Wykorzystanie podczerwieni do potwierdzenia skuteczności dezintegracji kawitacyjnej osadu czynnego nadmiernego

• Autorzy: Grübel K , Machnicka A. , Biniaś W.

Warianty tytułu

EN

Using infrared to confirm surplus activated sludge disintegration efficiency

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kawitacja hydrodynamiczna powoduje silną destrukcję osadów ściekowych i rozrywania mikroorganizmów. Efektem tego jest wzrost stężenia wolnej materii organicznej w cieczy nadosadowej. Skuteczność dezintegracji kłaczków osadu czynnego nadmiernego scharakteryzowano za pomocą wskaźników chemicznych, takich jak ChZT, fosforany, azot amonowy i proteiny. Dodatkowo, celem pozyskania miary ilościowej dla oceny procesu wprowadzono wskaźnik w postaci stopnia dezintegracji DDM. Po 30 minutach prowadzonej dezintegracji, wartość ChZT wzrosła w cieczy nadosadowej średnio o ok. 300 mg 02/dm3, podczas gdy stopień dezintegracji obliczony wg metody Müllera osiągnął 26%. Skuteczność dezintegracji potwierdzono również wzrostem stężenia fosforanów (V) (z 4 do 32 mg P043"/dm3), azotu amonowego (z 2 do 7 mg N-NH4+/dm3) i protein (z 5 do 70 mg/dm3). Potwierdzeniem skuteczności dezintegracji osadu nadmiernego było wykonanie analizy cieczy osadowej w podczerwieni. Zmiany absorbancji przy określonych długościach fal świadczą o uwalnianiu m.in. amin, aminokwasów, grup amidowych (protein), fosforanów, soli amonowych kwasu karboksylowego itp. się w czasie dezintegracji. Ujawnianie się w cieczy nadosadowej tych grup chemicznych świadczy o destrukcyjnym działaniu kawitacji hydrodynamicznej na mikroorganizmy osadu czynnego nadmiernego i skutecznej destrukcji komórek.

EN

Hydrodynamic cavitation causes strong destruction of activated sludge and disruption of the microorganisms. This results an increase of release organic matter in the liquid phase. The efficiency of sewage sludge cells microorganisms disintegration were characterized using biochemical parameters such as COD, phosphate, ammonium nitrogen and proteins. The investigated process was additionally assessed using the coefficient DDM (Degree of Disintegration). It has been demonstrated that after 30-minute disintegration the COD value increased about 300 mg 02/dm3 (average), while the degree of disintegration as calculated by the method of Müller reached 26%. The efficiency of sewage sludge disintegration was confirmed an increase concentration of phosphate (V) (from 4 to 32 mg P043"/dm3), ammonium nitrogen (from 2 to 7 mg N-NH4+/dm3) and proteins (from 5 to 70 mg/dm3). Confirmation of the effectiveness of surplus activated sludge disintegration was a study in the infrared spectrum. Changes in absorbance at specified wavelengths indicate the release of amines, amino acids, amide groups (proteins), phosphate, ammonium salts of carboxylic acid, etc. during disintegration time. The disclosure these groups in the liquid phase demonstrate the positive destructive effects of hydrodynamic cavitation on surplus activated sludge microorganisms and efficient cells destruction.

Słowa kluczowe

PL

osad czynny nadmierny; dezintegracja; kawitacja hydrodynamiczna; stopień dezintegracji; widma podczerwieni

EN

surplus activated sludge, disintegration; hydrodynamic cavitation; degree of disintegration; infrared spectrum

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 8
• Strony: 337--340
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Grübel K

• Wydział Nauk o Materiałach i Środowisku, Instytut Ochrony i Inżynierii Środowiska

autor

Machnicka A.

• Wydział Nauk o Materiałach i Środowisku, Instytut Ochrony i Inżynierii Środowiska

autor

Biniaś W.

