Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wykorzystanie suchego lodu do dezintegracji osadu czynnego nadmiernego w celu intensyfikacji procesu fermentacji metanowej

Nowicka E., Machnicka A., Grűbel K.

Proceedings of ECOpole

|

2014

|

Vol. 8, No. 1

240--247

PL

Jednym z podstawowych problemów występujących w układach przeróbki osadów ściekowych jest zwiększenie dostępności i podatności substancji organicznych na biodegradację, co można osiągnąć poprzez dezintegrację osadu. W pracy wykorzystano dezintegrację osadu nadmiernego suchym lodem oraz określono jej wpływ na uwalnianie materii organicznej i na efektywność fermentacji metanowej wyrażonej produkcją biogazu. Zamrażanie/rozmrażanie osadu suchym lodem powodowało wzrost wartości ChZTCr o 520 mg O2/dm3, a stopień dezintegracji SD wyniósł 49%. W wyniku destrukcji osadu za pomocą suchego lodu do cieczy nadosadowej zostały również uwolnione proteiny oraz węglowodany, co świadczyło o skuteczności procesu. Stężenia tych parametrów wyniosły odpowiednio 265 i 53 mg/dm3. Poddanie fermentacji mieszanki: osadu zdezintegrowanego w objętości 30%, osadu niezdezintegrowanego w objętości 40 i 30% osadu przefermentowanego spowodowało wzrost wydajności produkcji biogazu o 49%.

EN

Disintegration by dry ice has a positive effect on the degree and rate of surplus activated sludge anaerobic digestion. By applying thermal disintegration the lysis of cells occurs in minutes instead of days. The intracellular and extracellular components are set free and are immediately available for biological degradation which leads to an improvement of the subsequent anaerobic process. Thermal disintegration by dry ice of the surplus activated sludge results in organic matter and a polymer transfer from the solid phase to the liquid. During disintegration process soluble chemical oxygen demand (SCOD) value and proteins concentration increase about 583 and 265 mg/dm3, respectively. In the same time concentration of carbohydrates increase about 53 mg/dm3. In addition the degree of thermal disintegration changed from 13% for the volume ratio of dry ice to surplus activated sludge 0.25:1 to 49% for the volume ratio of dry ice to sludge 1:1. The addition of thermal disintegrated sludge (30% SASDI of volume) to the digestion process leads to increased biogas production about 49%.

2

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

Grűbel K., Machnicka A., Nowicka E., Wacławek S.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2014

|

Vol. 21, nr 1

125--136

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.

3

Influence of microwave pre-treatment on the digestion and higienisation of waste activated sludge

Bohdziewicz J., Kuglarz M., Grűbel K.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2014

|

Vol. 21, nr 3

447--464

EN

The article presents the results of determining the most appropriate conditions of microwave sludge pre-treatment (500-1200 W), prior to its anaerobic digestion in a continuous mode. The assessment of the pre-treatment conditions (microwave power, sludge temperature after pre-treatment) was based on: the release of organic (COD, protein) and inorganic (NH4+, PO43-) substances into liquid, the quantity of methane produced, sludge higienisation and the susceptibility of the pre-treated sludge to dewatering. The power of the microwaves applied did not play significant role on the pre-treatment effectiveness. Taking into account the fact that sludge pre-treatment by microwave irradiation requires the delivery of energy, the pre-treatment by microwaves of higher power (1200 W) and resulting in sludge temperature of 70°C was recommended for further experiments. Sludge pre-treatment by means of microwave irradiation as a pre-treatment step influenced the effectiveness of the subsequent anaerobic digestion, conducted in continuous conditions, in a positive way. The largest amount of biogas was obtained for HRT in the range of 15-20 days. As compared to the sludge which did not undergo pre-treatment, daily biogas production and biogas yield increased by 18-41% and 13-35% respectively. The combination of microwave pre-treatment and mesophilic anaerobic digestion ensured the elimination of pathogens (Salmonella spp., Escherichia coli).

