Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ stałego pola magnetycznego na fermentację metanową komunalnych osadów ściekowych

Zieliński Marcin, Dębowski Marcin, Kazimierowicz Joanna

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2021

|

Nr 12

12--17

PL

Celem prowadzonych badań było określenie wpływu zastosowania stałego pola magnetycznego na efektywność fermentacji metanowej komunalnych osadów ściekowych. Stwierdzono istotny wpływ tego czynnika fizycznego na skład jakościowy biogazu. Największą wydajność produkcji metanu na poziomie 431±22 dm3CH4/kg s.m.o. oraz jego procentową zawartość wynoszącą 66,1±1,9% stwierdzono w wariancie, w którym czas zatrzymania w obszarze oddziaływania pola magnetycznego wynosił 144 min/doba. Najniższe efekty zanotowano, gdy czas zatrzymania w polu magnetycznym wynosił 432 min/doba. W wariacie tym uzyskano 54,8±1,9% zawartość CH4 w biogazie.

EN

The aim of the study was to determine the effect of the application of a constant magnetic field on the efficiency of methane fermentation of municipal sewage sludge. A significant influence of this physical factor on the qualitative composition of biogas was found. The highest methane production efficiency at the level of 431±22 dm3CH4/kg o.d.m. and its percentage content of 66.1±1.9% was found in the variant where the retention time in the area of the magnetic field impact was 144 min/ day. The lowest effects were observed when the retention time in the magnetic field was 432 min/ day. In this variant, the 54,8±1,9% CH4 in the biogas was obtained.

2

Biologiczna stabilizacja beztlenowa osadów ściekowych: teoria i praktyka

Sytek-Szmeichel K., Heidrich Z., Wróblewski J.

Forum Eksploatatora

|

2017

|

Nr 5 (92)

26-31

PL

Biologiczna stabilizacja beztlenowa osadów ściekowych, zwana inaczej fermentacją metanową, jest złożonym procesem biochemicznym, w czasie którego dokonuje się rozkład substancji organicznych zawartych w osadach w warunkach beztlenowych. Wielkocząsteczkowe substancje organiczne zawarte w osadach są rozkładane przez bakterie na związki proste, chemicznie ustabilizowane, głównie metan i dwutlenek węgla.

3

Bilans masowy osadów w stabilizacji beztlenowej : nowe doświadczenia

Wójtowicz A.

Forum Eksploatatora

|

2017

|

Nr 4 (91)

50-51

PL

Bilansowanie mas osadów w ciągu technologicznym komunalnej oczyszczalni ścieków wydaje się rzeczą oczywistą, która nie po winna stwarzać większych problemów technologom i operatorom. Tym bardziej, że można zweryfikować go bilansem energetycznym lub masowym poszczególnych pierwiastków, np. fosforu. Do niedawna tak uważałem. Różnego rodzaju uproszczenia i pobieżna sytuacja wpływu niektórych czynników na wynik bilansu oraz stereotypowe myślenie mogą spowodować znaczny „rozjazd” teorii z rzeczywistością i długie godziny spędzone nad poszukiwaniem popełnianego błędu.

4

Wpływ stopnia dezintegracji osadów ściekowych poddanych alkalicznej modyfikacji na wartość jednostkowej produkcji biogazu

