Wpływ prądu elektrycznego na procesy nitryfikacji i denitryfikacji na czterostopniowym złożu tarczowym

• Autorzy: Rodziewicz J. , Filipkowska U. , Janczukowicz W. , Kłodowska I.

Warianty tytułu

EN

Effect of electric current flow on nitrification and denitrification processes in a four-stage rotating biological contactor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Konieczność zwiększania skuteczności procesów usuwania związków azotu ze ścieków prowadzi do opracowywania nowych metod biologicznych lub poprawy efektywności już stosowanych rozwiązań technicznych. Proces ten dotyczy także biologicznych złóż obrotowych, które w ostatnich latach zaczęły odgrywać znaczącą rolę w małych i średnich oczyszczalniach do oczyszczania ścieków przemysłowych i bytowo-gospodarczych. Kierunek zmian dotyczy m.in.: wprowadzania nowych konstrukcji wypełnień, stosowania różnych napędów wprawiających materiał wypełniający w ruch obrotowy, wydłużania czasu retencji ścieków w komorze, różnych technik dostarczania ścieków do reaktora, prowadzenia biodegradacji zanieczyszczeń z procesami elektrochemicznymi oraz współpracy złóż biologicznych z metodą osadu czynnego. W niniejszej pracy przedstawione zostały badania prowadzone w skali ułamkowo-technicznej na elektro-biologicznym złożu tarczowym pracującym w układzie czterostopniowym w warunkach przepływu prądu elektrycznego o gęstości: 4,2 mAm-2. Katodą były tarcze ze stali nierdzewnej z unieruchomioną błoną biologiczną, natomiast anodą - elektroda aluminiowa zamontowana w zbiorniku przepływowym złoża. Równolegle prowadzone były badania na czterostopniowym złożu tarczowym w warunkach konwencjonalnych (gdy nie przepływał prąd elektryczny), w którym czwarty stopień, w celu prowadzenia procesu denitryfikacji, był hermetycznie przykryty. Badania nie wykazały wpływu przepływu prądu elektrycznego na sprawność utleniania związków azotu. Na elektro-biologicznym złożu tarczowym uzyskano ponad 97% sprawność nitryfikacji i niewiele niższą w warunkach konwencjonalnych - około 96%. Stwierdzono natomiast, na podstawie przeprowadzonej analizy wariancji, przy użyciu testu nieparametrycznego Friedmana, wpływ przepływu prądu elektrycznego na efektywność denitryfikacji. W warunkach przepływu prądu elektrycznego obserwowano ponad 41% sprawność procesu redukcji związków azotu utlenionych w procesie nitryfikacji. W warunkach konwencjonalnych obserwowano 35% efektywność denitry-fikacji.

EN

The necessity of enhancing the effectiveness of nitrogen compounds removal from wastewaters leads to the elaboration of novel biological methods or to the improvement of effectiveness of the already exploited technical solutions. This refers also to rotating biological contactors (RBCs) which in recent years have begun to play a key role in small- and medium-size treatment plants for the treatment of industrial and domestic sewages. Changes proceeding in this respect involve: introduction of new constructions of fillings, application of different drivers putting the filling material into rotary motion, extension of the time of sewages retention in the reactor, application of different technologies of wastewater discharge to the reactor, electrochemically-aided biodegradation of contaminants, and cooperation of biofilters with the method of activated sludge. This work presents a study conducted in a fractional-technical scale on a rotating electro-biological contactor operating in a four-stage system under conditions of the flow of electric current with a density of 4.2 mAm-2. In the RBC unit, stainless steel disks with immobilized biofilm served as a cathode, whereas an aluminum electrode fixed in the flow tank of the contactor - as an anode. Parallel experiment was conducted on the four-stage RBC under conventional conditions (without the flow of electric current), in which the fourth stage was hermetically closed to enable the denitri-fication process.The study did not demonstrate the electric current flow to affect the effectiveness of nitrogen compounds oxidation. The effectiveness of denitrification achieved on the rotating electro-biological contractor accounted for 97%, whereas that obtained under conventional conditions was only negligibly lower and reached ca. 96%. In turn, the analysis of variance conducted with the Friedman's non-parametric test demonstrated the effectiveness of denitrification to be affected by electric current flow. Under conditions of electric current flow, the effectiveness of the reduction of nitrogen compounds oxidised during nitrification reached over 41%, as compared to 34% achieved under conventional conditions.