PL

Celem badań przedstawionych w artykule było wyznaczenie najkorzystniejszych warunków prowadzenia procesu dezintegracji mikrofalowej (500-1200 W) osadów ściekowych przed ich przeróbką w warunkach beztlenowych (warunki ciągłe). Oceny efektywności procesu mikrofalowej dezintegracji osadów (moc mikrofal, temperatura) dokonano, kierując się stężeniem związków organicznych (ChZT, białka rozpuszczalne) uwolnionych do cieczy nadosadowych, wskaźnikami jakościowymi produkowanego biogazu, stopniem higienizacji oraz podatnością osadów przefermentowanych na odwadnianie. Na podstawie przeprowadzonych badań ustalono, iż moc zastosowanego promieniowania mikrofalowego nie wpłynęła w znaczący sposób na efektywność procesu dezintegracji. Biorąc pod uwagę efektywność oraz zapotrzebowanie energetyczne, ustalono, iż najkorzystniejsze warunki prowadzenia procesu dezintegracji mikrofalowej zapewnia zastosowanie mikrofal o mocy 1200 W oraz temperatury osadów wynoszącej 70°C. Dezintegracja mikrofalowa osadów ściekowych za pomocą promieniowania mikrofalowego wpłynęła korzystnie na efektywność procesu fermentacji metanowej prowadzonego w warunkach ciągłych. Najkorzystniejsze wskaźniki produkowanego biogazu uzyskano dla HRT wynoszącego 15-20 dni. W tych warunkach dobowa i jednostkowa produkcja biogazu wzrosły odpowiednio o 18-41% oraz 13-35%. Zastosowanie dezintegracji mikrofalowej przed procesem mezofilowej fermentacji zapewniło całkowitą eliminację mikroorganizmów patogennych (Salmonella spp., Escherichia coli).

4

Fermentacja mezofilowo-termofilowa osadu dezintegrowanego w procesie hybrydowym

Grűbel K., Machnicka A., Nowicka E., Wacławek S.

Proceedings of ECOpole

|

2013

|

Vol. 7, No. 2

567--573

PL

Hydrodynamiczna oraz chemiczna dezintegracja osadów ściekowych wpływa na poprawę efektywności procesu fermentacji metanowej, objawiającej się m.in. wzrostem produkcji biogazu oraz wydatku biogazu. Niniejszy artykuł przedstawia hybrydową destrukcję osadu czynnego recyrkulowanego, składającą się z kawitacji hydrodynamicznej (30 minut) oraz alkalizacji (pH ≈ 9). W wyniku przeprowadzonych analiz rChZT osiągnęło wartość 1383 mg/dm3, a wydatek biogazu w dwustopniowej fermentacji mezofilowo-termofilowej wahał się od 26 do 38%.

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 of yield was from 26 to 38% depending on the volume of disintegrated sludge.

5

Eliminacja clostridium perfringens podczas kondycjonowania osadu czynnego nadmiernego

Grűbel K, Chrobak E, Rusin A, Machnicka A.

Inżynieria Ekologiczna

|

2013

|

Nr 32

40--47

PL

Praca przedstawia możliwość eliminacji Clostridium perfringens w procesie kondycjonowania osadu czynnego nadmiernego z wykorzystaniem promieniowania mikrofalowego. Na podstawie wyników badań stwierdzono, że promieniowanie mikrofalowe (700W i 900W) wykazuje dezintegrujące działanie wyrażone wzrostem wartości ChZT w cieczy nadosadowej: 12 krotny wzrost wartości ChZT przy mocy 700W i 13 krotny przy mocy promieniowania 900W. Fala elektromagnetyczna przyczyniła się do częściowej higienizacji osadu. Spowodowała redukcję liczby Clostridium perfringens odpowiednio o 52% i 56% w czasie 120s oddziaływania, przy mocy 700W i 900W. Redukcja ogólnej liczby bakterii pod wpływem mikrofal wyniosła 42% i 51% (odpowiednio dla 700W i 900W), a pałeczek z rodziny Enterobacteriaceae od 54% do 70% w zależności od mocy promieniowania, czasu działania i własności biochemicznej.

