Beztlenowa stabilizacja osadu nadmiernego zagęszczonego w procesie ultrafiltracji

• Autorzy: Neczaj E. , Bohdziewicz J.

Warianty tytułu

EN

Anaerobic stabilisation of excess sludge thickened with the ultrafiltration process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań nad fermentacją metanową osadu zagęszczonego w procesie ultrafiltracji. Jednocześnie w tych samych warunkach stabilizowano nadmierny osad czynny zagęszczony w klasycznym zagęszczaczu mechanicznym w częstochowskiej oczyszczalni ście-ków. Proces ultrafiltracyjnego zagęszczania prowadzono w przepływie krzyżowym, wykorzystując asymetryczne membrany polisulfonowe. Stwierdzono, że zagęszczanie ultrafiltracyjne ma pozytywny wpływ na beztlenową stabilizację osadu nadmiernego. Stopień przefermentowania tego osadu był o 31% wyższy w porównaniu do stopnia przefermentowania osadu zagęszczonego metodą klasyczną. Jest to spowodowane przez transfer związków organicznych z osadu do fazy wodnej na skutek mechanicznej dezintegracji osadu, spowodowanej warunkami hydromechanicznymi, panującymi w układzie do ultrafiltracyjnego zagęszczania osadu. W trakcie stabilizacji osadu zagęszczonego z wykorzystaniem techniki UF zaobserwowano wcześniejsze wystąpienie fazy metanogennej oraz intensywniejszą produkcję biogazu. Dlatego też zagęszczanie osadu z wykorzystaniem techniki ultrafiltracji wydaje się być obiecującą metodą, pozwalającą na poprawienie efektywności stabilizacji osadu w warunkach beztlenowych.

EN

The paper presents research on anaerobic digestion of excess sludge followed by ultrafiltration process. Anaerobic fermentation is a common process used for stabilization of sewage sludge. The slow degradation rate of waste activated sludge in anaerobic digester is due to the rate limiting step of sludge hydrolysis. This is caused by a low biodegradability of the cell walls and extracellular biopolymers formed in activated sludge. The methods of improvement of the biodegradability of particular substrate are mainly based on improved accessibility of the substrate by microoganisms. In this study the effect of ultrafiltration thickening on sludge degradability with anaerobic digestion was investigated. The fermentation experiments were performed in a laboratory plant consisted of two stirred tank fermenters that were operated in parallel at 35°C. As a control one anaerobic fermenter was operated with the sludge thickened using the classical method in Czestochowa Wastewater Treatment Plant. Ultrafiltration experiment was carried out with cross flow using polysulfone asymmetric membranes. Four membrane modules with effective membrane surface area of 2.5 · 10-² m². A cross flow velocity of 3.5 m/s over the membrane surface ensured the operation in turbulent flow. Separation experiments were carried out on operating pressure of 0.25 MPa to the volume reduction factor of 5. It was found that ultrafiltration thickening has the positive impact on anaerobic stabilisation of the excess sludge. This is caused by the mechanical disintegration of waste sludge consisting of facultative anaerobic microorganisms that are not affected in anaerobic degradation process. The ultrafiltration thickening of waste sludge caused a transfer of organic substances from the sludge solids into the aqueous phase. It was observed the increase of volatile solids degradation as well as the increase in the biogas production. Moreover, in comparison with conventional sludge thickeners it is possible to achieve a settled water (permeate) with lower concentration of pollutants during ultrafiltration thickening process. The results of our experiment suggest that ultrafiltration prethickening seems to be a promising method to enhance fermentation rate.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; beztlenowa stabilizacja; ultrafiltracja; membrany polisulfonowe

EN

sewage sludge; anaerobic stabilization; ultrafiltration; asymmetric membranes

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 6, nr 3/4
• Strony: 313--324
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Neczaj E.

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

autor

Bohdziewicz J.