Słowa kluczowe

PL

biologiczne złoże tarczowe; elektroliza; nitryfikacja; denitryfikacja

EN

rotating biological contactor; electrolysis; nitrification; denitrification

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2011
• Tom: Nr 24
• Strony: 120--129
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Rodziewicz J.

autor

Filipkowska U.

autor

Janczukowicz W.

autor

Kłodowska I.

• Katedra Inżynierii Ochrony Środowiska, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Bibliografia

• 1. Ergas S.J., Reuss A.F. 2001. Hydrogenotrophic denitrification of drinking water using a hollow fiber membrane bioreactor. J Water Supply: Res Technol Aqua. 50(3): 161- 171.
• 2. Feleke Z., Sakakibara Y. 2002. A bio-electrochemical reactor coupled with adsorber for the removal of nitrate and inhibitory pesticide. Water Res. 36: 3092 - 3102.
• 3. Flora J.R.V., Suidan M.T., Islam S., Biswas P., Sakakibara Y. 1994. Numerical modeling of a biofilm-electrode reactor used for enhanced denitrification. Water Science Technology. 29 (10 - 11): 517 - 524.
• 4. Grygorczuk H. E. 1993. Wpływ wstępnego napowietrzania ścieków na efekt pracy biologicznych złóż obrotowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. 6 (89): 41 - 53.
• 5. Islam H., Suidan M.T. 1998. Electrolytic denitrification: long term performance and effect of current intensity. Water Research. 32 (2): 528 - 536.
• 6. Krzemieniewski M. 1993. Oczyszczanie ścieków na biologicznym złożu taśmowym. Acta Acad. Agricult. Tech. Olszt. 19: 3 - 46.
• 7. Krzemieniewski M., Rodziewicz J. 2005. Nitrogen compounds removal in a rotating electrobio-logical contactor. Environment Engineering Science. 22 (6): 816 - 822.
• 8. Park H.I., Kim D.K., Choi Y., Pak D. 2005. Nitrate reduction using an electrode as direct electron donor in a biofilm-electrode reactor. Process Biochemistry. 40: 3383 - 3388.
• 9. Parvanova - Mancheva T., Beschkov V. 2009. Microbial denitrification by immobilized bacteria Pseudomonas denitrificans stimulated by constant electric field. Biochemical Engineering Journal. 44: 208 - 213.
• 10. Rodziewicz J., Filipkowska U., Dziadkiewicz E. 2011. Electrolytically-aided denitrification on a rotating biological contactor. Environmental Technology. 32 (1): 93-102.
• 11. Sakakibara Y., Araki K., Tanaka T., Watanabe T., Kuroda M. 1994. Denitrification and neutralization with an electrochemical and biological reactor. Water Science Technology. 30 (6): 151 -155.
• 12. Sakakibara Y., Araki K., Watanabe T., Kuroda M. 1997. The denitrification and neutralization performance of an electrochemically activated biofilm reactor used to treat nitrate-contaminated groundwater. Water Science Technology. 36 (1): 61 - 68.
• 13. Sakakibara Y., Nakayama T. 2001. A novel multi-electrode system for electrolytic and biological water treatments: electric charge transfer and application to denitrification. Water Res. 35 (3): 768 - 778.
• 14. Watanabe T., Hashimoto S., Kuroda M. 2002. Simultaneous nitrification and denitrification in a single reactor using bioelectrochemical process. Water Science Technology. 46 (4 - 5): 163 - 169.
• 15. Zhang L., Jia J., Ying D., Zhu N., Zhu Y. 2005. Electrochemical effect on denitrification in different microenvironments around anodes and cathodes. Research in Microbiology. 156: 88 - 92.