EN

The work presents the possibility of elimination of Clostridium perfringens in surplus activated sludge handling by microwave radiation. An assessment of the impact of microwave radiation as a disintegration and higienisation method of surplus activated sludge was based on an analysis of the value of COD and changes in population of the bacteria Clostridium perfringens and overall sticks in the family Enterobacteriaceae. Basis on the results of the research was concluded that microwave radiation (700W and 900W) shows disintegration action expressed in COD value in the supernatant increase: 12 times increase value of COD with power 700W and 13 times for 900W radiation power. Electromagnetic wave contributed to partial higienisation of surplus activated sludge. The number of Clostridium perfringens decrease about 52% and 56% during the 120s of higienisation process with power 700W and 900W, respectively. Reduction of the overall number of bacteria under the influence of microwave radiation was 42% and 51% (respectively for 700W and 900W), and sticks from the family Enterobacteriaceae from 54% to 70% depending on the power of radiation, the time of operation and biochemical properties

6

Wpływ alkalizacji osadu czynnego nadmiernego na produkcję biogazu

Grűbel K., Machnicka A., Wacławek S.

Proceedings of ECOpole

|

2012

|

Vol. 6, No. 2

707--712

PL

Chemiczna dezintegracja osadu czynnego pod wpływem jego alkalizacji skutkuje destrukcją i rozdrobnieniem kłaczków oraz mikroorganizmów, jak również wzrostem stężenia materii organicznej w fazie płynnej osadu. Fermentacja mezofilowa osadu nadmiernego jest najczęstszym procesem wykorzystywanym w średnich i dużych oczyszczalniach ścieków. Zachodzi ona w czterech głównych etapach. Pierwszy etap, tj. hydroliza, powoduje rozkład związków makromolekularnych do monomerów. Etap ten limituje szybkość reakcji następnych procesów: acidogenezy i acetogenezy. Zastosowanie chemicznej dezintegracji osadu ułatwia biologiczną hydrolizę, a także może znacząco wpływać na wzrost tempa stabilizacji. Z przeprowadzonych badań wynika, iż podniesienie odczynu osadu do wartości pH = 9,0 powoduje wzrost stężenia ChZT w cieczy nadosadowej z wartości 101 do 530 mg O2/dm3. Ponadto w pracy przedstawiono wpływ chemicznej dezintegracji osadu na wzrost produkcji biogazu.

EN

Chemical disintegration of surplus activated sludge by alkalization results in destruction and disruption of the flocs and microorganisms as well as increase concentration of organic matter in supernatant. The mesophilic anaerobic sewage sludge digestion is an established process, most often applied at medium and large municipal sewage treatment plants. Four major steps of anaerobic digestion are distinguished. The first hydrolysis step leads to solubilization of insoluble particulate matter and biological decomposition of organic polymers to monomers or dimers. The hydrolysis step is recognized as the rate-limiting step of the following second and third steps, the processes of acidogenesis and acetogenesis. Chemical disintegration activates biological hydrolysis and, therefore, it can significantly increase the stabilization rate of the secondary sludge. It has been shown that when the activated sludge was subjected to alkalization to pH 9.0 value, the COD concentration increased from 101 mg/dm3 to 530 mg/dm3 in sludge supernatant. The paper presents a potential application of chemical disintegration for sewage sludge (mainly activated sludge) to upgrading biogas production.

7

Oddziaływanie dezintegracji mikrofalowej na osad czynny

Grűbel K., Machnicka A.

Proceedings of ECOpole

|

2011

|

Vol. 5, No. 1

217--222

PL

Dezintegracja mikrofalowa osadu czynnego powoduje uwolnienie materii organicznej z fazy stałej do fazy ciekłej. Proces ten skutkuje wzrostem wartości ChZT w cieczy o ok. 614 mg O2/dm3. Promieniowanie mikrofalowe korzystnie wpływa również na zmniejszenie indeksu objętościowego osadu (IOO) z wartości 195 do 54 cm3/g s.m. Przeprowadzone badania potwierdzają, iż zastosowanie fali elektromagnetycznej może stać się nową, korzystną metodą pozwalającą na udoskonalenie procesów oczyszczania ścieków i przeróbki powstających osadów ściekowych.