Zawieja I., Wolny L.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2014

|

T. 17, nr 3

503--512

PL

Osady nadmierne wykazują niską podatność na proces biochemicznego rozkładu w warunkach beztlenowych. Jedną z metod modyfikacji osadów, prowadzącą do zwiększenia stopnia ich mineralizacji, jest alkaliczna dezintegracja, warunkująca intensyfikację fazy hydrolitycznej stabilizacji beztlenowej oraz efektywność kolejnych faz procesu. Celem przeprowadzonych badań było określenie zależności pomiędzy uzyskaną wartością stopnia dezintegracji osadów a otrzymaną jednostkową produkcją biogazu odnotowaną podczas stabilizacji beztlenowej osadów nadmiernych poddanych alkalicznej modyfikacji. Proces fermentacji metanowej prowadzony był w skali laboratoryjnej w warunkach mezofilowych w komorze fermentacyjnej amerykańskiej firmy Applicon o objętości czynnej wynoszącej 5 l. 28-dobowemu procesowi biochemicznego rozkładu w warunkach beztlenowych poddano niekondycjonowane osady nadmierne oraz osady poddane procesowi alkalicznej modyfikacji. Dezintegracja osadów metodą chemiczną prowadzona była w kolbach laboratoryjnych zabezpieczonych przed dostępem powietrza rurką manometryczną o objętości czynnej 0,5 dm3 . W badaniach zastosowano jako reagent wodorotlenek sodu, występujący w formie granulowanej, w zakresie dawek 0,1÷1,0 g NaOH/g s.m.org. Ze względu na uwarunkowania procesowe stabilizacji beztlenowej, jak również wartość otrzymanego stopnia dezintegracji, do dalszych badań wybrano dawki 0,1 oraz 0,6 g NaOH/g s.m.org. W wyniku poddania osadów alkalicznej dezintegracji odnotowano, w odniesieniu do stabilizacji beztlenowej osadów niepreparowanych, znaczny wzrost efektywności procesu korelujący z odnotowanym zwiększeniem stopnia dezintegracji osadów preparowanych badaną metodą.

EN

Excess sludge has low susceptibility to biochemical decomposition in the anaerobic conditions. One of the sludge structure modification methods, leading to increase of mineralization degree is alkaline disintegration. Intervention in the structure of sludge through initial conditioning affects not only intensification of fermentation process but also its hydraulic parameters. The aim of investigation was determination of dependences between obtained value of sludge disintegration degree and elementary value of biogas output, which was noted during anaerobic stabilization of excess sludge after alkaline modification. Process of methane fermentation was conducted in the laboratory scale in mesophilic conditions in the fermentation chamber Applicon of active volume 5 l. 25 days of biochemical disintegration process in the anaerobic conditions was applied to unconditioned excess sludge and sludge after alkaline modification. Sludge disintegration with chemical method was led in laboratory flasks with the manometric tube of value 0.5 dm3 . In the investigations as the reagent was used sodium hydroxide in the granulate form, in the doses range of 0.2÷1.0 g NaOH/g VSS. To the further tests the dose of 0.1 and 0.6 g NaOH/g VSS was selected in view of anaerobic stabilization processing conditions and also the value of disintegration degree which was obtained. As the result of this way of sludge treatment it was observed the increase of anaerobic stabilization process efficiency in comparison to the anaerobic stabilization of unprepared sludge. The most effective dose of the reagent used during alkaline disintegration of excess sludge was 0.6 g NaOH/g VSS, yielding about 59% of disintegration degree of sludge. The smallest degree of disintegration of 15% was noted for the chemical modification of the treated sludge in a dose of 0.1 g NaOH/g VSS. As a result of disintegration of excess sludge by a chemical method using a dose of 0.1 and 0.6 g NaOH/g VSS observed with respect to the anaerobic stabilization of excess sludge respectively about 22 and the 37% increase in the digested degree of sludge, noting for the untreated sludge value of unit biogas yield of 0.08 dm3/g VSS, while for sludge of chemically modified 0.17 and 0.37 dm3/g VSS.

5

Wpływ dezintegracji fizycznej osadów nadmiernych na przebieg procesu stabilizacji beztlenowej

Barański M., Małkowski M., Wolny L.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2014

