Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of Thermal and Alkaline Disintegration of Excess Sludge on Biodegradation

Zawieja Iwona

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 10

172--182

EN

Thermal methods of sludge disintegration can be divided into high temperature (over 100°C) and low temperature (below this temperature). They consist in the supply or removal of thermal energy, contributing to the changes in sludge structure and physicochemical properties. During the chemical disintegration of excess sludge with sodium hydroxide, there is an increase in the pH value, as well as changes in their structure. The OH- ions are highly toxic to the microorganisms living in the excess sludge and affect the decline of biological activity of most microorganisms. The aim of the conducted research was to prove the impact of the thermal and alkaline disintegration of excess sludge on the susceptibility of organic substances to biodegradation. The thermal disintegration of excess sludge was carried out in a shaking water bath, in which the sludge placed in laboratory flasks with an active volume of 0.5 L were heated for a specified period within the scope of the so-called low temperatures, i.e. 65–95 °C. The sludge was heated for a period of 0.5–12 h. The alkaline disintegration of the sludge was carried out with sodium hydroxide in the form of dust at ambient temperature, in sealed plastic bottles with an active volume of 5L, the contents of which were mixed manually every few hours. The regent doses in the range of 0.05–1.3 g NaOH/g VSS and disintegration time 12h were used. As a result of subjecting the excess sludge to disintegration by means of the selected methods, an increase in the concentration of organic substances in the dissolved form in the supernatant liquid was noted. On the basis of the increase in SCOD, TOC value and VFAs concentration, the most favorable modification conditions were determined. As a result of disintegration of the sludge and subsequent methane fermentation, the supporting effects of the applied modification methods were observed, in relation to the conventional methane fermentation of excess sludge.

2

Effect of Dry Ice Modification of Excess Sludge on the Methane Fermentation Process

Zawieja I.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

558--573

EN

The specific susceptibility of excess sludge to the methane fermentation process is a limiting factor for the rate of reaction occurring in the subsequent stages of the process. The kinetics of biochemical changes during spontaneous methane fermentation phases is directly influenced by the increase in the concentration of dissolved organic substances available to microorganisms in the process. Excess sludge deposition by different disintegration methods, ie: chemical, physical, combined increases the efficiency of the methane fermentation process. Among the modifications mentioned above, the advantages of physical methods, especially of thermal nature, should be emphasized. In addition to the significant modification of the excess sludge structure, it does not cause secondary contamination of the prepared sludge and therefore is a promising technological solution. The aim of the study was to determine the effect of dry ice disintegration on the susceptibility of excess sludge to biodegradation. Volatile fatty acids are an important intermediate product in methane fermentation and increased effects of the stabilization process is conditioned by their concentration. Since the phase limiting process is the hydrolysis phase, the first stage of the fermentation, the detailed analysis was carried out in the first eight days of the process by performing physicochemical determinations of the modified sludge. Periodic fermentation was carried out under mesophilic conditions. Excess sludge was prepared with dry ice in a volume ratio of dry ice to excess sludge in range from 0.05L-1 to 0.75L-1. Confirmation of the increased susceptibility of the prepared excess sludge to the methane fermentation process was a modification of the sludge structure expressed by the increase of the disintegration degree. For sludge subjected to disintegration with dry ice, using the most preferred reagent dose, in the following days of the methane fermentation process, in relation to methane fermentation of non-prepared excess sludge, increase of SCOD and TOC values as well as VFAs concentration was noted.

