Mesophilic-thermophilic fermentation process of waste activated sludge after hybrid disintegration

• Autorzy: Grűbel K. , Machnicka A. , Nowicka E. , Wacławek S.

Identyfikatory

DOI

10.2478/eces-2014-0011

Warianty tytułu

PL

Fermentacja mezofilowo-termofilowa osadu dezintegrowanego w procesie hybrydowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The previously received results of individual processes of hydrodynamic and alkaline disintegration were decisive significant for the conducted research task. The combination of hydrodynamic cavitation (30 minutes duration of the process) and alkaline (pH ≈ 9) to the destruction of activated sludge caused a significant release of organic matter about 1383 mg/dm3 in comparing to individual processes. Such increase in the SCOD value resulted in a significant growth the efficiency of biogas yield in a two-stage mesophilic-thermophilic processes. The increase in yield was from 26 to 38% depending on the volume of disintegrated sludge. The effect of the two-stage fermentation resulted activated sludge hygienisation. The microbiological analysis of the influence of the fermentation with the different volume of hybrid disintegrated sludge was based on microbiological indicators: Salmonella spp. and coliphages. The obtained results prove the effectiveness of the two-stage digestion process compared to single mesophilic fermentation which not always completely eliminates the above indicators.

PL

Decydujące znaczenie dla przeprowadzonego zadania badawczego miały wyniki badań dotyczące jednostkowych procesów dezintegracji hydrodynamicznej i alkalizacji. Połączenie kawitacji hydrodynamicznej (30 minut trwania procesu) i alkalizacji (przy pH ≈ 9) w celu destrukcji osadu czynnego powodowało znaczące uwolnienie materii organicznej o 1383 mg/dm3 w porównaniu do jednostkowych procesów. Tak duży wzrost wartości ChZT przełożył się na istotny wzrost wydajności produkcji biogazu w procesie dwustopniowej fermentacji mezofilowo-termofilowej. Wzrost wydatku wyniósł od 26 do 38% w zależności od udziału osadu dezintegrowanego. Działanie dwustopniowej fermentacji skutkowało higienizacją osadu czynnego. Analiza mikrobiologiczna wpływu procesu fermentacji ze zróżnicowanym udziałem osadu dezintegrowanego hybrydowo została dokonana zgodnie ze wskaźnikami mikrobiologicznymi: Salmonella spp. oraz colifagi. Otrzymane wyniki świadczą o skuteczności prowadzenia procesu dwustopniowego w porównaniu z fermentacją jednostopniową mezofilową, po której nie zawsze następuje całkowita eliminacja ww. wskaźników.

Słowa kluczowe

EN

hybrid disintegration; two stage fermentation; biogas; hygienisation of sewage sludge

PL

dezintegracja hybrydowa; fermentacja dwustopniowa; biogaz; higienizacja osadów ściekowych

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 21, nr 1
• Strony: 125--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 45 poz., tab., wykr., rys.

Twórcy

autor

Grűbel K.

• Department of Environmental Microbiology and Biotechnology, Institute of Environmental Protection and Engineering, University of Bielsko-Biala, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland, phone [phone]

autor

Machnicka A.

• Department of Environmental Microbiology and Biotechnology, Institute of Environmental Protection and Engineering, University of Bielsko-Biala, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland, phone [phone]

autor

Nowicka E.

• Department of Environmental Microbiology and Biotechnology, Institute of Environmental Protection and Engineering, University of Bielsko-Biala, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland, phone [phone]

autor

Wacławek S.

• Institute for Nanomaterials, Advanced Technology and Innovation, Technical University of Liberec, Studentská 1402/2, 461 17 Liberec 1, Czech Republic, phone [phone]