|

T. 17, nr 2

315--324

PL

Wstępna termiczna obróbka osadów ściekowych wpływa na poprawę biochemicznego rozkładu w procesie stabilizacji beztlenowej oraz znaczną minimalizację masy odpadów. Ingerencja w przebieg procesu fermentacji metanowej poprzez modyfikację osadów przed procesem stabilizacji beztlenowej wpływa na ich końcową podatność na odwadnianie (CSK i zagęszczanie) oraz wzrost stężenia chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT) i lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). Stabilizacja wstępnie wspomagana kondycjonowaniem zmienia skład fizyczny osadów poprzez rozluźnienie wiązań istniejących pomiędzy cząsteczkami wody i osadów. 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. Celem prowadzonych badań było określenie wpływu termicznego kondycjonowania osadów nadmiernych na przebieg stabilizacji beztlenowej. Badania przeprowadzono dla Mieszaniny I (osad nadmierny + osad przefermentowany), Mieszaniny II (osad nadmierny kondycjonowany termicznie w temp. 60°C przez 1,5 h + osad przefermentowany) oraz Mieszaniny III (osad nadmierny kondycjonowany termicznie w temp. 80°C przez 1,5 h + osad przefermentowany). W pierwszym dniu prowadzenia procesu fermentacji odnotowano wzrost wartości CSK, jednakże po 2 dniu nastąpił spadek tego wskaźnika dla każdej z badanych próbek. Efekt obniżenia CSK stwierdzono dla Mieszaniny III (80°C - 1,5 h), dla której w 4 dobie wartość CSK wynosiła 143 s, a dla Mieszaniny II (60°C - 1,5 h) wartość CSK wyniosła 123 s. Po przeprowadzeniu procesu 10-dobowej stabilizacji beztlenowej najwyższe stężenie ChZT, wynoszące 1500 mg O2/dm3, odnotowano dla Mieszaniny III (80°C - 1,5 h) przed procesem oraz 1355 mg O2/dm3 w drugiej dobie prowadzenia procesu dla Mieszaniny II (60°C - 1,5 h). Po przeprowadzeniu procesu stabilizacji beztlenowej ubytek suchej materii organicznej wyrażony za pomocą stopnia przefermentowania wyniósł 25, 39 i 45% odpowiednio dla Mieszanin I, II i III.

EN

Preliminary thermal treatment of sewage sludge influences the biochemical disintegration improvement in the anaerobic stabilization process and the minimization of waste mass. Degree of liquefaction of insoluble organic polymers to the dissoluble form, available for microorganisms, has the essential influence on the velocity of sludge biodegradation. Application of thermal preatreatment before anaerobic stabilization process increases the value of sludge fermentation degree and in this way impact on the efficiency of sewage sludge dewatering. This modification of sludge before anaerobic stabilization process has a possitive impact on the sludge dewaterability (CST), thickening and increase of COD and VFA value. Substrate of investigation was excess sludge from municipal wastewater treatment plant (WWTP) “WARTA” in Częstochowa. The excess sludge was mixed with fermented sludge in the amount of 10%. The aim of investigation was determination of the thermal conditioning influence on the anaerobic stabilization process. The tests were led for Mixture I (excess sludge + fermented sludge), Mixture II (excess sludge thermal conditioned with 60°C during 1.5 h + fermented sludge) and Mixture III (excess sludge thermal conditioned with 80°C during 1.5 h + fermented sludge). Preliminary thermal conditioning of excess sludge impacted on the values of methane fermentation parameters. In the first day of this process the increase of CST values was observed, but after second day the decrease of this indicator was noted for each of tested samples. As a result of CST decrease it was observed for Mixture III (80°C - 1.5 h) for which in fourth day the value of CST was 143 s, and for Mixture II (60°C - 1.5 h) this value was 123 s. After 10 days of anaerobic stabilization the highest value of COD equal to 1500 mg O2/dm3 was noted for Mixture III (80°C - 1.5 h) before process and 1355 mg O2/dm3 in the second day for Mixture II (60°C - 1.5 h). After anaerobic stabilization process the reduction of organic dry matter expressed by fermented degree was 25, 39 and 45% for Mixture I, II, III respectively.

6

Ocena efektywności procesu przeróbki osadów - aktywność metanogenna

Cimochowicz-Rybicka M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2014

|

T. 17, nr 2

293--306

PL

W artykule omówiono podstawowe pojęcia opisujące zagadnienia biologicznego rozkładu związków organicznych w warunkach beztlenowych - biodegradowalność i aktywność. Biodegradowalność można scharakteryzować jako biochemiczny potencjał metanogenny, natomiast aktywność metanogenna jest wskaźnikiem zdolności populacji mikroorganizmów do rozkładu substratu. Przedstawiono również badania nad aktywnością metanogenną osadów, które zostały poddane beztlenowej stabilizacji intensyfikowanej dezintegracją ultradźwiękową. Badania przeprowadzono dla osadów nadmiernych, rzeczywistych, pochodzących z Oczyszczalni Ścieków Kraków Kujawy. Wykazano zależność pomiędzy czasem nadźwiękawiania, amplitudą a aktywnością metanogenną osadów. Określona została graniczna wartość energii właściwej (3 kWh/kg s.m.), po przekroczeniu której zaobserwowano obniżenie aktywności mikroorganizmów.

