Conditions for effective ultrasonic disintegration of activated sludge suspension

• Autorzy: Kamizela T. , Kowalczyk M. , Worwąg M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.18

Warianty tytułu

PL

Warunki skutecznej dezintegracji ultradźwiękowej zawiesiny osadu czynnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Low-frequency and high energy sonication were used in the experiments on ultrasonic disintegration of activated sludge. Selected operational parameters of sonication were monitored and analyzed. The transformation of solids into a dissolved form by application of ultrasounds was analyzed on the base of changes in the concentrations of carbon, nitrogen and phosphorus. The scope of the research included determination of a five-day biochemical oxygen demand and rate constant of decomposition, which parameters indirectly represented the biodegradability of product of activated sludge disintegration. The study showed that the propagation of ultrasonic wave was highly disintegrating factor, generating a product of the characteristics of concentrated organic solution. By sonication of activated sludge the dissolved phase was enriched particularly in significant amounts of nitrogen and phosphorus. These elements could disturb the processes that require additional source of carbon, thus application of sonication for generation of easily available of organic carbon may seem less feasible. It seems more appropriate application of sonication to reduce the excess sludge through sludge disintegration and biological conversion. For optimum ultrasonic disintegration of activated sludge was considered sonication time 1200 s, which corresponded to the acoustic energy 170 kJ and specific energy 36 MJ/kgTS. In view of obtained values of the rate constant of decomposition, it was found that the disintegration of sludge required energy sonication in excess of 22 MJ/kgTS. Determination of potential applications of activated sludge subjected to sonication still requires further investigations that would use system for biological wastewater treatment. This would be the most reliable way to prove the suitability of activated sludge sonication in wastewater treatment technologies.

PL

Celem przeprowadzonych badań była optymalizacja procesu dezintegracji ultradźwiękowej zawiesiny osadu czynnego. Postępowanie optymalizacyjne opierało się na zastosowaniu propagacji fali ultradźwiękowej o stałej częstotliwości i amplitudzie oraz zmiennych czasów sonifikacji. Zakres badań obejmował oznaczenie stężeń węgla, azotu i fosforu uwolnionych do fazy ciekłej w wyniku oddziaływania dezintegracyjnego fali ultradźwiękowej. Na podstawie pomiarów biochemicznego zapotrzebowania na tlen określono również stałą szybkości rozkładu, co pośrednio stanowiło o podatności na biodegradację otrzymanego produktu dezintegracji. Przeprowadzone badania wykazały, że fala ultradźwiękowa jest wysoce dezintegrującym czynnikiem, generującym produkt o charakterystyce stężonego roztworu organicznego. Sonifikacja zawiesiny osadu czynnego szczególnie doprowadziła do wzbogacenia fazy rozpuszczonej w znaczne ilości azotu i fosforu. Ze względu na stężenia biogenów zastosowanie dezintegracji ultradźwiękowej zawiesin osadu czynnego w dominującym celu generacji łatwo dostępnego węgla organicznego uznano za ograniczone. Właściwsze wydaje się zastosowanie sonifikacji w celu zmniejszenia ilości osadu nadmiernego poprzez jego dezintegrację i recyrkulację do komory osadu czynnego. Za optymalne parametry dezintegracji ultradźwiękowej zawiesiny osadu czynnego uznano sonifikację w czasie 1200 s, o odpowiadało wprowadzonej energii akustycznej 170 kJ oraz właściwej energii sonifikacji ES ≈ 36 MJ/kg s.m. Z uwagi na uzyskane wartości stałej szybkości rozkładu stwierdzono, że dezintegracja osadu czynnego wymaga energii sonifikacji przekraczającej wartość 22 MJ/kg s.m. Określenie potencjalnych zastosowań dezintegracji zawiesiny osadu czynnego wymaga jeszcze dalszych badań z wykorzystaniem systemu biologicznego oczyszczania ścieków. Będzie to najbardziej wiarygodny sposób określenia możliwości i przydatność sonifikacji w technologii oczyszczania ścieków.

