Effect of Dry Ice Modification of Excess Sludge on the Methane Fermentation Process

• Autorzy: Zawieja I.

Warianty tytułu

PL

Wpływ modyfikacji osadów nadmiernych suchym lodem na proces fermentacji metanowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The specific susceptibility of excess sludge to the methane fermentation process is a limiting factor for the rate of reaction occurring in the subsequent stages of the process. The kinetics of biochemical changes during spontaneous methane fermentation phases is directly influenced by the increase in the concentration of dissolved organic substances available to microorganisms in the process. Excess sludge deposition by different disintegration methods, ie: chemical, physical, combined increases the efficiency of the methane fermentation process. Among the modifications mentioned above, the advantages of physical methods, especially of thermal nature, should be emphasized. In addition to the significant modification of the excess sludge structure, it does not cause secondary contamination of the prepared sludge and therefore is a promising technological solution. The aim of the study was to determine the effect of dry ice disintegration on the susceptibility of excess sludge to biodegradation. Volatile fatty acids are an important intermediate product in methane fermentation and increased effects of the stabilization process is conditioned by their concentration. Since the phase limiting process is the hydrolysis phase, the first stage of the fermentation, the detailed analysis was carried out in the first eight days of the process by performing physicochemical determinations of the modified sludge. Periodic fermentation was carried out under mesophilic conditions. Excess sludge was prepared with dry ice in a volume ratio of dry ice to excess sludge in range from 0.05L-1 to 0.75L-1. Confirmation of the increased susceptibility of the prepared excess sludge to the methane fermentation process was a modification of the sludge structure expressed by the increase of the disintegration degree. For sludge subjected to disintegration with dry ice, using the most preferred reagent dose, in the following days of the methane fermentation process, in relation to methane fermentation of non-prepared excess sludge, increase of SCOD and TOC values as well as VFAs concentration was noted.

PL

Specyficzna podatność osadów nadmiernych na proces fermentacji metanowej jest czynnikiem ograniczającym szybkość reakcji zachodzących w kolejnych etapach procesu. Na kinetykę przemian biochemicznych podczas zachodzących samorzutnie faz fermentacji metanowej wpływa bezpośrednio wzrost stężenia rozpuszczonych substancji organicznych dostępnych dla mikroorganizmów procesu. Modyfikacja osadów nadmiernych odmiennymi metodami dezintegracji, tj. chemicznymi, fizycznymi, hybrydowymi zwiększa efektywność procesu fermentacji metanowej. Spośród wymienionych powyżej metod modyfikacji należy podkreślić zalety metod fizycznych, zwłaszcza termicznych. Oprócz istotnej modyfikacji struktury osadów nadmiernych, nie powodują one wtórnego zanieczyszczenia preparowanych osadów i stanowią obiecujące rozwiązanie technologiczne. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu dezintegracji osadów nadmiernych suchym lodem na wzrost podatność na biodegradację. Lotne kwasy tłuszczowe są ważnym produktem pośrednim fermentacji metanu, a zwiększona wydajność procesu stabilizacji zależy od ich stężenia. Ponieważ procesem limitującym fermentacje metanową jest faza hydrolizy, pierwszy etap stabilizacji, dokonano analizy wybranych oznaczeń fizyczno-chemicznych w ciągu pierwszych ośmiu dób procesu fermentacji modyfikowanych osadów Okresową fermentację metanową prowadzono w warunkach mezofilowych. Stworzono mieszaniny suchego lodu i osadów nadmiernych w stosunku objętościowym reagenta do osadów w zakresie od 0,05/1 do 0,75/1. Potwierdzeniem zwiększonej podatności dezintegrowanych osadów nadmiernych na proces fermentacji metanowej był zachodzący proces lizy osadów nadmiernych wyrażony wzrostem stopnia dezintegracji. W przypadku osadów nadmiernych poddanych dezintegracji suchym lodem, przy użyciu najkorzystniejszej dawki reagenta, w kolejnych dobach procesu fermentacji metanowej, w odniesieniu do fermentacji metanowej niepreparowanych osadów nadmiernych, odnotowano wzrost wartości rozpuszczonego chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT), ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz stężenia lotnych kwasów tłuszczowych (LKT).

Słowa kluczowe

EN

excess sludge; methane fermentation; disintegration; dry ice; volatile fatty acids; VFAs; soluble chemical oxygen demand; SCOD; total organic carbon; TOC

PL

osady nadmierne; fermentacja metanowa; dezintegracja; suchy lód; lotne kwasy tłuszczowe; LKT; zapotrzebowanie chemiczne na tlen; ChZT; ogólny węgiel organiczny; OWO

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Tom 20, cz. 1
• Strony: 558--573
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Zawieja I.