EN

The article presents basic concepts concerning issues of biological decomposition of organic compounds under anaerobic conditions: biodegradability and activity. In the case of anaerobic decomposition of organic substances contained in sewage sludge due to biodegradation, potential substrates can be assessed and methane fermentation can be optimized. Whereas the activity of the population indicates the ability of the microorganisms to carry out the decomposition of the substrate. It is generally defined as the specific rate of consumption of the substrate, or with respect to the total amount of biomass or to a test portion of the population of microorganisms. The value of the activity of sludge depends on the composition of the treated wastewater and substrates on which it is grown, as well as on the type of device in which the process is carried out. The activity is expressed mostly by g COD CH4/g · VSS · d and also by µmol CH4/g · VSS·min, ml CH4/g · VSS · d. In addition, the paper presents a study of the methanogenic activity of excess sludge from the municipal wastewater treatment plant (WWTP) in Krakow. The samples of sludges were stabilized anaerobically after applying ultrasonic disintegration. Methanogenic activity was tested according to the changing conditions of the process: the amplitude (intensity) of ultrasound and sonication time. It was found that increase of both intensity (amplitude) of sound and sonication time resulted in methanogenic activity growth. However, for each type of biomass there was a limiting value at which activity ceased to increase. In consequence of using the process of ultrasonic disintegration, a greater production of methane in the test samples even up to 35% was achieved. The values of the activity of methanogenic sludge from the digesters remained at a level of ca. 0.1 g CODCH4/g · VSS · d and 0.2÷0.21 g CODCH4/g · VSS · d for non-disintegrated and disintegrated sludge, respectively. The relationship between the activity value and the amount of specific energy was shown as well. It was observed that in the initial phase of expenditure of energy, phenomena easily assimilable carbon release was accompanied by raising of methanogenic activity - a beneficial effect. However, after exceeding the limit value of specific energy, for a given sludge sample equal to 3 kWh/kg · TSS cell destruction processes were dominated. The ability of the sludge to produce methane decreased. There has been an adverse effect - reducing the efficiency of generation of methane, despite the expenditure of energy.

7

Bilans ścieków, osadów i odcieków w zmodernizowanej oczyszczalni ścieków mleczarskich S.M. Mlekovita

Dąbrowski W., Boruszko D., Kajurek M

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2014

|

T. 17, nr 3

483--491

PL

W artykule przedstawiono problemy związane z modernizacją jednej z największych oczyszczalni ścieków mleczarskich w Polsce. Oczyszczalnia ścieków mleczarskich firmy S.M. Mlekovita w Wysokiem Mazowieckiem została poddana modernizacji, którą zakończono w 2013 roku. Projekt zakładał Równoważną Liczbę Mieszkańców (RLM) na poziomie 350 000 przy przepływie 7500 m3/d. W procesie oczyszczania ścieków stosuje się flotację ciśnieniową. Oczyszczanie biologiczne zachodzi w komorze defosfatacji oraz w dwóch komorach osadu czynnego z zastosowaniem symultanicznej nitryfikacji i denitryfikacji. Stosowane jest także chemiczne usuwanie fosforu. Osad nadmierny, poflotacyjny oraz serwatka są stabilizowane beztlenowo. W pracy przedstawiono badania przeprowadzone w maju 2014 roku, w których określono parametry ścieków dopływających do oczyszczalni oraz odcieków pochodzących z beztlenowej przeróbki osadu nadmiernego, poflotacyjnego oraz serwatki. Stwierdzono bardzo duże obciążenie oczyszczalni ładunkiem zanieczyszczeń zawartym w odciekach z przeróbki osadów, które odprowadzane są do części biologicznej oczyszczalni. Projekt modernizacji nie uwzględnił konieczności ich wydzielonego oczyszczania poza głównym ciągiem biologicznym. Według badań własnych średnia wartość BZT5 w ściekach mleczarskich wynosiła 2738,0 mg O2/dm3 , w przypadku odcieków było to 185,0 mg O2/dm3. Odwrotną tendencję zaobserwowano w przypadku azotu amonowego. Jego stężenie w ściekach mleczarskich wynosiło średnio 4,0 mg N-NH+4/dm3, natomiast w odciekach 340,0 mg N-NH+4/dm3. Uwzględniając ilość ścieków dopływających z mleczarni i miasta oraz ilość odcieków, stwierdzono, że ładunek azotu amonowego zawarty w odciekach jest ponad 3-krotnie wyższy od ładunku zawartego w ściekach mleczarskich i komunalnych. Otrzymane rezultaty potwierdziły celowość badań nad możliwością zastosowania metody hydrofitowej do wydzielonego oczyszczania odcieków w oczyszczalni w Wysokiem Mazowieckiem.

