Efektywność generowania lotnych kwasów tłuszczowych podczas mezofilowej i termofilowej fermentacji metanowej osadów nadmiernych

• Autorzy: Zawieja I. , Wolny L. , Próba M.

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/63267

Warianty tytułu

EN

Efficiency of generating volatile fatty acids during mesophilic and thermophilic anaerobic digestion of excess sludge

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aktywność mikroorganizmów warunkujących szybkość przemian zachodzących podczas procesu fermentacji metanowej zależy od warunków środowiskowych procesu. Czynnikiem intensyfikującym przebieg fermentacji metanowej jest wzrost temperatury procesu. Prowadzenie procesu fermentacji metanowej w warunkach termofilowych wpływa na szybkości reakcji zachodzących podczas fazy hydrolizy, przyczyniając się do zwiększenia stężenia lotnych kwasów tłuszczowych generowanych z osadów, a w efekcie zwiększenia produkcji biogazu. Należy jednak podkreślić, iż bakterie termofilne wykazują dużą wrażliwość na zmiany temperatury już rzędu ± 0,5°C/d, przy optimum ich wzrostu w zakresie 52–55°C. W związku z tym, aby proces przebiegał optymalnie, bez zakłóceń, konieczne jest zapewnienie stabilnych warunków środowiskowych prowadzących do maksymalnej redukcji substancji organicznych. Podstawowym substratem badań, charakteryzującym się wysoką zawartością związków organicznych i związków azotowych, były osady nadmierne. W celu określenia wpływu fermentacji termofilowej na generowanie lotnych kwasów tłuszczowych osady ściekowe poddano 8-dobowej stabilizacji beztlenowej. Wykonano następujące oznaczenia fizyczno-chemiczne: sucha masa, pH, zasadowość, lotne kwasy tłuszczowe, chemiczne zapotrzebowanie na tlen. W kolejnych dobach procesu, w odniesieniu do fermentacji prowadzonej w warunkach mezofilowych, odnotowano wzrost generowania lotnych kwasów tłuszczowych oraz korelujący z nim wzrost wartości chemicznego zapotrzebowania na tlen. W 8 dobie procesu prowadzonego w warunkach termofilowych stężenie lotnych kwasów tłuszczowych wynosiło 1749 mgCH³COOH/dm³, natomiast wartość chemicznego zapotrzebowania na tlen 3279 mgO₂/dm³, przy zasadowości rzędu 3800 mgCaCO₃/dm³.

EN

Microbial activity determining the speed of the changes occurring during the process of anaerobic digestion depends on the environmental conditions of the process. The factor intensifying the process of methane fermentation is an increase of temperature. The conducting of the methane fermentation in thermophilic conditions affect the rate of the reactions taking place during the phase of hydrolysis, thus contributing to increase the concentration of volatile fatty acids generated from the sludge, resulting in increasing the production of biogas. It should be noted, however, that thermophilic bacteria have a high sensitivity to temperature changes already the order of ± 0.5 °C/d at their optimum growth in the range of 52–55 °C. Therefore, for the process would run optimally smoothly unnecessary to ensure stable environmental conditions leading to maximum reduction of organic substances. The basic test substrate, characterized by a high content of organic and nitrogen compounds, is excess sludge. To determine the effect of generating the volatile fatty acids during the thermophilic fermentation the sludge was submitted 8-daily anaerobic stabilization. The following designations of physico-chemical characteristics were made: dry matter, pH, alkalinity, volatile fatty acids, the chemical oxygen demand. In the following days of the process operation with regard to fermentation carried out under mesophilic conditions the increase of volatile fatty acids generation was observed, which also correlated with the increase of the chemical oxygen demand. In the 8th day of thermophilic conditions the concentration of volatile fatty acids was 1749 mgCH³COOH/dm³, while the chemical oxygen demand 3279 mgO₂/ dm³ and the alkalinity row of 3800 mgCaCO³/dm³.

Słowa kluczowe

PL

osady nadmierne; termofilowa fermentacja metanowa; termiczna dezintegracja; lotne kwasy tłuszczowe; zapotrzebowanie chemiczne na tlen

EN

excess sludge; thermophilic anaerobic digestion; thermal disintegration; volatile fatty acids; chemical oxygen demand

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 48
• Strony: 226--232
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Zawieja I.