Bibliografia

• [1] Kim D-H, Cho S-K, Lee M-K, Kim M-S. Bioresource Technol. 2013;143:660-664. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.06.058.
• [2] Kuglarz M, Karakashev D, Angelidaki I. Bioresource Technol. 2013;134:290-297. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.02.001.
• [3] Műller J. Desintegration as a key-step in sewage treatment. Water Sci Technol. 2000;41:123-130.
• [4] Neyens E, Baeyens J, Dwil R, de Heyder B. Advanced sludge treatment affects extracellular polymeric substances to improve activated sludge dewatering. J Hazard Mater. 2004;106B:83-92. doi.org/10.1016/j.jhazmat.2003.11.014
• [5] Dohanyos M, Zabranska J, Jenicek P, Fialka P, Kajan M. Anaerobni cistirenske technologie (Technologies of anaerobic treatment). Brno; NOEL: 2000; 344.
• [6] Dohanyos M, Zabranska J, Kutil J, Jenicek P. Improvement of anaerobic digestion of sludge. Water Sci Technol. 2004;49:89-96.
• [7] Lee I, Han J-I. Ultrasonics Sonochem. 2013;20(6):1450-1455. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2013.03.006.
• [8] Li YY, Noike T. Upgrading of anaerobic digestion of waste activated sludge by thermal pretreatment. Water Sci Technol. 1992;26:857-866.
• [9] Kepp U, Machenbach I, Weisz N, Solheim OE. Enhanced stabilisation of sewage sludge through thermal hydrolysis. Water Sci Technol. 2000;42:89-96.
• [10] Lin JG, Chang CN, Chang SC. Bioresource Technol. 1997;62:85-90. DOI: 10.1016/S0960-8524(97)00121-1.
• [11] Rooksby F, Amato A, Mormede S, Purcell N. Sonix treatment for biosolids-making the most out of renewable energy. In: 7th European Biosolids and Organic Residual Conf. AquaEnviro. Wakefield: 2002.
• [12] Kim T-Hun, Kim T-Hyun, Yu S, Nam Yk, Choi D-K, Lee SR, Lee M-J. Solubilization of waste activated sludge with alkaline treatment and gamma ray irradiation. J Ind Eng Chem. 2007;13:1149-1153.
• [13] Grűbel K, Machnicka A, Wacławek S. Ecol Chem Eng S. 2013;20(2):343-351. DOI: 10.2478/eces-2013-0025.
• [14] Li H, Zou S, Li Ch, Jin Y. Bioresource Technol., 2013;140:187-191. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.04.093.
• [15] Grűbel K, Machnicka A. Water Environ Res. 2009;81:2420-2426. DOI: 10.2175/106143009X425915.
• [16] Grűbel K, Machnicka A, Suschka J. Environmental Eng III. 2010;40:279-284. DOI: 10.1201/b10566-46.
• [17] Roš M, Zupančič GD. Theromophilic anaerobic digestion of waste activated sludge. Acta Chimica Slovenica. 2003;50:359-374.
• [18] Schafer PL, Farrell JB, Newman G, Vandenburgh S. Advanced anaerobic digestion processes. Water Environ Technol. 2003;15:38-44.
• [19] Zitomer DH, Bachman, TC, Vogel DS. Thermophilic anaerobic digester with ultrafilter for solids stabilization. Water Sci Technol. 2005;52:525-530.
• [20] Song Chy Y, Kwon JS, Woo HJ. Wat Res. 2004;38:1653-1662. DOI: 10.1016/j.watres.2003.12.019.
• [21] Cheunbarn T, Pagilla K. J Environ Eng. 2000;126:796-801. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2000)126:9(796).
• [22] Kim YK, Bae JH, Oh BK, Lee WH, Choi JW. Bioresource Technol. 2002;82:157-164. DOI: 10.1016/S0960-8524(01)00177-8.
• [23] Roberts R, Son L, Foster CF. J Chem Technol Biotechnol. 1999;74:445-450. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4660(199905)74:5<445::AID-JCTB65>3.0.CO;2-0.
• [24] Ge H, Jensen PD, Batstone DJ. Water Res. 2011;45:1597-606. DOI: 10.1016/j.watres.2010.11.042.
• [25] Rice EW, Baird RB, Eaton AD, Clesceri LS. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (22nd edition). Washington: American Public Health Association; 2012.
• [26] Tchobanoglous G, Burton FL, Stensel HD. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse (4th edition). Metcalf & Eddy, Inc.; 2002.
• [27] Project Routes (2011-2014), Novel processing routes for effective sewage sludge management procedure. Innovative system solutions for municipal sludge treatment and management. Grant agreement n°265156. ISO 10705-2:2000.
• [28] Kim J, Park C, Kim T-H, Lee M, Kim S, Kim SW, Lee J. Effects of various pretreatments for enhanced anaerobic digestion with waste activated sludge. J Biosci Bioeng. 2003;95:271-275.
• [29] Li H, Jin Y, Mahar RB, Wang Z, Nie Y. Bioresources Technol. 2008;99:5140-5144. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.09.019.
• [30] Chen Y, Jiang S, Hongying Y, Zhou Q, Gu G. Water Res. 2007;41:683-689. DOI: 10.1016/j.watres.2006.07.030.
• [31] European Directive 86/278 (European Union, 1986).
• [32] European Working Document on Sludge (European Union, 2000).
• [33] 40 CFR Part 503' (U.S. EPA, 1995).
• [34] Lasobras J, Dellunde J, Jofre J, Lucena F. J App Microbiol. 1999;86:723-729. DOI: 6924/10/98.
• [35] Strauch D. Pathogenic micro-organisms in sludge. Anaerobic digestion and disinfection methods to make sludge usable as fertiliser. Eur Water Manag. 1998;1:12-26.
• [36] Williams FP, Hurst CJ. Water Res. 1988;22:847-851. DOI: 10.1016/0043-1354(88)90022-X.
• [37] Gibbs RA, Hu CJ, Ho GE, Unkovich I. Regrowth of faecal coliforms and Salmonella in stored biosolids and soil amended with biosolids. Water Sci Technol. 1997;35:269-275.
• [38] Scheuerman PR, Farrah SR, Bitton G. Water Res. 1991;3:241-245. DOI: 10.1016/0043-1354(91)90002-8.
• [39] Straub TM, Pepper IL, Gerba CP. App Environ Microbiol. 1992;58:636-645. DOI: 0099-2240/92/020636-06$02.00/0.
• [40] Mandilara GD, Smeti EM, Mavridou AT, Lambiri MP, Vatopoulos AC, Rigas FP. FEMS Microbiol Lett. 2006;263:119-126. DOI: 10.1111/j.1574-6968.2006.00414.x.
• [41] U.S. Department of Agriculture, Food Safety and Inspection Service. Farm-to-table safety system; Salmonella enteritidis contamination, control and reduction. Fed Regist. 1998;63:27502-27511.
• [42] Kiessling CR, Cutting JH, Loftis M, Kiessling WM, Datta AR, Sofos JN. Antimicrobial resistance of food-related Salmonella isolates. J Food Prot. 2002;65:603-608.
• [43] Paluszak Z, Skowron K, Olszewska H, Skowron KJ, Bauza-Kaszewska J, Gryń G. Sanitization efficacy of anaerobic digestion and aeration of slurry from the aspect of limiting emission of Salmonella into the environment. Ann Agric Environ Med. 2012;19(3):427-430.
• [44] Kumar R, Gupta MK, Kanwar SS. Fate of bacterial pathogens in cattle dung slurry subjected to anaerobic digestion. World J Microbiol Biotechnol. 1999;15:335-338.
• [45] Kearney TE, Larkin MJ, Levett PN. J App Bacteriol. 1993;74:86-93. DOI: 10.1111/j.1365-2672.1993.tb03000.x