EN

The article presents problems connected with modernization of one of the dairy waste water treatment plants (WWTP) in Poland. The dairy WWTP belonging to Mlekovita Dairy co-operative in Wysokie Mazowieckie is one of the major ones with Personal Equivalent (PE) about 350 000 and average daily flow of 7500 m3 (data for modernization project). In the sewage treatment, dissolved air flotation (DAF) process was implemented, which allowed significant decrease of pollution load discharged to biological treatment. Biological treatment is carried out in biological chambers allowing simultaneous nitrification and denitrification. Aerobic stabilization of sewage sludge in separate chambers was replaced by anaerobic system. Excess sludge, flotation sludge and whey were stabilized simultaneously in anaerobic reactor. Implementation of anaerobic system enabled production of heat and electric energy from biogas. During own research conducted in May 2014, basic parameters of raw dairy waste water, municipal waste water and reject water were determined. Values of BOD, COD and concentration of ammonia nitrogen, total nitrogen and phosphorus were examined in laboratory belonging to Mlekovita and Bialystok University of Technology (BUT). The modernization project did not include separate treatment of reject water before its discharging to biological treatment. During own research average value of BOD in dairy sewage was 2738 mg O2/dm3 and 185 mg O2/dm3 in reject water. In case of total phosphorus it was 44.0 mg P/dm3 in dairy sewage and 41.0 mg P/dm3 in reject water. Reverse tendency was observed in case of ammonia nitrogen concentration which was in average 4.0 mg N-NH+4/dm3.

8

Potencjalne możliwości przeróbki osadów nadmiernych powstających w ciągu technologicznym komunalnej oczyszczalni ścieków

Bień J., Worwąg M., Wystalska K., Zawieja I., Gałwa-Widera M.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2013

|

Nr 4

161--166

PL

W dobie poszukiwania technologii bezodpadowych, nie zanieczyszczających wtórnie środowiska naturalnego, termiczne procesy unieszkodliwiania odpadów, tj. stabilizacja beztlenowa, kompostowanie, czy też wspomaganie stabilizacji osadów poprzez ich termiczną obróbkę stanowią obiecujące pod względem zarówno ekologicznym, jaki i ekonomicznym rozwiązanie procesowe. Stabilizacja beztlenowa, w odniesieniu do innych metod unieszkodliwiania odpadów ze względu na swój charakter tj. ustabilizowany produkt końcowy, jakimi są osady przefermentowane oraz powstający w trakcie procesu, posiadający znaczną wartość energetyczną - biogaz jest procesem niezwykle konkurencyjnym. Ograniczenia dotyczące wolnego tempa przebiegu zachodzących podczas stabilizacji beztlenowej reakcji, a także złożoności samego procesu stabilizacji wymagają modyfikacji technologii stabilizacji beztlenowej poprzez termiczną obróbkę osadów przed planowanym procesem fermentacji. W ostatnim dziesięcioleciu nastąpił znaczny rozwój technologii oczyszczania ścieków. Głównym produktem ubocznym biologicznego oczyszczania ścieków różnego pochodzenia są osady nadmierne, wykazujące określona podatność na proces biodegradacji. Prawidłowo prowadzony proces stabilizacji osadów pochodzących z przemysłu chemicznego daje możliwość zadawalającego stopnia ich stabilizacji tj. w zakresie od ok. 37% do ok. 39% redukcji zawartości substancji organicznych. Należy podkreślić, że ze względu na charakter osadów oraz możliwość dalszego ich wykorzystania w praktyce, alternatywą dla procesu stabilizacji beztlenowej jest proces kompostowania. Stwierdzono, iż odnotowany w trakcie kompostowania wzrost temperatury powyżej 60°C utrzymującej się przez trzy doby, pozwala na osiągnięcie zupełnej higienizacji kompostu oraz zmniejszenie ilości bakterii chorobotwórczych.