Słowa kluczowe

EN

biological treatment; activated sludge; suspension; ultrasonic disintegration; sonication

PL

oczyszczanie biologiczne; osad czynny; zawiesina; dezintegracja ultradźwiękowa; sonifikacja

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 62, nr 1
• Strony: 265--278
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kamizela T.

• Czestochowa University of Technology

autor

Kowalczyk M.

• Czestochowa University of Technology

autor

Worwąg M.

• Czestochowa University of Technology

Bibliografia

• [1] Bień J., Kamizela T., Kowalczyk M., Mrowiec M.: Possibilities of gravitational and mechanical separation of sonicated activated sludge suspension. Environmental Protection Engineering, 2009, no. 35(2), pp. 67-72.
• [2] Carrere H., Dumas C., Battimelli A., Batstone D.J., Delgenes J.P., Steyer J.P., Ferrer I.: Pretreatment methods to improve sludge anaerobic degradability: A review. Journal of Hazardous Materials, no. 183, 2010, pp. 1-15.
• [3] Cao X.Q., Chen J., Cao Y.L., Zhu J.Y., Hao X.D.: Experimental study on sludge reduction by ultrasound. Water Science and Technology, no. 54(9), 2006, pp. 87-93.
• [4] Feng X., Lei H., Deng J., Yu Q., Li H.: Physical and chemical characteristics of waste activated sludge treated ultrasonically. Chemical Engineering and Processing, no. 48, 2009, pp. 187-194.
• [5] Gogate P.R., Kabadi A.M.: A review of applications of cavitation in biochemical engineering/biotechnology. Biochemical Engineering Journal, no. 44, 2009, pp. 60- 72.
• [6] He J., Wan T., Zhang G., Yang J.: Ultrasonic reduction of excess sludge from activated sludge system: Energy efficiency improvement via operation optimization. Ultrasonics Sonochemistry, no. 18, 2011, pp. 99-103.
• [7] Hogan F., Mormede S., Clark P., Crane M.: Ultrasonic sludge treatment for enhanced anaerobic digestion. Water Science & Technology, no. 50(9), 2004, pp. 25-32.
• [8] Kidak R., Wilhelm A.M., Delmas H.: Effect of process parameters on the energy requirement in ultrasonical treatment of waste sludge. Chemical Engineering and Processing, no. 48, 2009, pp. 1346-1352.
• [9] Pérez-Elvira S., Fdz-Polanco M., Plaza F.I., Garralón G., Fdz-Polanco F.: Ultrasound pre-treatment for anaerobic digestion improvement. Water Science & Technology, no. 60(6), 2009, pp. 1525-1532.
• [10] Salsabil M.R., Prorot A., Casellas M., Dagot C.: Pre-treatment of activated sludge: Effect of sonication on aerobic and anaerobic digestibility. Chemical Engineering Journal, no. 148, 2009, pp. 327-335.
• [11] Wang F., Lu S., Ji M.: Components of released liquid from ultrasonic waste activated sludge disintegration. Ultrasonics Sonochemistry, no. 13, 2006, pp. 334-338.
• [12] Xie B., Liu H., Yan Y.: Improvement of the activity of anaerobic sludge by lowintensity ultrasound. Journal of Environmental Management, 2009, no. 90, 260-264.
• [13] Zawieja I., Wolny L., Wolski P.: Influence of excessive sludge conditioning on the efficiency of anaerobic stabilization process and biogas generation. Desalination, no. 222, 2008, pp. 374-381.
• [14] Zhang G., Zhang P., Gao J., Chen Y.: Using acoustic cavitation to improve the bioactivity of activated sludge. Bioresource Technology, no. 99, 2008, pp. 1497-1502.
• [15] Zhang G., Zhang P., Yang J., Chen Y.: Ultrasonic reduction of excess sludge from the activated sludge system. Journal of Hazardous Materials, no. 145, 2007, pp. 515- 519.