Fermentacja kwaśna osadów wstępnych poddanych sonifikacji

• Autorzy: Pastuszka M. , Grosser A. , Kamizela T.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2017.3.6

Warianty tytułu

EN

Acid fermentation of primary sludge subjected to sonication

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Węgiel organiczny stanowi podstawowe źródło energii i materii, niezbędne do rozwoju mikroorganizmów. Usunięcie zawiesin ze ścieków w osadniku wstępnym powoduje zmniejszenie stężenia nie tylko związków organicznych, ale również produktów ich hydrolizy, w tym lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). W efekcie w ściekach poddawanych sedymentacji stosunek stężeń substancji organicznych do ilości azotu i fosforu jest mniejszy niż w ściekach surowych. Lotne kwasy tłuszczowe, a zwłaszcza kwas octowy, stanowią najbardziej pożądaną i przyswajalną formę węgla organicznego. W procesach biologicznego oczyszczania ścieków zawartość łatwoprzyswajalnego węgla organicznego istotnie wpływa na szybkość i efektywność denitryfikacji i defosfatacji. Znanych jest szereg rozwiązań zwiększających zawartość substancji organicznej, w tym LKT, w ściekach. Do podstawowych zalicza się skrócenie czasu sedymentacji, a zwłaszcza zastosowanie aktywnego osadnika wstępnego wykorzystującego proces fermentacji kwaśnej. Inne rozwiązania technologiczne bazują na wykorzystaniu procesu fermentacji kwaśnej osadów wstępnych prowadzonej w fermentorach lub zagęszczaczo--fermentorach. Szybkość procesu fermentacji kwaśnej, prowadzącego do powstania LKT, jest zależna od wielu czynników. Do podstawowych czynników limitujących zalicza się m.in. zawartość podatnej na rozkład biochemiczny substancji organicznej oraz temperaturę. Celem badań była ocena możliwości zastosowania dezintegracji ultradźwiękowej (sonifikacji) do intensyfikacji wytwarzania lotnych kwasów tłuszczowych z osadów wstępnych w procesie fermentacji kwaśnej. Cel pracy obejmował również określenie łącznego wpływu temperatury fermentacji kwaśnej oraz czasu sonifikacji (energii sonifikacji) na wydajność generacji lotnych kwasów tłuszczowych. Podczas badań zaobserwowano zahamowanie generacji LKT w wyniku wzrostu energii sonifikacji. Najbardziej efektywną, z uwagi na produkcję LKT, fermentację kwaśną osadów wstępnych przeprowadzono w warunkach temperatury psychrofilowej, tj. 20°C.

EN

Organic carbon is the main source of energy and matter necessary for the development of micro-organisms. Removing the suspension from the wastewater in the primary settling tank causes a reduction in the concentration of organic compounds and their hydrolysis products including volatile fatty acids (VFA). As a result, the ratio of organic matter to nitrogen and phosphorus in wastewater after sedimentation is lower than in raw wastewater. Volatile fatty acids, especially acetic acid, are the most desirable and assimilable form of organic carbon. In biological wastewater treatment processes, the content of easily biodegradable organic carbon significantly influences the rate and efficiency of denitrification and dephosphorylation. There are a many of solutions that increase the content of organic matter, including VFA, in wastewater. The basic solutions include sedimentation time reduction, and in particular the use of the concepts of active primary settling tank with acid fermentation process. Other technological solutions are based on the use of acid fermentation in fermentors or special thickeners. The rate of acid fermentation process, leading to the formation of VFA is dependent on many factors. The basic limiting factors include content of biodegradable organic substance and temperature. The aim of the study was to evaluate the possibility of using sonication to intensify the production of volatile fatty acids from primary sludge in acid fermentation. The aim of the study was also to determine the combined effect of sonication time (sonication energy) and temperature of acid fermentation on the yield of volatile fatty acids. During the study, VFA generation was inhibited by the increase in sonication energy. The most effective acid fermentation, due to the production of LKT, was carried out under conditions of psychrophilic temperature i.e. 20°C.

Słowa kluczowe

PL

osady wstępne; fermentacja kwaśna; sonifikacja; temperatura fermentacji kwaśnej

EN

primary sludge; acid fermentation; sonication; temperature of acid fermentation

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 20, nr 3
• Strony: 343--357
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., wykr.

Twórcy

autor

Pastuszka M.

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

autor

Grosser A.

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

autor

Kamizela T.

