Improving of anaerobic digestion by dry ice disintegration of activated sludge

• Autorzy: Nowicka E. , Machnicka A. , Grübel K.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2014.21(2)17

Warianty tytułu

PL

Dezintegracja osadu czynnego suchym lodem w celu intensyfikacji fermentacji metanowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Disintegration by dry ice has a positive effect on the degree and rate of surplus activated sludge anaerobic digestion. By applying thermal disintegration the lysis of cells occurs in minutes instead of days. The intracellular and extracellular components are set free and are immediately available for biological degradation which leads to an improvement of the subsequent anaerobic process. Thermal disintegration by dry ice of the surplus activated sludge results in organic matter and a polymer transfer from the solid phase to the liquid. During the disintegration process, soluble chemical oxygen demand (SCOD) value and proteins concentration increase about 583 mg/dm3 and 265 mg/dm3, respectively. At the same time the concentration of carbohydrates increase about 53 mg/dm3. In addition the degree of thermal disintegration changed from 13 % for the volume ratio of dry ice to surplus activated sludge 0.25:1 to 49 % for the volume ratio of dry ice to sludge 1:1. The addition of thermal disintegrated sludge (30 %SASDI of volume) to the digestion process leads to increased biogas production about 49 %.

PL

Jednym z podstawowych problemów występujących w układach przeróbki osadów ściekowych jest zwiększenie dostępności i podatności substancji organicznych na biodegradację, co można osiągnąć poprzez dezintegrację osadu. W pracy wykorzystano dezintegrację osadu nadmiernego suchym lodem oraz określono jej wpływ na uwalnianie materii organicznej i na efektywność fermentacji metanowej wyrażonej produkcją biogazu. Zamrażanie/rozmrażanie osadu suchym lodem powodowało wzrost wartości uwolnionego (UChZTCr) o 520 mg O2/dm3, a stopień dezintegracji (SD) wyniósł 49 %. W wyniku destrukcji osadu przy pomocy suchego lodu do cieczy nadosadowej zostały również uwolnione proteiny oraz węglowodany, co świadczyło o skuteczności procesu. Stężenia tych parametrów wyniosły odpowiednio 265 mg/dm3 i 53 mg/dm3. Poddanie fermentacji mieszanki: osadu zdezintegrowanego w objętości 30 %, osadu niezdezintegrowanego w objętości 40 % i 30 % osadu przefermentowanego, spowodowało wzrost wydajności produkcji biogazu o 49 %.

Słowa kluczowe

EN

dry ice; soluble chemical oxygen demand; proteins; carbohydrates; anaerobic digestion; biogas

PL

suchy lód; ChZTCr; proteiny; węglowodany; fermentacja metanowa; biogaz

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 21, nr 2
• Strony: 211--219
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., wykr.

Twórcy

autor

Nowicka E.

• Department of Environmental Microbiology and Envirenmental Biotechnology, Institute of Environmental Protection and Engineering, University of Bielsko-Biala, 43–309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, Poland, phone: [phone].

autor

Machnicka A.

• Department of Environmental Microbiology and Envirenmental Biotechnology, Institute of Environmental Protection and Engineering, University of Bielsko-Biala, 43–309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, Poland, phone: [phone].

autor

Grübel K.

• Department of Environmental Microbiology and Envirenmental Biotechnology, Institute of Environmental Protection and Engineering, University of Bielsko-Biala, 43–309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, Poland, phone: [phone].

