The influence of parameters of ultrasonic disintegration on the intensification of anaerobic biodegradation of organic compounds from sewage sludge

• Autorzy: Zielewicz-Madej E.

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów procesu dezintegracji ultradźwiękowej na intensyfikację beztlenowego rozkładu związków organicznych w osadach ściekowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The ultrasound disintegration of municipal sewage sludge involves the intensification of biodegradation of organic compounds. The studies indicate that the intensification of the first three digestions phases, i.e.: hydrolisis, acidogenesis and acetogenesis (controlled by measuring the change of: COD, VFAs, redox potential and organic substances dissolved in the sludge water), results in increased generation of biogas in the methanogenic phase. The aim of the research was to determine, if and to what degree the technological and technical parameters of ultrasounds, as well as geometrical parameters of sonicated vessel may affect biodegradation of biomass from sludge and biogas generation during the fermentation process of the excess sludge. The disintegration of sludge was carried out in the field at the frequency values of 10, 20 and 30 kHz. The samples of sludge which had various concentration of dry matter was sonificated in the vessels of three diameters as 50, 80 and 100 mm. Also the influence of the different immersion of sonotrode was checked. The investigation showed that the best efficiency of disintegration and fermentation processes was obtained for the disintegration at the frequency 20 kHz for the sludges at about 3% concentration of dry mass. The best value of COD and VFAs was obtained for disintegration in the vessel of diameter 80 mm and immersion 3 cm.

PL

Dezintegracja ultradźwiękowa osadów ściekowych wpływa na intensyfikację biochemicznego beztlenowego rozkładu związków organicznych zawartych w osadach komunalnych. Badania wykazują, iż intensywny rozkład związków organicznych w fazach: hydrolitycznej, acidogennej i octanogennej (monitorowany za pomocą przebiegu zmian takich parametrów, jak ChZT, LKT, REDOX i zawartość substancji organicznej w trakcie fermentacji osadu nadźwiękawianego i nienadźwiękawianego) powoduje także wzrost wydzielania biogazu w fazie metanowej. Celem badań prezentowanych w referacie było określenie, w jakim stopniu parametry technologiczne i techniczne procesu dezintegracji ultradźwiękowej, takie jak stężenie suchej masy w osadzie, częstotliwość i moc ultradźwięku oraz parametry geometryczne obszaru nadźwiękawiania wpływają na efekt rozkładu związków organicznych w pierwszych trzech fazach fermentacji osadu nadźwiękawianego oraz na pozyskiwanie biogazu. Dezintegracja osadów była prowadzona w warunkach statycznych w polu ultradźwiękowym o częstotliwościach 10, 20 lub 30 kHz. Próbki osadów, jednakowej objętości, nadźwiękawiano w stalowych cylindrach o średnicach 50, 80 lub 100 mm. Testowano także wpływ głębokości zanurzenia sonotrody pod zwierciadłem osadu. Badania wykazały, że najlepszą efektywność procesu dezintegracji, jak również procesu fermentacji uzyskano dla osadów o stężeniu suchej masy rzędu 3%, nadźwiękawianych polem o częstotliwości 20 kHz. Dla nadźwiękawiania w cylindrze o średnicy 80 mm i przy zanurzeniu sonotrody odpowiadającym ok. 0,5 wysokości napełnienia uzyskano największy przyrost rozpuszczonego ChZT, któremu towarzyszyło najlepsze pozyskiwanie lotnych kwasów tłuszczowych.

Słowa kluczowe

EN

ultrasonic disintegration; sewage sludge; fermentation

PL

dezintegracja ultradźwiękowa; osady ściekowe; fermentacja

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 6, nr 3/4
• Strony: 455--467
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Zielewicz-Madej E.

• Sileasian Technical University, Institute of Engineering of Water and Wastewater, Konarskiego 18, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Buraczewski G., Bartoszek В., Biogaz - wytwarzanie i wykorzystanie, PWN, Warszawa 1990.
• [2] Sądecką Z., Toksyczność i biodegradacja insektycydów w procesie fermentacji metanowej osadów ściekowych, Redakcja Wydawnictw Naukowo-Technicznych, Zielona Góra 2002.
• [3] Eastman J., Ferguson J., Solubilization of particulate organie carbon during the acid phase of anaerobic digestion, Journal WPCF 1998, 53(3).
• [4] Neis U., Dezintegracja osadu ściekowego w kierunku polepszenia biodegradacji beztlenowej, Kierunki zagospodarowania osadów ściekowych, Przegląd Komunalny - Dodatek Branżowy 2000, 1.
• [5] Tiehm A., Nickel K., Neis U., The use of ultrasound to accelerate the anaerobic digestion of sewage sludge, Mat. Międzynarod. Konf. nt. Osad - odpad czy surowiec, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1997.
• [6] Elbing G., Dunnebeil A., Termischer Zellaufschus mit anschliesender Faulung - Laboruntesucher- genen, Korrespondenz Abwasser 1998, 4(548).
• [7] Fukas-Płonka Ł., Zielewicz-Madej E., Änderung der physikalischen Klarschlammeingen schäften aufgrud der Methangarung., 6 Polish-Deutchen Gemeinchafttstagung, ATV/ PZiTS, Goerlitz 1999.
• [8] Fukas-Płonka Ł., Zielewicz-Madej E., Stabilizacja osadów nadmiernych w procesie fermentacji metanowej, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2000, 3(1).
• [9] Ying-Chin Chin, Cheng-Nau Chang, Shwu-Juan Huang, Enchanced Recovery of Volatile Acids from Anaerobic Waste Activated Sludge Digestion, Mat. Konf. Wastewater Sludge - Waste or Resouce, part 1, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1997.
• [10] Śliwiński A., Ultradźwięki i ich zastosowanie, WNT, Warszawa 1993.
• [11] Kowalska E., Bień J., Zielewicz-Madej E., Ultrasound in the Suspension Separation Method, Dryling Technology 1988, 6.
• [12] Zielewicz-Madej E., Ultradźwięki w odwadnianiu osadów ściekowych, Akustyka Molekularna i Kwantowa 1993, 14, 257-269.
• [13] Zielewicz-Madej E., Application of ultrasonic field for the intensification of biochemical degradation of organic compounds, Molecular and Quantum Acoustics 2000, 21.
• [14] Zielewicz-Madej E., Fukas-Plonka Ł., Wpływ dezintegracji ultradźwiękowej osadu na efekty fermentacji metanowej, Mat. XII Konf. nt. Osady ściekowe - problem aktualny, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa-Ustroń 2001.
• [15] Zielewicz-Madej E., Zastosowanie pola ultradźwiękowego do intensyfikowania produkcji lotnych kwasów tłuszczowych z osadu nadmiernego, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2001, 4, 2, 231-239.
• [16] Kasprzyk W., Dezintegrator ultradźwiękowy WK - 2000, Instytut Fizyki Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000.