Stabilization of animal by-products in anaerobic conditions coupled with digestate membrane post-treatment

• Autorzy: Bohdziewicz J. , Kuglarz M. , Świerczyńska A.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to establish the most appropriate technological parameters for anaerobic digestion of non-straw-bedded pigmanure. The influence of anaerobic digestion on the susceptibility of digestedmanure to separation into liquid and solid phase was also taken into consideration. It was established that anaerobic digestion of the manure in conditions of high ammonia concentration (5790÷5940 mg NH4+/dm3) turned out to be the most effective for the HRT value of 30 days, which corresponds to the OLR at the level of 1.57 kg VS/(m3d). In this condition, the highest biogas production (0.86m3/m3d) as well as the most appropriate indices of organic matter reduction (VS: 45%; COD: 57%) were achieved. Since the digestion effluent exhibited a high content of biogenic and organic substances, the digested manure after centrifuging was treated with membrane processes combined with nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) – in separate runs. Application of reverse osmosis ensured a high removal of pollutants. However, the permeate exhibited too high concentration of ammonia-nitrogen, which made it impossible to release into natural water reservoir without infringing the law. It was suggested thatmanure leachates should be pre-treated in a process geared towards the removal of ammonia. The precipitation of ammoniummagnesiumphosphate (NH4MgPO46H2O), known as struvite, seems to be an interesting solution to the problem, as it enables to a concurrent binding of both nitrogen and phosphorus. The other process used, i.e. nonofiltration (NF) turned out to be ineffective as regards the degrees of contaminants removal.

PL

Celem prezentowanych badań było ustalenie najkorzystniejszych parametrów technologicznych fermentacji metanowej gnojowicy świńskiej pochodzącej z hodowli trzody chlewnej. Dodatkowo określono wpływ fermentacji beztlenowej na podatność materiału przefermentowanego na frakcjonowanie na frakcję stałą i płynną. Za najkorzystniejszy hydrauliczny czas zatrzymania przedmiotowej gnojowicy w bioreaktorze uznano wartość 30 dni, która odpowiadała obciążeniu komory bioreaktora ładunkiems.m.o. na poziomie 1.57 kg /(m3d). Dla tych warunków prowadzenia procesu odnotowano najwyższą dobową produkcję biogazu (0.86m3/m3d) oraz najwyższe stopnie biokonwersji materii organicznej (s.m.o.: 45%; ChZT: 57%). Wzwiązku z tym, że wody odciekowe po procesie frakcjonowania gnojowicy przefermentowanej charakteryzowały się znacznym obciążeniem biogenami oraz związkami organicznymi, podjęto próby ich membranowego oczyszczania z zastosowaniem procesów nanofiltracji i odwróconej osmozy. Oczyszczanie wód pofermentacyjnych w procesie odwróconej osmozy zapewniło wysoki stopień usunięcia ładunku zanieczyszczeń. Oczyszczone wody pofermentacyjne charakteryzowały się jednak zbyt wysokim stężeniem azotu amonowego, co ostatecznie uniemożliwiło ich bezpośrednie odprowadzenie do odbiornika naturalnego.Wobec powyższego zasugerowano wstępne podczyszczanie wód odciekowych przed procesem odwróconej osmozy mające na celu obniżenie stężenia azotu amonowego. Interesującym rozwiązaniem umożliwiającym jednoczesne związanie azotu oraz fosforu wydaje się być proces strącania fosforanu amonowo-magnezowego o potocznej nazwie struvit. Oczyszczanie wód pofermentacyjnych z zastosowaniem procesu nanofiltracji okazało się nieefektywne.

Słowa kluczowe

EN

anaerobic digestion; biogas; membrane processes; nanofiltration

PL

fermentacja beztlenowa; biogaz; procesy membranowe; nanofiltracja

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 3, no. 4
• Strony: 101--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Bohdziewicz J.

autor

Kuglarz M.

autor

Świerczyńska A.