EN

Microwave disintegration of activated sludge causes organic matter transfer from the solid phase to the liquid phase. This process results in an increase of the COD value in liquid by ca 614 mg O2/dm³. Microwave radiation positively influences the sludge volume index (SVI) decrease from 195 to 54 cm3/g s.s. Our research confirmed that the application of an electromagnetic wave may become a new effective way of improving sewage treatment and processing sewage sludge.

8

Badania i ocena możliwości stosowania zwężki kawitacyjnej do intensyfikacji procesu fermentacji osadów ściekowych

Mirota K., Grűbel K., Machnicka A.

Ochrona Środowiska

|

2011

|

Vol. 33, nr 1

47-52

PL

Metoda kawitacji hydrodynamicznej (przepływowej) jest jedną z bardziej obiecujących metod do wstępnej przeróbki osadów ściekowych. W jej następstwie dochodzi do silnej destrukcji i rozrywania mikroorganizmów osadu czynnego, a dzięki temu do uwalniania i przyrostu ilości substancji organicznych w cieczy nadosadowej. Celem badań był dobór optymalnej postaci zwężki kawitacyjnej do dezintegracji osadu czynnego przeznaczonego do fermentacji. Posługując się metodami symulacji numerycznych (CFD) rozpatrzono wiele postaci geometrycznych zwężki, charakteryzujących się stałą wartością liczby kawitacji. Przepływ turbulentny płynu opisano za pośrednictwem modelu RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes). Uzyskane rozkłady pól ciśnień posłużyły do wyboru trzech najbardziej obiecujących postaci geometrycznych zwężki, które poddano następnie ocenie eksperymentalnej. Skuteczność dezintegracji osadu czynnego scharakteryzowano za pomocą przyrostu wartości ChZT cieczy osadowej. Dodatkowo do oceny badanego procesu wprowadzono wskaźnik w postaci stopnia dezintegracji (DDM) obliczony metodą Müllera. Wykazano, że po 30 min dezintegracji osadu wartość ChZT wzrosła 3,65-krotnie, a obliczony stopień jego dezintegracji osiągnął 42%. Przeprowadzone następnie próby fermentacji mezofilnej osadu zdezintegrowanego metodą hydrodynamiczną w zwężce kawitacyjnej przyniosły znaczący (prawie dwukrotny) przyrost produkcji biogazu. Wskazuje to na celowość zastosowania tej metody przeróbki osadów w skali technicznej.

EN

Hydrodynamic cavitation is amongst the most promising methods of sewage sludge pretreatment. With this method, strong destruction and disruption of the sewage sludge microorganisms, and consequently an increment in the quantity of organic matter in the supernatant can be achieved. The aim of this study was to find the optimal design of the cavitational device for disintegrating the sewage sludge intended for fermentation. Making use of the CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation methods, a variety of configurations with a constant cavitation number was considered and evaluated. Turbulent fluid flow was described in terms of the RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) model. With the pressure field distributions obtained in this way it was possible to choose three very promising geometries of the cavitational device, which were then made subject to experimental verification. The efficiency of sewage sludge disruption was established in terms of the increment in the COD value of the supernatant. The investigated process was additionally assessed using the coefficient DDM (Degree of Disintegration) calculated by Müller's method. It has been demonstrated that after 30-minute disintegration the COD value increased 3.65fold, and the calculated value of DDM was 42%. Mesophilic digestion tests conducted in the cavitational device with sewage sludge samples disintegrated by the hydrodynamic method brought about a significant (approximately twofold) increase in biogas production. These findings substantiate the applicability of the proposed sewage sludge pretreatment method on a technical scale.