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

Bibliografia

• [1] Hatziconstantinou G.J., Yannakopoulos P., Andreadakis A., Primary sludge hydrolysis for biological nutrient remowaval, Water Science Technology 1996, 34, 1-2, 417-423.
• [2] Mulkerrins D., Dobson A.D.W., Colleran E., Parameters affecting biological phosphate removal from wastewaters, Environment International 2004, 30, 249-259.
• [3] Yuan Q., Baranowski M., Oleszkiewicz J.A., Effect of sludge type on the fermentation products, Chemosphere 2010, 80, 445-449.
• [4] Chanona J., Ribes J., Seco A., Ferrer J., Optimum design and operation of primary sludge fermentation schemes for volatile fatty acids production, Water Research 2006, 40, 53-60.
• [5] Ahn Y.H., Speece R.E., Elutriated acid fermentation of municipal primary sludge, Water Research 2006, 40, 2210-2220.
• [6] Peng Y., Zhang L., Zhang S., Gan Y., Wu C., Enhanced nitrogen removal from sludge dewatering liquor by simultaneous primary sludge fermentation and nitrate reduction in batch and continuous reactors, Bioresource Technology 2012, 104, 144-149.
• [7] Wang B., Peng Y., Guo Y., Yuan Y., Zhao M., Wang S., Impact of partial nitritation degree and C/N ratio on simultaneous sludge fermentation, denitrification and Anammox proces, Bioresource Technology 2016, 219, 411-419.
• [8] Banister S.S., Pretorius W.A., Optimisation of primary sludge acidogenic fermentationfor biological nutrient removal, Water SA 1998, 24, 1, 35-41.
• [9] Miron Y., Zeemann G., Lier J.B., Lettinga G., The role of sludge retention time in the hydrolysis and acidifiacation of lipids, carbohydrates and proteins during digestion of primary sludge in CSTR systems, Water Research 2000, 34, 5, 1705-1713.
• [10] Rössle W.H., Pretorius W.A., A review of characterisation requirements for in-line prefermenters. Paper 2: Process characterisation, Water SA 2001, 27, 3, 413-422.
• [11] Bouzas A., Ribes J., Ferrerb J., Seco A., Fermentation and elutriation of primary sludge: Effect of SRT on process performance, Water Research 2007, 41, 747-756.
• [12] Sanchez Rubal J., Cortacans Torre J.A., Castillo Gonzalez I., Influence of temperature, agitation, sludge concentration and solids retention time on primary sludge fermentation, International Journal of Chemical Engineering 2012, Article ID 861467, 8 pages.
• [13] Banerjee A., Elefsiniotis P., Tuhar D., Effect of HRT and temperature on the acidogenesis of municipal primary sludge and industrial wastewater, Water Science Technology 1998, 38, 8-9, 417-423.
• [14] Wu H., Yang D., Zhou Q., Song Z., The effect of pH on anaerobic fermentation of primary sludge at room temperaturę, Journal of Hazardous Materials 2009, 172, 196-201.
• [15] Cokgor E.U., Oktay S., Tas D.O., Zengin G.E., Orhon D., Influence of pH and temperature on soluble substrate generation with primary sludge fermentation, Bioresource Technology 2009, 100, 380-386.
• [16] Peces M., Astals S., Clarke W.P., Jensen P.D., Semi-aerobic fermentation as a novel pre-treatment to obtain VFA and increase methane yield from primary sludge, Bioresource Technology 2016, 200, 631-638.
• [17] Bień J., Kamizela T., Kowalczyk M., Grosser A., Zwierz N., Zabochnicka-Światek M., The effectiveness of acid fermentation of sonicated primary sludge, Journal of Residuals Science & Technology 2015, 12, 1, 1-8.
• [18] Tian Q., Wang Q., Zhu Y., Li F., Zhuang L., Yang B., Enhanced primary sludge sonication by heat insulation to reclaim carbon source for biological phosphorous removal, Ultrasonics Sonochemistry 2017, 34, 123-129.
• [19] Oh M.H., Lee S.M., Hong S.H., Choi H.N., Lee E.Y., Monitoring of Lactobacillus sp. inoculated in the reactor to evaluate the solubilization efficiency of primary sludge, International Biodeterioration & Biodegradation 2013, 85, 603-607.
• [20] Oh M.H., Lee S.M., Hong S.H., Choi H.N., Kim I.S., Lee E.Y., Solubilization of primary sewage sludge by freeze-dried Lactobacillus brevis, International Biodeterioration & Biodegradation 2014, 95, 195-199.
• [21] Śliwiński A., Ultradźwięki i ich zastosowania, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.
• [22] Portenlanger G., Mechanical and radical effect of ultrasound, TU Hamburg-Hamburg Reports on Sanitary Engineering, 25, Ultrasound in Environmental Engineering 1999, 11-22.
• [23] Kuijpers M.W.A., Kemmere M.F., Keurentjes J.T.F., Calorimetric study of the energy efficiency for ultrasound-induced radical formation, Ultrasonics 2002, 40, 675-678.
• [24] Gogate P.R., Kabadi A.M., A review of applications of cavitation in biochemical engineering/biotechnology, Biochemical Engineering Journal 2009, 44, 60-72, http://dx.doi.org/10.1016/j.bej.2008.10.006.
• [25] http://www.ces.com.pl/produkty/pozostale-produkty/ultradzwiekowa-dezintegracja-osadu-sciekowego.html.
• [26] http://www.vta.cc/pl/Urządzenia-i-technologie/Dezintegracja-osadów-ściekowych.
• [27] Zawieja I., Wolny L., Wolski P., Influence of ultrasonic pretreatment on anaerobic digestion of excess sludge from the food industry, Annual Set The Environment Protection 2015, 17, 351-366.
• [28] Wolski P., Zawieja I., Susceptibility of conditioned excess sewage sludge to biodegradation and dewatering, Environment Protection Engineering 2015, 41, 3, 5-17.
• [29] Pilli S., Bhunia P., Yan S., LeBlanc R.J., Tyagi R.D., Surampalli R.Y., Ultrasonic pretreatment of sludge: A review, Ultrasonics Sonochemistry 2011, 18, 1-18.
• [30] 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 2009, 48, 1346-1352.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).