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

Bibliografia

• [1] Metcalf and Eddy, Inc., Tchobanoglous G., Burton F.L., Stensel H.D., Wastewater engineering. Treatment, disposal, reuse, Mc Graw Hill, New York 1991.
• [2] Łomotowski J., Szpindor A., Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków, Arkady, Warszawa 1999.
• [3] Estman J.A., Ferguson J.F., Stabilization of particulate organic carbon during the acid phase of anaerobic digestion, Journal WPCF 1981, 53, 3, 352-366.
• [4] Müller J., Schwedes J., Mechanischer Klärschlammaufschluß preprints, GVC-Kongres Verfahrenstechnik der Abwasser Schlamm behandlug, Würzburg, Oct. 1996, 3, 99-105.
• [5] Boruszko D., Wierzbicki T.L., Treatment of supernatant waters in the municipial wastewater treatment plant, Mat. Konf. Międzynarod. nt. Wastewater sludge - waste or resource?, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1997.
• [6] Boruszko D., Phisico-chemical quality of supernatants on the wastewater treatment plant, Mat. Konf. PTChem, Poznań 1997.
• [7] Boruszko D., Znaczące parametry chrakterystyczne dla wód osadowych w oczyszczalni ścieków miejskich, Sympozjum Szkoleniowo-Naukowe Szkoła Jakości Wody, Koszalin-Ustronie Morskie 1998.
• [8] Boruszko D., Wierzbicki T., Charakterystyka wód nadosadowych powstających na oczyszczalniach ścieków oraz ich wpływ na pracę oczyszczalni i środowisko, Mat. Konf. nt. Nowe technologie w uzdatnianiu wody, oczyszczaniu ścieków i gospodarki osadowej, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1997.
• [9] Boruszko D., Ocena efektywności oczyszczania wód nadosadowych metodą osadu czynnego, Mat. Konf. Międzynarod. nt. Problemy gospodarki wodno-ściekowej w regionach rolniczo- -przemysłowych, Augustów 1999.
• [10] Mulder M., Basic principles of membrane technology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1991.
• [11] Bodzek M., Bohdziewicz J., Konieczny К., Membrany i procesy membranowe w ochronie środowiska, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
• [12] Scott K., Handbook of industrial membranes, Elsevier Advanced Technology, Oxford 1995.
• [13] Golemme G., Preparation of polymeric membranes, Summer School on Industrial Application of Membrane Processes, Szklarska Poręba 1999.
• [14] Bodzek M., Mechanizm formowania asymetrycznych membran do ultrafiltracji, Wiad. Chem. 1986,40,101-115.
• [15] Hermanowicz W. i in., Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, Warszawa 1999.
• [16] Fukas-Płonka L., Zielewicz-Madej E., Nowe kierunki badań osadów ściekowych i kontroli procesów przeróbki osadów, Konf. Szkoleniowa nt. Przeróbka i zagospodarowanie osadów na małych i średnich oczyszczalniach ścieków, Fundacja Wody, Gdańsk.
• [17] Dohányos M., Zábranská J., Jeníček P., Innovative technology for the improvement of the anaerobic methane fermentation, Wat. Sei. Tech. 1997, 36, 333-340.
• [18] Nah I.W., Kang Y.W., Hwang K.Y., Song W.K., Mechanical pretreatment of waste activated sludge for anaerobic digestion process, Wat. Res. 2000, 34, 2362-2368.
• [19] Hiehm A., Nickel K., Zellhom M., Neis U., Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization, Wat. Res. 2001, 35, 2003-2009.
• [20] Müller J., Lehne G., Schwedes J., Battenberg S., Näveke R., Kopp J., Dichtl N., Scheminski A., Krull R., Hempel D.C., Disintegration of sewage sludges and influence on anaerobic digestion, Wat. Sei. Tech. 1998, 38, 425-433.
• [21] Noble R.D., Stem S.A., Membrane separations technology, principles and applications, Elsevier, New York 1995.
• [22] Fan X-J., Urbain V., Manem J., Ultrafiltration of activated sludge with ceramic membranes in a cross-flow membrane bioreactor process, Wat. Sei. Tech. 2000, 41, 243-250.
• [23] Bodzek M., Dębkowska Z., Litwin E., Biomembrane wastewater treatment by activated sludge method, International Symposium Towards Hybrid Membrane and Biotechnology Solutions for Polish Environmental Problems, Wroclaw 1995.
• [24] Bodzek M., Dębkowska Z., Łobos E., Konieczny K., Biomembrane wastewater treatment by activated sludge method, Desalination 1996, 107, 83-95.