Bibliografia

• [1] Wett B, Phothilangka P, Eladawy A. Waste Management. 2010;30:1057-1062. DOI: 10.1016/j.wasman.2009.12.011.
• [2] Barjenbruch M, Kopplow O. Adv Environ Research. 2003;7:715-720. DOI: 10.1016/S1093-0191(02)00032-1.
• [3] Young-Khee O, Ki-Ryong L, Kwang-Baik K, Ick-Tae Y. Water Research. 2007;41:2665-2671. DOI: 10.1016/j.watres.2007.02.028.
• [4] Tiehm A, Nickel K, Zellhorn M, Neis U. Water Research. 2001; 35:2003-2009. DOI: 10.1016/S0043-1354(00)00468-1.
• [5] Panyue Z, Guangming Z, Wei W. Bioresource Technol. 2007;98:207-210. DOI: 10.1016/j.biortech.2005.12.002.
• [6] Dong-Hoon K, Emma J, Sae-Eun O, Hang-Sik S. Water Research. 2010;44:3093-3100. DOI: 10.1016/j.watres.2010.02.032.
• [7] Guangming Z, Jing Y, Huanzhi L, Jie Z. Bioresource Technol. 2009;100:1505-1509. DOI: 10.1016/j.biortech.2008.08.041.
• [8] Tak-Hyun K, Sang-Ryul L, Youn-Ku N, Jeongmok Y, Chulhwan P, Myunjoo L. Desalination. 2009;246:275-284. DOI: 10.1016/j.desal.2008.06.023.
• [9] Barjenbruch M, Kopplow O. Adv Environ Research. 2003;7:715-720. DOI: 10.1016/S1093-0191(02)00032-1.
• [10] Guang-Hui Y, Pin-Jing H, Li-Ming S, Yi-Shu Z. Water Research. 2008;42:1925-1934. DOI: 10.1016/j.watres.2007.11.022.
• [11] Azize A, Ayse F, Diclehan S, Ersan K. J Environ Sci Health, Part A: Toxic/Hazardous Subst Environ Eng. 2008;43:1528-1535. DOI: 10.1080/10934520802293685.
• [12] Stabnikova O, Liu XY, Wang, JY. Elsevier Science. 2008;28:1654-1659. DOI: 10.1016/j.wasman.2007.05.021.
• [13] Saktaywin W, Tsuno H, Nagare H, Soyama T, Weerapakkaroon J. Water Research. 2005;39:902-910. DOI: 10.1016/j.watres.2004.11.035.
• [14] Montusiewicz A, Lebiocka M, Rożej A, Zacharska E, Pawłowski L. Bioresource Technol. 2010;101:3466-3473. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.12.125.
• [15] Jean DS, Lee DJ, Chang CY. Direct sludge freezing using dry ice. Adv Environ Research. 2001;5:145-50.
• [16] Vesilind PA, Martel CJ. J Environ Eng. 1990;116:854–862. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(1990)116:5(854).
• [17] Örmeci B, Vesilind AP. Water Research. 2001;35:4299-4306. DOI: 10.1016/S0043-1354(01)00174-9.
• [18] Jean DS, Chu CP, Lee DJ. Water Research. 2000;34:1577-1583. DOI: 10.1016/S0043-1354(99)00303-6.
• [19] Wang Q, Fujisaki K, Ohsumi Y, Ogawa IH. J Environ Sci Health, Part A: Toxic/Hazardous Subst Environ Eng. 2001;36:1361-1371. DOI: 10.1081/ESE-100104884.
• [20] Jean DS, Chu CP, Lee DJ. Separation Sci Technol. 2001;36:2733-2746. DOI: 10.1081/SS-100107222.
• [21] Hu K, Jun-Qiu J, Qing-Liang Z, Duu-Jong L, Kun W, Wei Q. Water Res. 2011;45:5969-5976. DOI: 10.1016/j.watres.2011.08.064.
• [22] Grübel K, Chrobak E, Rusin A, Machnicka A. Eliminacja Clostridium perfringens podczas kondycjonowania osadu czynnego nadmiernego. Inż Ekol. 2013;32:40-47.
• [23] Nowicka E, Machnicka A. Ocena skuteczności osadu nadmiernego suchym lodem. Współczesne problemy ochrony środowiska. Gliwice: Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska; 2013.
• [24] Jeyasekaran G, Ganesan P, Anandaraj R, Jeya Shakila R, Sukumar D. Food Microbiol. 2006;23:526-533. DOI: 10.1016/j.fm.2005.09.009.
• [25] Franceschini O. Dewatering of sludge by freezing. University of Technology. Luleå;2010.
• [26] Clesceri LS, Greenberg AE, Eaton AD, (eds.). STANDARD METHODS. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (20th edn.). Washington: American Public Health Association; 1999.
• [27] Tchobanoglous G, Burton FL, Stensel HD. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, (4th edition) Metcalf & Eddy, Inc. 2002.
• [28] Kunz P, Wagner S. Results and outlooks of investigations of sewage sludge disintegration – Ergebnisse und Perspektive aus Untersuchungen zur Klärschlammdesintegration. Heft 1: AWT Abwassertechnik; 1994.
• [29] Müller J. Mechanical disintegration of sewage sludge – Mechanischer Klärschlammaufschluß-, Schriftenereihe “Berichte aus der Verfahrenstechnik” der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Universität Braunschweig. Aaachen: Shaker Verlag; 1996.
• [30] Müller J. Disintegration as key-stop in sewage sludge treatment. Water Sci Technol. 2000;41:123-139.
• [31] Bollag DH, Edelstein SJ. Protein Methods. New York: Wiley&Liss; 1992.
• [32] Libudzisz Z, Kowal K, Żakowska Z. Mikroorganizmy i środowiska ich występowania. Tom 1. Warszawa: Wyd Nauk PWN; 2007.