EN

In the era of exploration of non-waste technology, not re-contaminating the environment, thermal processes, waste disposal, namely anaerobic stabilization, composting, or to support the stabilization of sludge by means of their thermal treatment are promising in terms of both ecological and economical solution to what process. Anaerobic stabilization, in relation to other methods of waste disposal due to its nature, ie, stable end product, which are fermented sludge as well as biogas generated during the process, with a significant value of the energy, is extremely competitive. Restrictions on the slow pace of progress occurring during anaerobic stabilization of the reaction and the соmрlехіty of the stabilization process require modification stabilization technology of anaerobic sludge by thermal treatment before the fermentation process. In the last decade there has been considerable development of wastewater treatment technologies. The main product of biological treatment of different origins waste-water is excess sludge, having determined the susceptibility to biodegradation process. Properly carried out the stabilization of sludge from the chemical industry makes it possible to satisfactory degree of stability, in the range of about 37% to about 39% reduction in organic matter content. It should be noted that due to the nature of the sludge and the opportunity to continue their use in practice, an alternative to the stabilization process is anaerobic composting process. It was found that observed during composting temperature rise above 60 ° С continued for three days, allows to achieve complete hygienization compost and the reduction of pathogenic bacteria.

9

Effect of thermo-ultrasonic disintegration of excess sludge on the effectiveness of anaerobic stabilization process

Barański M., Zawieja I., Wolny L.

Proceedings of ECOpole

|

2012

|

Vol. 6, No. 1

21--29

EN

It is estimated that processing of sewage sludge absorbs ca 70% of utilization costs. Subjecting initial and secondary sludge to aerobic stabilization, regarded as environment-friendly and economical technology contributes to a considerable minimization of the mass of the sludge. Biogas production is an essential factor which improves the profitability of the process of methane fermentation since it allows for partial recovery of costs incurred for maintenance of mesophilic conditions of fermentation. Methane fermentation is a process which occurs slowly and necessitates a long period of retaining sludge. The degree of fluidization of insoluble organic polymers to soluble form, available for microorganisms, has essential effect on the rate of sludge biodegradation. Disintegration of excess sludge affects the increase in dispersion of sludge particles, which determines acceleration of the process of hydrolysis which limits the course of anaerobic stabilization. Increase in the speed of production of VFAs and increase in their level over consecutive days of acid fermentation preconditions biogas production efficiency. This paper presents the results of the investigations concerning the effect of disintegration by means of a hybrid method on the efficiency of 25-day anaerobic stabilization ie the degree of sludge fermentation and intensification of biogas production. Application of thermal-ultrasound excess sludge processing caused the increase in the degree of sludge fermentation, where ca 60% removal of organic dry mass was reported with respect to anaerobic stabilization of raw sludge. Moreover, the increase in intensity of biogas production was observed, expressed in the value of unit biogas production, which amounted to 4.64 dm3/g of organic dry mass for the sludge subjected to modification by the hybrid method, whereas this value for raw sludge amounted to 1.1 dm3/g of organic dry mass.