• Instytut Inżynierii Środowiska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

autor

Wolny L.

• Instytut Inżynierii Środowiska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

autor

Próba M.

• Instytut Inżynierii Środowiska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• 1. Barański M., Zawieja I., Wpływ termicznej hydrolizy na zmiany struktury osadów nadmiernych poddanych stabilizacji beztlenowej, Inżynieria i Ochrona Środowiska, 13(2), 2010, 85–91.
• 2. Bień J.B., Osady ściekowe – teoria i praktyka, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2011.
• 3. Bień J., Neczaj E., Worwąg M., Wystalska K., Efektywność fermentacji metanowej osadów, Wodociągi-Kanalizacja, 2(84), 2011, 22–24.
• 4. Dąbrowska L., Specjacja metali ciężkich w osadach ściekowych stabilizowanych procesem fermentacji termofilowo-mezofilowej, Inżynieria i Ochrona Środowiska, 12(4), 2009, 271–280.
• 5. Dąbrowska L., Wpływ termofilowej i mezofilowej fermentacji metanowej na skład frakcyjny metali ciężkich w osadach ściekowych, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2012.
• 6. Grübel K., Kuglarz M., Mrowiec B., Suschka J., Zastosowanie wstępnej hybrydowej hydrolizy osadu czynnego dla zwiększenia efektywności dwustopniowej fermentacji metanowej, Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17(2), 2014, 255–268.
• 7. Pervin H.M., Dennis P.G., Lim H.J., Tyson G.W., Batstone D.J., Bond P.L., Drivers of microbial community composition in mesophilic and thermophilic temperature-phased anaerobic digestion pre-treatment reactors, Water Research, 47, 2013, 7098–7108.
• 8. Heidrich Z., Nieścier A.: Stabilizacja beztlenowa osadów ściekowych, Seria: Wodociągi i Kanalizacja, 4, Wyd. PZITS, Warszawa 1999.
• 9. International Measurements Standards ISO 7027.
• 10. Kunicki-Goldfinger W.J.H., Życie bakterii. PWN, Warszawa 2005.
• 11. Małkowski M., Wolski P., Wolny L., Dewaterability of Thermal Conditioned Sewage Sludge After Anaerobic Stabilization, Civil and Environmental Engineering Reports, 6, 2011, 109–115.
• 12. Myszograj S., Biochemical methane potential as indicator of biodegradability of organic matter in anaerobic digestion process, Annual Set the Environment Protection, 13(1), 2011, 1245–1260.
• 13. Neyens E. and Baeyens J., A review of thermal sludge pre-treatment processes to improve dewaterability, J. Hazard. Mater., Vol. B98, 2003, 51–67.
• 14. Norma PN-75/C-04616/04, Woda i ścieki. Badania specjalne osadów. Oznaczanie kwasów tłuszczowych lotnych w osadach ściekowych i wodach nadosadowych metodą destylacji z parą wodną.
• 15. Norma PN-91 C-04540/05, Woda i ścieki. Badania pH, kwasowości i zasadowości mineralnej i ogólnej w osadach ściekowych miejskich.
• 16. Norma PN-EN 12879, Woda i ścieki. Badania specjalne osadów. Oznaczanie zawartości wody, suchej masy, substancji organicznych i substancji mineralnych w osadach ściekowych.
• 17. Praca zbiorowa pod redakcją Janosz-Rajczyk M., Badania wybranych procesów oczyszczania ścieków, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2008.
• 18. Hidaka T., Wang F., Togari T., Uchida T., Suzuki Y., Comparative performance of mesophilic and thermophilic anaerobic digestion for high-solid sewage sludge, Bioresource Technology, 149, 2013, 177–183.
• 19. Chan W.N., Holtzapple M.T., Conversion of Municipal Solid Wastes to Carboxylic Acids by Thermophilic Fermentation, Applied Biochemistry and Biotechnology, 111, 2, 2003, 93–112.
• 20. Zawieja I., Wolski P., Wpływ chemiczno-termicznej modyfikacji osadów nadmiernych na generowanie lotnych kwasów tłuszczowych w procesie fermentacji metanowej, Annual Set The Environment Protection, 15(3), 2013, 2054–2070.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.