.rser.2011.07.121.
• [2] Dyrektywa 2008/98/WE w sprawie odpadów. Dz.Urz. UE L 312 z 22.11.2008. http://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/?uri=CELEX:32008L0098.
• [3] Xie RJ, Xing YJ, Ghani YA, Ooi K, Ng SW. Full-scale demonstration of an ultrasonic disintegration technology in enhancing anaerobic digestion of mixed primary and thickened secondary sewage sludge. J Environ Eng Sci. 2007;6:533-541. DOI: 10.1139/S07-013.
• [4] Jan TW, Adav SS, Lee DJ, Wu RM, Su A, Tay J-H. Hydrogen fermentation and methane production from sludge with pretreatments. Energ Fuel. 2008;22:98-102. DOI: 10.1021/ef700278j.
• [5] Machnicka A, Grűbel K, Suschka J. The use of hydrodynamic disintegration as a means to improve anaerobic digestion of activated sludge. Water SA. 2009;35(1):129-132. http://www.ajol.info/index.php/wsa/article/viewFile/76715/67154.
• [6] Kim D-H, Jeong E, Oh S-E, Shin H-S. Combined (alkaline + ultrasonic) pretreatment effect on sewage sludge disintegration. Water Res. 2010;44(10):3093-3100. DOI: 10.1016/j.watres.2010.02.032.
• [7] Salsabil MR, Laurent J, Casellas M, Dagot C. Techno-economic evaluation of thermal treatment, ozonation and sonification for the reduction of wastewater biomass volume before aerobic or anaerobic digestion. J Hazard Mater. 2010;174:323-333. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.09.054.
• [8] Zhang Y, Zhang P, Zhang G, Ma W, Wu H, Ma B. Sewage sludge disintegration by combined treatment of alkaline + high pressure homogenization. Bioresour Technol. 2012;123:514-519. DOI: 10.1016/j.biortech.2012.07.078.
• [9] Kabouris JC, Tezel U, Pavlostathis SG, Engelmann M, Dulaney JA, Todd AC, et al. Mesophilic and thermophilic anaerobic digestion of municipal sludge and fat, oil, and grease. Water Environ Res. 2009;81(5):476-485. DOI: 10.2175/106143008X357192.
• [10] Alatriste-Mondragón F, Samar P, Cox HHJ, Ahring BK, Iranpour R. Anaerobic codigestion of municipal, farm, and industrial organic wastes: a survey of recent literature. Water Environ Res. 2006;78:607-636. DOI: 10.2175/106143006X111673.
• [11] Nielfa A, Cano R, Pérez A, Fdez-Polanco M. Co-digestion of municipal sewage sludge and solid waste: Modelling of carbohydrate, lipid and protein content influence. Waste Manage Res. 2015;33:241-249. DOI: 10.1177/0734242X15572181.
• [12] Mata-Alvarez J, Dosta J, Romero-Guiza MS, Fonoll X, Peces M, Astals S. A critical review on anaerobic co-digestion achievements between 2010 and 2013. Renew Sust Energ Rev. 2014;36:412-427. DOI: 10.1016/j.rser.2014.04.039.
• [13] Duran, M, Tepe N, Yurtsever D, Punzi VL, Bruno C, Mehta RJ. Bioaugmenting anaerobic digestion of biosolids with selected strains of Bacillus, Pseudomonas, and Actinomycetes species for increased ethanogenesis and odor control. Appl Microbiol Biotechnol. 2006;73:960-966. DOI: 10.1007/s00253-006-0548-6.
• [14] Tepe N, Yurtsever D, Mehta RJ, Bruno C, Punzi VL, Duran M. Odor control during post-digestion processing of biosolids through bioaugmentation of anaerobic digestion. Water Sci Technol. 2008;57:589-594. DOI: 10.2166/wst.2008.008.
• [15] Schauer-Gimenez A, Zitomer D, Maki J, Struble C. Bioaugmentation for improved recovery of anaerobic digesters after toxicant exposure. Water Res. 2010;44:3555-3564. DOI: 10.1016/j.watres.2010.03.037.
• [16] Tale VP, Maki JS, Zitomer DH. Bioaugmentation of overloaded anaerobic digesters restores function and archaeal community. Water Res. 2015;70:138-147. DOI: 10.1016/j.waters.2014.11.037.
• [17] Fotidis IA, Karakashev D, Agelidaki I. Bioaugmentation with an acetate-oxidising consortium as a tool to tackle ammonia inhibition of anaerobic digestion. Bioresour Technol. 2013;146:57-62. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.07.041.
• [18] Singer AC, van der Gast CJ, Thompson IP. Perspectives and vision for strain selection in bioaugmentation. Trends Biotechnol. 2005;23(2):74 -77. DOI: 10.1016/j.tibtech.2004.12.012.
• [19] van Loosdrecht MCM, Salem S. Biological treatment of sludge digester liquids. Water Sci Technol. 2006; 53:11-20. DOI: 10.2166/wst.2006.401.
• [20] Batstone DJ, Virdis B. The role of anaerobic digestion in the emerging energy economy. Curr Opin Biotechnol. 2014;27:142-149. DOI: 10.1016/j.copbio.2014.01.013.
• [21] Montusiewicz A, Lebiocka M, Szaja A. Variability of nutrients in co-digestion of sewage sludge and old landfill leachate. In: Environmental Engineering IV. Pawłowski A, Dudzińska MR, Pawłowski L, editors. London: CRC Press; 2013:225-230. DOI: 10.1201/b14894-37.
• [22] Song Y-C, Kwon S-J, Woo J-H. Mesophilic and thermophilic temperature co-phase anaerobic digestion compared with single-stage mesophilic and thermophilic digestion of sewage sludge. Water Res. 2004;38:1653-1662. DOI: 10.1016/j.watres.2003.12.019.