• Faculty of Energy and Environmental Engineering, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100, Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Kutera J.; Gospodarka gnojowicą (Manure management), Wyd. AR we Wrocławiu, 1994 (in Polish)
• [2] Ustawa z dnia 10 lipca 2007 roku o nawozach i nawożeniu (Act of 30 July 2007 on fertilizers and fertilize), Dz.U. Nr. 147, poz. 1033 (in Polish)
• [3] Załącznik do rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 14 kwietnia 2004: Wymagania prowadzania działalności rolniczej z zasadami zwykłej dobrej praktyki rolniczej (Attachment to a regulation of the Council of Ministers of 14 April 2004: Farming activities requirements with principle of good farming practice), Dz.U. Nr. 73, poz. 657 (in Polish)
• [4] Pawełczyk A., Auraviev D.; Zintegrowana technologia oczyszczania ciekłych odpadów z hodowli trzody chlewnej (The integrated treatment for purification of liquid pig wastes). Przemysł Chemiczny, Vol.82, No.8-9, 2003; p.2-4 (in Polish)
• [5] Szymańska E.; Wpływ chowu trzody chlewnej na środowisko (The influence of pig farming on the environment). Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, 540, 2006; p.531-536 (in Polish)
• [6] Mroczek J.R., Kostecka J.; Zagrożenia zrównoważonego rozwoju środowiska obszarów wiejskich spowodowane intensyfikacją produkcji zwierzęcej (Risks of the sustainable development of the rural areas caused by intensification of the Animal Production). Zeszyty Naukowe, Polskie Towarzystwo Gleboznawcze, Vol.10, 2008; p.93-100 (in Polish)
• [7] Macias-Corral M., Samani Z., Hanson A., Smith G., Funk P., Yu H., Longworth J.; Anaerobic digestion of municipal solid waste and agricultural waste and the effect of co-digestion with dairy cow manure. Bioresource Technology, Vol.99, 2008; p.8288-8293
• [8] Romaniuk W.; Ekologiczne systemy gospodarki obornikiem i gnojowicą (Ecological management of the stable and liquid manure). Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa, Warszawa, 2004 (in Polish)
• [9] Muller H.B., Lund I., Sommer S.G.; Solid-Liquid separation of livestock slurry: efficiency and cost. Bioresource Technology, Vol.74, 2000; p.223-229
• [10] Yetilmezsoy K., Sapci-Zengin Z.; Recovery of ammonium nitrogen from the effluent of UASB treating poultry manure wastewater by MAP precipitation as a slow release fertilizer, Journal of Hazardous Materials, Vol.166, 2009; p.260-269
• [11] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 28 stycznia 2009 roku, w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi (Regulation of the Minister of the Environment of 28 January 2009 of requirements for drain off waste to the surface water and ground ) Dz.U. Nr 137, poz. 984 (in Polish)
• [12] Eaton A.D., Clesceril S., Greenberg A.E.; Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. American Public Health Association, Washington, 1995
• [13] Sawyer C.N., McCarty P.L., Parkin G.F.; Chemistry for environmental engineering and science. McGraw- Hill, New York, 2003
• [14] HermanowiczW.,Dojlido J.,DożańskaW., Koziorowski E., Zerbe J.; Fizykochemiczne badanie wody i ścieków (Physical and chemical analyses of water and wastewater), Arkady, Warszawa 1999 (in Polish)
• [15] Jędrczak A.; Biologiczne przetwarzanie odpadów (Biological wastes treatment), PWN, Warszawa 2007 (in Polish)
• [16] Buraczewski G.; Fermentacja metanowa (Principles of anaerobic digestion), PWN, Warszawa 1989 (In Polish)
• [17] Podedworna J., Umiejewska K.; Technologia osadów ściekowych (Sewage sludge technology), WPW, Warszawa, 2008 (in Polish)
• [18] Dymaczewski Z., Lozański M.; Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków (Wastewater Treatment plant operator’s guidebook). PZITS, Poznań, 1995 (In Polish)
• [19] Miksch K.; Biotechnologia ścieków (Wastewater Biotechnology). Wydawnictwo PŚ, Gliwice 2000 (In Polish)
• [20] Boe K.; Online monitoring and control of the biogas process, Technical University of Denmark, Ph.D. Thesis, 2006
• [21] Callaghan F.J., Waste D.A.J., Thayanithy K., Forster C.F.; Continuous co-digestion of cattle slurry with fruit and vegetable wastes and chicken manure. Biomass and Bioenergy, Vol.22, No.1, 2002; p.71-77
• [22] Magrel L.; Prognozowanie procesu fermentacji metanowej mieszaniny osadów ściekowych oraz gnojowicy (Forcasting the Performance of Sewage Sludge and Manure Co-digestion), Wydawnictwo PB, Białystok, 2004 (in Polish)
• [23] Kwarciak A.; Proces oczyszczania odcieków ze składowisk komunalnych w beztlenowym bioreaktorze membranowym wspomoganym polem ultradźwiękowym (The Treatment of Municipal Leachate in Memebrane Anaerobic Bioreactor coupled with Ultrasonic Field), PhD Thesis, Częstochowa, 2007 (in Polish)