• Wydział Nauk o Materiałach i Środowisku, Instytutu Inżynierii Tekstyliów i Materiałów Polimerowych

Bibliografia

• [1] Bougrier C., Albasi C., Delgenes J.P., Carrere H.: Effect of ultrasonic, thermal and ozone pretreatments on waste activated sludge solubilisation and anaerobic biodegradability. Chemical Engineering and Processing 2006, Vol. 45, pp. 711-718.
• [2] Huan L„ Yiying J., Mahar R.B., Zhiyu W., Yongfeng N.: Effects of ultrasonic disintegration on sludge microbial activity and dewaterability. Journal of Hazardous Materials 2009, Vol. 161, pp. 1421-1426.
• [3] Hirooka K., Asano R., Yokoyama Α., Okazaki M., Sakamoto Α., Nakai Y.: Reduction in excess sludge production in a dairy wastewater treatment plant via nozzle cavitation treatment: Case study of an on-farm wastewater treatment plant. Bioresource Technology 2009, Vol. 100, pp. 3161-3166.
• [4] Kopp J., Müller J., Dichtl N., Schwedes J.: Anaerobic digestion and de-watering characteristics of mechanically excess sludge. Water Science and Technology 1997, Vol. 36, pp. 129-136.
• [5] Kim T., Lee S., Nam Y., Yang J., Park C., Lee M.: Disintegration of excess activated sludge by hydrogen peroxide oxidation. Desalination 2009, Vol. 246, pp. 275-284.
• [6] Kim D., Jeong E., Oh S., Shin H.: Combined (alkalineultrasonic) pretreatment effect on sewage sludge disintegration. Water Research 2010, Vol. 44, pp. 3093-3100.
• [7] Dogan I., Dilek Sanin F.: Alkaline solubilization and microwave irradiation as a combined sludge disintegration and minimization method. Water Research 2009, Vol. 43, pp. 2139-2148.
• [8] Chu L., Yan S., Xing X., Sun X., Jurcik В.: Progress and perspectives of sludge ozonation as a powerful pretreatment method for minimization of excess sludge production. Water Research 2009, Vol. 43, pp. 1811-1822.
• [9] Salsabil M.R., Laurent J., Casellas M., Dagot C.: Technoeconomic evaluation of thermal treatment, ozonation and sonication for the reduction of wastewater biomass volume before aerobic or anaerobic digestion. Journal of Hazardous Materials 2010, Vol. 174, pp. 323-333.
• [10] Wilson C.A., Novak J.T.: Hydrolysis of macromolecular components of primary and secondary wastewater sludge by thermal hydrolytic pretreatment. Water Research 2009, Vol. 43, pp. 4489-4498.
• [11] Polska Norma PN-86/H-04426.
• [12] Müller J.: Disintegration as a key-step in sewage sludge treatment. Water Science and Technology 2000, Vol. 41, pp. 123-130.
• [13] Müller J.: Pretreatment processes for the recycling and reuse of sewage sludge. Water Science and Technology 2000, Vol. 42, pp. 167-174.
• [14] Gräbel К., Machnicka Α., Suschka J.: The effects of sewage sludge disintegration by hydrodynamic cavitation on organic and inorganic matter release. Environmental Engineering III, pp. 279-284, CRC Press, Boca Raton, New York 2010.
• [15] Schroeder G. [red.]: Syntetyczne receptory molekularne. Strategie syntezy. Metody badawcze, pp. 281-322, Betagraf P.U.H., Poznań, 2007.
• [16] Zieliński W., RajcaA. [red.]: Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych. WNT, Warszawa, 2000.
• [17] Polska Norma PN-ISO 6060:2006.
• [18] Polska Norma PN-EN ISO 6878:2006.
• [19] Eaton A. D., Clesceri L. S., Greenberg A. E. [red.]: Standard methods for the examination of water and wastewater, 19th ed. American Public Health Association, Washington, 1995.
• [20] Gerhardt P.,. Murray R. G. E, Wood W. Α., Krieg N. R.: Methods for General and Molecular Bacteriology. ASM, Wahington DC, 2005.
• [21] Mirota K., Gräbel К., Machnicka Α.: Badania i ocena możliwości stosowania zwężki kawitacyjnej do intensyfikacji procesu fermentacji osadów ściekowych. Ochrona Środowiska 2011, Vol. 33, pp. 47-52.
• [22] Socrates G.: Infrared and Raman characteristic group frequencies. Tables and charts. 3rd Edition, John Wiley & Sons LTD, 2001.