• Czestochowa University of Technology

Bibliografia

• 1. Chen, Y., Jiang, J., Zhao, Q. (2014). Freezing/thawing effect on sewage sludge degradation and electricity generation in microbial fuel cell. Water Science Technology, 70, 444-449.
• 2. Dry ice, http://www.prokontech.pl/suchy_lod.html
• 3. El – Kest, S. E., Marth, E. H. (1992). Freezing of Listeria monocytogenes and other microorganisms: a review. Journal of Food Protection, 55, 639-648.
• 4. Elliott, A., Mahmood, T. (2007). Pretreatment technologies for advancing anaerobic digestion of pulp and paper biotreatment residues. Water Res., 41(9), 4273-4286.
• 5. Gao, W. (2011). Freezing as a combined wastewater sludge pretreatment and conditioning method. Desalination, 268, 170-173.
• 6. Grübel, K., Chrobak, E., Rusin, A., Machnicka, A. (2013). Eliminacja Clostridium perfringens podczas kondycjonowania osadu czynnego nadmiernego. Inżynieria Ekologiczna, 32, 40-47.
• 7. Hu, K., Jun-Qiu, J., Qing-Liang, Z., Duu-Jong, L., Kun, W., Wei, Q. (2011). Conditioning of wastewater sludge using freezing and thawing: Role of curing. Water Res., 45(18), 5969-5976.
• 8. Janiga, M., Michniewicz, M. (2013). Application of hydrogen peroxide in treatment of technological water and effluents from paper production. Environment Protection, 69, 43-49.
• 9. Kanh, Y. W., Cho, M. J., Hwang, K. Y. (1999). Correction of hydrogen peroxide interference on standard chemical oxygen demand test. Wat. Res. 33(5), 1247-1251.
• 10. Kim, J., Park, C., Kim, T. H., Lee, M., Kim, S., Kim, S. W., Lee, J. (2003). Effects of various pretreatments for enhanced anaerobic digestion with waste activated sludge. J Biosci Bioeng, 95, 271-275.
• 11. Leygonie, C., Britz, T. J., Hoffman, L. C. (2012). Impact of freezing and thawing on the quality of meat: Review. Meat Science, 91, 93-98.
• 12. Nowicka, E., Machnicka, A. (2013). Hygienisation surplus acivated sludge by dry ice. Proceedings of ECOpole, 7(2), 673-678.
• 13. Nowicka, E., Machnicka, A., Grübel, K. (2014). Improving of anaerobic digestion by dry ice disintegration of surplus activated sludge. Proceedings of ECOpole, 8(1), 239-247.
• 14. Polish Standards (PN-73/C-04576/02) Publishing Standards, Warsaw.
• 15. Polish Standards (PN-73/C-04576/10) Publishing Standards, Warsaw.
• 16. Polish Standards (PN-75/C-04616/04), Publishing Standards, Warsaw.
• 17. Polish Standards (PN-9/C-04540/05), Publishing Standards, Warszawa.
• 18. Polish Standards (PN-91 C-04540/05) Publishing Standards, Warsaw.
• 19. Polish Standards (PN-EN ISO 7027) Publishing Standards, Warsaw.
• 20. Polish Standards (PN-EN-12879), Publishing Standards, Warsaw.
• 21. Stier, E., Fischer, M. (1998). Podręczny poradnik eksploatacji oczyszczalni ścieków. Gliwice: Wydawnictwo Seidel-Przywecki.
• 22. Strange, R. E., Dark, F. A. (1962). Effect of chilling on Aerobacter aerogenes in aqueous suspension. J. Gen. Microbiol., 29, 719-730.
• 23. Thammavongsa, B., Poncetb, J. M., Desmasuresa, N., Guéguena, M., Panoff, J. M. (2004). Resin straw as an alternative system to securely store frozen microorganisms. J Microbiol Methods, 57, 181-186.
• 24. Tiehm, A., Nickel, K., Zellhorn, M., Neis, U. (2001). Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization. Water Res., 35(8), 2003-2009.
• 25. Tiehm, A., Nickel, K., Zellhorn, M., Neis, U. (2001). Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization. Water Res., 35(8), 2003-2009.
• 26. Wang, Z., Wang, W., Zhang, X., Zhang, G. (2009). Digestion of thermally hydrolyzed sewage sludge by anaerobic sequencing batch reactor. J Hazard. Mater., 62, 799-803.
• 27. Wolski, P. (2016). Support of the final thickening and dewatering of sludge. Annual Set of Environmental Studies, 18, 730-742.
• 28. Wolski, P., Małkowski, M. (2014). Dewatering of excess sludge submitted anaerobic stabilization assisted conditioning process. Annual Set of Environmental Studies, 16, 93-104.
• 29. Wolski, P., Wolny, L. (2011). Wpływ dezintegracji i fermentacji na podatność osadów ściekowych do odwadniania. Rocznik Ochrona Środowiska, 13(2), 1697-1706.
• 30. Zawieja, I., Barański, M., Małkowski, M. (2010). Pozyskiwanie biogazu w procesie stabilizacji beztlenowej termicznie modyfikowanych osadów ściekowych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 13(3), 185-196.
• 31. Zawieja, I., Wolski, P. (2012). Effect of thermal disintegration of excess sludge on the effectiveness of hydrolysis process in anaerobic stabilization. Archives of Environmental Protection, 38(1), 103-114.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).