PL

Specyficzna podatność osadów nadmiernych na proces fermentacji metanowej jest czynnikiem ograniczającym szybkość reakcji zachodzących w kolejnych etapach procesu. Na kinetykę przemian biochemicznych podczas zachodzących samorzutnie faz fermentacji metanowej wpływa bezpośrednio wzrost stężenia rozpuszczonych substancji organicznych dostępnych dla mikroorganizmów procesu. Modyfikacja osadów nadmiernych odmiennymi metodami dezintegracji, tj. chemicznymi, fizycznymi, hybrydowymi zwiększa efektywność procesu fermentacji metanowej. Spośród wymienionych powyżej metod modyfikacji należy podkreślić zalety metod fizycznych, zwłaszcza termicznych. Oprócz istotnej modyfikacji struktury osadów nadmiernych, nie powodują one wtórnego zanieczyszczenia preparowanych osadów i stanowią obiecujące rozwiązanie technologiczne. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu dezintegracji osadów nadmiernych suchym lodem na wzrost podatność na biodegradację. Lotne kwasy tłuszczowe są ważnym produktem pośrednim fermentacji metanu, a zwiększona wydajność procesu stabilizacji zależy od ich stężenia. Ponieważ procesem limitującym fermentacje metanową jest faza hydrolizy, pierwszy etap stabilizacji, dokonano analizy wybranych oznaczeń fizyczno-chemicznych w ciągu pierwszych ośmiu dób procesu fermentacji modyfikowanych osadów Okresową fermentację metanową prowadzono w warunkach mezofilowych. Stworzono mieszaniny suchego lodu i osadów nadmiernych w stosunku objętościowym reagenta do osadów w zakresie od 0,05/1 do 0,75/1. Potwierdzeniem zwiększonej podatności dezintegrowanych osadów nadmiernych na proces fermentacji metanowej był zachodzący proces lizy osadów nadmiernych wyrażony wzrostem stopnia dezintegracji. W przypadku osadów nadmiernych poddanych dezintegracji suchym lodem, przy użyciu najkorzystniejszej dawki reagenta, w kolejnych dobach procesu fermentacji metanowej, w odniesieniu do fermentacji metanowej niepreparowanych osadów nadmiernych, odnotowano wzrost wartości rozpuszczonego chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT), ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz stężenia lotnych kwasów tłuszczowych (LKT).

3

Platforma karboksylowa : produkcja i wykorzystanie lotnych kwasów tłuszczowych

Chwiałkowska J., Oleśkowicz-Popiel P.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 4

800--808

PL

Przedstawiono charakterystykę lotnych kwasów tłuszczowych, przegląd możliwych do zastosowania w procesie fermentacji strumieni odpadowych, jak również główne zastosowania lotnych kwasów tłuszczowych produkowanych w platformie karboksylowej.

EN

A review, with 81 refs. of raw materials used for prodn. Of the fatty acids (biomass, org. wastes, sludges), conditions of the prodn. processes and uses for manufg. Polyhydroxyalkanolates, H₂, and elec. energy in microbial fuel cells.

4

Wpływ dezintegracji osadów nadmiernych na zmiany wartości całkowitego węgla organicznego (OWO)

Zawieja I.

Proceedings of ECOpole

|

2016

|

Vol. 10, No. 2

785--790

PL

Efektywność przemiany substancji organicznych zawartych w osadach nadmiernych do formy rozpuszczonej jest traktowana jako ważny czynnik limitujący przebieg procesu stabilizacji beztlenowej. Bezpośrednim efektem, zachodzącego w dezintegrowanych osadach, procesu lizy jest wzrost wartości ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz korelujący z nim wzrost wartości chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT) oraz stężenia lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). Ogólny węgiel organiczny jest wskaźnikiem zawartości w cieczy nadosadowej całkowitego węgla organicznego w formie rozpuszczonej (RWO) i zawieszonej (ZWO). Wraz z zachodzącym, w wyniku procesów biochemicznych, wzrostem stopniem rozkładu substancji organicznych zawartych w osadach maleje wartość ilorazu ChZT do OWO. Celem badań było określenie wpływu procesu dezintegracji osadów nadmiernych na zmiany wartości całkowitej węgla organicznego. Proces chemicznej dezintegracji osadów nadmiernych prowadzono, stosując wybrane reagenty kwaśne (HCl), zasadowe (KOH) i utleniające (H2O2). Modyfikację przeprowadzono w temperaturze pokojowej w ciągu 6 i 24 godzin. Podczas procesu dezintegracji osadów nadmiernych odnotowano wzrost wartości ogólnego węgla organicznego, chemicznego zapotrzebowania na tlen, a także stężenia lotnych kwasów tłuszczowych, co potwierdziło podatność preparowanych osadów na biodegradację. Stwierdzono, że w przypadku uzyskanego wzrostu wartości badanych wskaźników zastosowany czas preparowania 24 h nie wpłynął znacząco na efektywność dezintegracji prowadzonej wodorotlenkiem potasu. Najwyższą wartość ChZT (8354 mg O2/dm3) uzyskano w przypadku chemicznej dezintegracji wodorotlenkiem potasu w dawce 6 g/dm3 i czasu preparowania 6 h. Dla podanych powyżej warunków preparowania uzyskano wartość ogólnego węgla organicznego 1450 mg C/dm3.

