Pozyskiwanie biogazu w procesie stabilizacji beztlenowej termicznie modyfikowanych osadów ściekowych

• Autorzy: Zawieja I. , Barański M. , Małkowski M.

Warianty tytułu

EN

Biogas generation during the anaerobic stabilization of thermally modified sewage sludge

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wzrost stopnia dezintegracji poddanych termicznej modyfikacji osadów nadmiernych warunkuje ich podatność na biodegradację. Efektem dezintegracji jest zachodzący proces hydrolizy termicznej, wpływający bezpośrednio na szybkość przebiegu fazy hydrolitycznej stabilizacji beztlenowej, a w konsekwencji na efektywność fermentacji metanowej, powodujący wzrost stopnia przefermentowania osadów oraz produkcji biogazu. Celem prowadzonych badań była intensyfikacja produkcji biogazu podczas stabilizacji beztlenowej termicznie kondycjonowanych osadów nadmiernych. Substratem badań był nadmierny osad czynny pochodzący z Centralnej Oczyszczalni Ścieków P.S.W. "WARTA" w Częstochowie. W celu zainicjowania procesu stabilizacji osad nadmierny zaszczepiono osadem przefermentowanym, stanowiącym 10% mieszaniny badawczej. Na wstępie prowadzonych badań określono najkorzystniejsze warunki termicznej modyfikacji osadów nadmiernych. Przeprowadzono pięć cykli badawczych w temperaturach: 50, 60, 70, 80, 90°C i w przedziale czasowym 0,5঩ h. W kolejnym etapie badań przeprowadzono proces okresowej stabilizacji beztlenowej w komorze fermentacyjnej, w mezofilowym reżimie temperatur. Natomiast w celu zbadania zachodzących, w kolejnych 10 dobach stabilizacji, zmian parametrów fizyczno-chemicznych osadów proces fermentacji prowadzono w kolbach laboratoryjnych stanowiących komory fermentacyjne. Z badanego zakresu temperatur do dalszych badań wybrano temperaturę 50 i 70°C. Dla temperatury 50°C i najkorzystniejszego czasu kondycjonowania wynoszącego 2,5 h uzyskano odpowiednio ok. 9-krotny oraz 3,5-krotny wzrost wartości ChZT oraz LKT w odniesieniu do wartości początkowych, natomiast dla temperatury 70°C i najkorzystniejszego czasu kondycjonowania wynoszącego 1,5 h odpowiednio ok. 8,5-krotny oraz 3,5-krotny wzrost wartości ChZT oraz LKT. W wyniku poddania osadów procesowi 25-dobowej stabilizacji beztlenowej uzyskano dla badanych osadów następujący stopień przefermentowania: surowe osady nadmierne 45%, osady kondycjonowane termicznie w temperaturze 50 i 70°C przez okres odpowiednio 2,5 oraz 1,5 h: 55 i 46%. Jednostkowa produkcja biogazu dla ww. osadów wyniosła odpowiednio 0,4; 1,92 i 0,7 dm³/g s.m.o.

EN

The increase of the disintegration degree of thermally pretreated excess sludge determines its susceptibility to biodegradation. Thermal hydrolysis process, directly affects on the course rate of hydrolytic phase during anaerobic stability, and consequently on the efficiency of methane fermentation, giving the increase of sludge digestion degree and biogas production. The aim of this study was the intensification of biogas production during anaerobic stabilization of thermally conditioned excess sludge. Test substrate of the research was excess sludge from the Central Wastewater Treatment Plant "Warta" in Czestochowa. In order to initiate the process of stabilization, the excess sludge was inoculated by digested sludge, constituting 10% of the test mixture. At the outset of the study the most favorable conditions for the thermal modification of excessive sludge was determined. Five cycles of testing for temperatures 50, 60, 70, 80, 90°C and time interval 0.5঩ h were carried out. In the next stage of the study, periodic stabilization process was conducted in anaerobic digester in the mesophilic temperature regime. During 10 days of acid fermentation, in laboratory flasks changes in physico-chemical parameters of digested sludge were examined. From the test temperature range two temperatures 50 and 70°C were selected for further study. For the temperature of 50°C and the conditioning best time of 2.5 h, approximately 9-fold and 3.5-fold increase of the COD and VFA values in relation to baseline values were obtained, whereas for the temperature of 70°C and the conditioning best time of 1.5 h respectively about 8.5-fold and 3.5-fold increase of the COD and VFA values were observed. As a result of 25-day anaerobic stabilization process the following digestion degrees were obtained: for raw excess sludge 45% for, deposits thermally conditioned at 50 and 70°C in periods of 2,5 h and 1.5 h: 55 and 46% respectively. The unit biogas production for the above sludge amounted to 0.4, 1.92. and 0.7 dm³/g o.d.m.

Słowa kluczowe

PL

odnawialne źródła energii; OZE; biogaz; stabilizacja beztlenowa; kondycjonowanie termiczne

EN

renewable energy sources; RES; biogas; anaerobic stabilization; thermal pretreatment; volatile fatty acids; VFAs; chemical oxygen demand; COD

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 13, nr 3
• Strony: 185--196
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Zawieja I.

autor

Barański M.

autor

Małkowski M.

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

Bibliografia

• [1] Zielewicz-Madej E., Zastosowanie dezintegracji ultradźwiękowej do intensyfikacji produkcji lotnych kwasów tłuszczowych z osadu wtórnego, Konferencja Naukowo-Techniczna nt. Osady ściekowe - problem aktualny, Częstochowa-Ustroń 2001, 155-160.
• [2] Kempa E.S., Bień J., Problemy przeróbki osadów ściekowych. Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna nt. Problemy gospodarki osadowej w oczyszczalniach ścieków, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1995, 1-61.
• [3] Zielewicz E., Dezintegracja ultradźwiękowa osadu nadmiernego w pozyskaniu LKT, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.
• [4] Janosz-Rajczyk M., Dąbrowska I., Płoszaj J., Zmiany zawartości metali ciężkich podczas fermentacji metanowej kondycjonowanych osadów Ściekowych, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2003, 6, 2, 157-166.
• [5] Zheng J., Graff R.A., Fillos J., Rinard I., Incorporation of rapid thermal conditioning into a wastewater treatment plant. Fuel Processing Technology 1998, 56, 183-200.
• [6] Zawieja I., Wykorzystanie biogazu jako niekonwencjonalnego źródła energii na obszarze Polski. EkoTechnika 2004, 1(29), 50-53.
• [7] Polskie Normy (PN-9/C-04540/05), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [8] Polskie Normy (PN-KN 12879), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [9] Polskie Normy (PN-75/C-04616/04), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [10] Polskie Normy (PN-91/C-04540/05), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [11] Polskie Normy (PN-9 l/C-04540/05), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [12] International Measurements Standards ISO 7027.
• [13] Polskie Normy (PN-73/C-04576/10), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [14] Polskie Normy (PN-73/C-045 76/02), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [15] Polskie Normy (PN-KN 14701-1), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [16] Polskie Normy (PN-EN 14701-2), Wydawnictwo Normalizacyjne, Warszawa.
• [17] Kempa E., Gospodarka odpadami miejskimi. Arkady, Warszawa 1983.