EN

The efficiency of conversion of organic substances contained in the excess sludge to the dissolved form is considered as an important factor limiting the process of anaerobic stabilization. Direct effect, occurring in the disintegrated sludge, lysis process is to increase the value of the total organic carbon (TOC), correlates with the increase of the chemical oxygen demand (COD) and the concentration of volatile fatty acids (VFAs). The total organic carbon content is indicative of the supernatant liquid of total organic carbon in dissolved form (DOC) and suspended (SOC). Together with occurring, as a result of biochemical processes, increase the degree of decomposition of organic substances contained in the sludge decreases the value of the ratio of COD to TOC. The aim of the study was to determine the impact of the process of excess sludge disintegration on the changes of the total organic carbon values. The process of chemical disintegration of excess sludge was treated using the selected acidic i.e. HC, alkaline i.e. KOH, Ca (OH)2 and oxidizing reagents i.e. H2O2. The modification was carried out at ambient temperature for 6 and 12 h. During sludge disintegration it was noticed the growth of total organic carbon values, chemical oxygen demand as well as concentration of volatile fatty acids that confirmed the susceptibility of prepared sludge to biodegradation. It has been found that in the case of the tested indicators, the time of a preparation 24 h did not affect significant the effectiveness of disintegration by KOH. The highest COD value of 8354 mg O2/dm3 obtained in case of chemical disintegration of sodium hydroxide at a dose of 6 g/dm3 and preparation time 6 h. For given conditions of preparing a value of total organic carbon was 1450 mg C/dm3.

5

The impact of excess sludge disintegration on the changes of total organic carbon value

Zawieja I.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2016

|

Vol. 23, nr 4

421--432

EN

The efficiency of conversion of organic substances contained in the excess sludge to the dissolved form is considered as an important factor limiting the process of anaerobic stabilization. Direct effect, occurring in the disintegrated sludge, lysis process is to increase the value of the total organic carbon (TOC), correlates with the increase of the concentration of volatile fatty acids (VFAs). The total organic carbon content is indicative of the supernatant liquid of total organic carbon in dissolved form (DOC) and suspended (SOC). Together with occurring, as a result of biochemical processes, increase the degree of decomposition of organic substances contained in the sludge decreases the value of the ratio of COD to TOC. The aim of the study was to determine the impact of the process of excess sludge disintegration on the changes of the total organic carbon values. The process of chemical disintegration of excess sludge was treated using the selected acidic ie HCl, alkaline ie KOH and oxidizing reagents ie H2O2. The modification was carried out at ambient temperature for 6 and 24 h. During sludge disintegration it was noticed the increase of total organic carbon values, disintegration degree as well as the concentration of volatile fatty acids that confirmed the susceptibility of prepared sludge to biodegradation. The highest TOC value of 2150 mg C/dm3 obtained in case of chemical disintegration of potassium hydroxide at a dose of 12.0 g/dm3 and preparation time 24 h. For given conditions of preparing a concentration of VFAs was 523 mg CH3COOH/dm3.

PL

Efektywność przemiany substancji organicznych zawartych w osadach nadmiernych do formy rozpuszczonej jest traktowana jako ważny czynnik limitujący przebieg procesu stabilizacji beztlenowej. Bezpośrednim efektem procesu lizy zachodzącego w dezintegrowanych osadach jest wzrost wartości ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz korelujący z nim wzrost wartości stężenia lotnych kwasów tłuszczwych (LKT). Ogólny węgiel organiczny jest wskaźnikiem zawartości w cieczy nadosadowej całkowitego węgla organicznego w formie rozpuszczonej (RWO) i zawieszonej (ZWO). Wraz z zachodzącym w wyniku procesów biochemicznych wzrostem stopniem rozkładu substancji organicznych zawartych w osadach maleje wartość ilorazu ChZT do OWO. Celem badań było określenie wpływu procesu dezintegracji osadów nadmiernych na zmiany wartości całkowitej węgla organicznego. Proces chemicznej dezintegracji osadów nadmiernych prowadzono, stosując wybrane reagenty kwaśne (HCl), zasadowe (KOH) i utleniające (H2O2). Modyfikację przeprowadzono w temperaturze pokojowej w ciągu 6 i 24 godzin. Podczas procesu dezintegracji osadów nadmiernych odnotowano wzrost wartości ogólnego węgla organicznego, a także stężenia lotnych kwasów tłuszczowych, co potwierdziło podatność preparowanych osadów na biodegradację. Najwyższą wartość OWO 2150 mg C/dm3 uzyskano w przypadku chemicznej dezintegracji wodorotlenkiem potasu w dawce 12 g/dm3 i w czasie preparowania 24 h. Dla podanych powyżej warunków preparowania uzyskano stężenie LKT, wynoszące 523 mg CH3COOH/dm3.

6

Influence of Ultrasonic Pretreatment on Anaerobic Digestion of Excess Sludge from the Food Industry

Zawieja I., Wolny L., Wolski P.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2015

|

Tom 17, cz. 1

351--366

PL

Przeróbka i unieszkodliwianie osadów ściekowych stanowi niezwykle aktualny problem technologiczny, co wiąże się z powstawaniem w ostatnich latach nowych obiektów oczyszczalni, modernizacją już istniejących, jak również z rozwojem wysokoefektywnych metod oczyszczania ścieków. Przez lata wiodącym trendem w zagospodarowaniu osadów ściekowych w Polsce było ich składowanie, jednak obowiązujące w Unii Europejskiej uwarunkowania prawne uniemożliwiają zastosowanie takiego rozwiązania w przyszłości. Modernizacja ciągu technologicznego oczyszczalni ścieków poprzez poprzedzenie wybranych procesów oczyszczania ścieków oraz utylizacji osadów procesem dezintegracji o odpowiednio dobranych parametrach wiąże się ze wzrostem efektywności działania obiektu, nie tylko pod względem technologicznym ale również ekonomicznym. Dezintegracja osadów nadmiernych przed procesem stabilizacji beztlenowej wpływa na zwiększenie podatności osadów na biochemiczny rozkład w warunkach beztlenowych, czego efektem jest przyspieszenie fazy hydrolitycznej procesu, warunkującej powstawanie w kolejnych etapach procesu lotnych kwasów tłuszczowych. Wartość oraz tempo generowania LKT znajduje bezpośrednie odbicie w efektywności produkcji biogazu oraz uzyskanym stopniu mineralizacji osadów. Celem prowadzonych badań była ocena wpływu dezintegracji ultradźwiękowej osadów nadmiernych pochodzących z przemysłu spożywczego na proces hydrolizy będący pierwszym etapem fermentacji metanowej. W badaniach użyto dezintegrator ultradźwiękowy typu VC-750. Osady poddano modyfikacji polem ultradźwiękowym (UD) o amplitudzie drgań pola UD 15, 21, 31, 37, 46 mm i czasie sonifikacji ts = 60–360 s. Następnie przeprowadzono procesy 10-dobowej fermentacji metanowej osadów, poprzedzone modyfikacją osadów nadmiernych polem UD o wybranych, najkorzystniejszych parametrach dezintegracji. Największą skuteczność nadźwiękawiania osadów odnotowano dla czasu ekspozycji równego 360 s oraz amplitudy drgań pola UD 46 mm, uzyskując ok. 5-kotny wzrost wartości ChZT oraz ok. 3-krotny LKT w odniesieniu do wartości początkowych wskaźników.

7

Pozyskiwanie biogazu w procesie stabilizacji beztlenowej termicznie modyfikowanych osadów ściekowych

Zawieja I., Barański M., Małkowski M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2010

|

T. 13, nr 3

185-196

PL

Wzrost stopnia dezintegracji poddanych termicznej modyfikacji osadów nadmiernych warunkuje ich podatność na biodegradację. Efektem dezintegracji jest zachodzący proces hydrolizy termicznej, wpływający bezpośrednio na szybkość przebiegu fazy hydrolitycznej stabilizacji beztlenowej, a w konsekwencji na efektywność fermentacji metanowej, powodujący wzrost stopnia przefermentowania osadów oraz produkcji biogazu. Celem prowadzonych badań była intensyfikacja produkcji biogazu podczas stabilizacji beztlenowej termicznie kondycjonowanych osadów nadmiernych. Substratem badań był nadmierny osad czynny pochodzący z Centralnej Oczyszczalni Ścieków P.S.W. "WARTA" w Częstochowie. W celu zainicjowania procesu stabilizacji osad nadmierny zaszczepiono osadem przefermentowanym, stanowiącym 10% mieszaniny badawczej. Na wstępie prowadzonych badań określono najkorzystniejsze warunki termicznej modyfikacji osadów nadmiernych. Przeprowadzono pięć cykli badawczych w temperaturach: 50, 60, 70, 80, 90°C i w przedziale czasowym 0,5঩ h. W kolejnym etapie badań przeprowadzono proces okresowej stabilizacji beztlenowej w komorze fermentacyjnej, w mezofilowym reżimie temperatur. Natomiast w celu zbadania zachodzących, w kolejnych 10 dobach stabilizacji, zmian parametrów fizyczno-chemicznych osadów proces fermentacji prowadzono w kolbach laboratoryjnych stanowiących komory fermentacyjne. Z badanego zakresu temperatur do dalszych badań wybrano temperaturę 50 i 70°C. Dla temperatury 50°C i najkorzystniejszego czasu kondycjonowania wynoszącego 2,5 h uzyskano odpowiednio ok. 9-krotny oraz 3,5-krotny wzrost wartości ChZT oraz LKT w odniesieniu do wartości początkowych, natomiast dla temperatury 70°C i najkorzystniejszego czasu kondycjonowania wynoszącego 1,5 h odpowiednio ok. 8,5-krotny oraz 3,5-krotny wzrost wartości ChZT oraz LKT. W wyniku poddania osadów procesowi 25-dobowej stabilizacji beztlenowej uzyskano dla badanych osadów następujący stopień przefermentowania: surowe osady nadmierne 45%, osady kondycjonowane termicznie w temperaturze 50 i 70°C przez okres odpowiednio 2,5 oraz 1,5 h: 55 i 46%. Jednostkowa produkcja biogazu dla ww. osadów wyniosła odpowiednio 0,4; 1,92 i 0,7 dm³/g s.m.o.

EN

The increase of the disintegration degree of thermally pretreated excess sludge determines its susceptibility to biodegradation. Thermal hydrolysis process, directly affects on the course rate of hydrolytic phase during anaerobic stability, and consequently on the efficiency of methane fermentation, giving the increase of sludge digestion degree and biogas production. The aim of this study was the intensification of biogas production during anaerobic stabilization of thermally conditioned excess sludge. Test substrate of the research was excess sludge from the Central Wastewater Treatment Plant "Warta" in Czestochowa. In order to initiate the process of stabilization, the excess sludge was inoculated by digested sludge, constituting 10% of the test mixture. At the outset of the study the most favorable conditions for the thermal modification of excessive sludge was determined. Five cycles of testing for temperatures 50, 60, 70, 80, 90°C and time interval 0.5঩ h were carried out. In the next stage of the study, periodic stabilization process was conducted in anaerobic digester in the mesophilic temperature regime. During 10 days of acid fermentation, in laboratory flasks changes in physico-chemical parameters of digested sludge were examined. From the test temperature range two temperatures 50 and 70°C were selected for further study. For the temperature of 50°C and the conditioning best time of 2.5 h, approximately 9-fold and 3.5-fold increase of the COD and VFA values in relation to baseline values were obtained, whereas for the temperature of 70°C and the conditioning best time of 1.5 h respectively about 8.5-fold and 3.5-fold increase of the COD and VFA values were observed. As a result of 25-day anaerobic stabilization process the following digestion degrees were obtained: for raw excess sludge 45% for, deposits thermally conditioned at 50 and 70°C in periods of 2,5 h and 1.5 h: 55 and 46% respectively. The unit biogas production for the above sludge amounted to 0.4, 1.92. and 0.7 dm³/g o.d.m.