PL

Szacuje się, że przeróbka osadów ściekowych pochłania ok. 70% kosztów eksploatacyjnych oczyszczalni. Poddanie osadów wstępnych i wtórnych stabilizacji beztlenowej, uważanej za technologię zarówno przyjazną środowisku, jak również ekonomiczną, przyczynia się do znacznej minimalizacji masy osadów. Produkcja biogazu stanowi istotny czynnik zwiększający rentowność prowadzonego procesu fermentacji metanowej, ponieważ pozwala na częściowy odzysk kosztów ponoszonych na utrzymanie mezofilowych warunków fermentacji. Fermentacja metanowa to proces przebiegający wolno oraz wymagający długiego okresu zatrzymania osadów. Stopień upłynnienia nierozpuszczalnych polimerów organicznych do postaci rozpuszczonej, dostępnych dla mikroorganizmów, ma znaczący wpływ na szybkość biodegradacji osadów. Dezintegracja osadów nadmiernych wpływa na wzrost dyspersji cząstek osadów, co determinuje przyspieszenie procesu hydrolizy, limitującej przebieg stabilizacji beztlenowej. Zwiększenie szybkości wytwarzania LKT oraz wzrost ich wartości w kolejnych dobach kwaśnej fermentacji warunkuje bezpośrednio efektywność produkcji biogazu. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu dezintegracji prowadzonej metodą hybrydową na efektywność 25-dobowej stabilizacji beztlenowej, tj. wzrost stopnia przefermentowania osadów oraz intensyfikację produkcji biogazu. Zastosowanie termiczno-ultradźwiękowej obróbki osadów nadmiernych wpłynęło na wzrost stopnia przefermentowania osadów, gdzie odnotowano ok. 60% usunięcie s.m.o. w odniesieniu do stabilizacji beztlenowej osadów surowych. Ponadto zaobserwowano wzrost intensywności produkcji biogazu, czego wyrazem była wartość jednostkowej produkcji biogazu wynosząca dla osadów poddanych modyfikacji metodą hybrydową 4,64 dm3/g s.m.ou, natomiast dla osadów surowych 1,1 dm3/g s.m.ou.

10

Effect of Thermal Disintegration of Excess Sludge on the Effectiveness of Hydrolysis Process in Anaerobic Stabilization

Zawieja I., Wolski P.

Archives of Environmental Protection

|

2012

|

Vol. 38, no. 1

103-114

EN

The factor which essentially affects sludge biodegradation rate is the degree of fluidization of insoluble organic polymers to the solved form, which is a precondition for availability of nutrients for microorganisms. The phases which substantially limit the rate of anaerobic decomposition include hydrolytic and methanogenic phase. Subjecting excess sludge to the process of initial disintegration substantially affects the effectiveness of the process of anaerobic stabilization. As a result of intensification of the process of hydrolysis, which manifests itself in the increase in the value and rate of generating volatile fatty acids (VFA), elongation of methanogenic phase of the process and increase in the degree of fermentation of modified sludge can be observed. Use of initial treatment of sewage sludge i.e. thermal disintegration is aimed at breaking microorganisms' cells and release of intracellular organic matter to the liquid phase. As a result of thermal hydrolysis in the sludge, the volatile fatty acids (VFA) are generated as early as at the stage of the process of conditioning. The obtained value of VFA determines the course of biological hydrolysis which is the first phase of anaerobic stabilization. The aim of the present study was to determine the effect of thermal disintegration of excess sludge on the effectiveness of the process of hydrolysis in anaerobic stabilization i.e. the rate of production of volatile fatty acids, changes in the level of chemical oxygen demand (COD) and increase in the degree of reduction in organic matter. During the first stage of the investigations, the most favourable conditions of thermal disintegration of excess sludge were identified using the temperatures of 50°C, 70°C, 90°C and heating times of 1.5 h - 6 h. The sludge was placed in laboratory flasks secured with a glass plug with liquid-column gauge and subjected to thermal treatment in water bath with shaker option. Another stage involved 8-day process of anaerobic stabilization of raw and thermally disintegrated excess sludge. Stabilization was carried out in mesophilic temperature regime i.e. at 37°C, under periodical conditions. In the case of the process of anaerobic stabilization of thermally disintegrated excess sludge at the temperature of 50°C and heating time of 6 h (mixture B) and 70°C and heating time of 4.5% (mixture C), the degree of fermentation of 30.67% and 33.63%, respectively, was obtained. For the studied sludge, i.e. mixture B and mixture C, maximal level of volatile fatty acids i.e. 874.29 mg CH3COOH/dm3 and 1131.43 mg CH3COOH/dm3 was found on the 2nd day of the process. The maximal obtained value of VFA was correlated on this day with maximal COD level, which was 1344 mg O2/dm3 for mixture B and 1778 mg O2/dm3 for mixture C.

PL

Za czynnik wpływający w istotny sposób na szybkość biodegradacji osadów uważany jest stopień upłynnienia nierozpuszczalnych polimerów organicznych do postaci rozpuszczonej, warukującej dostępność substancji odżywczych dla mikroorganizmów. Fazami ograniczającymi szybkość beztlenowego rozkładu są faza hydrolityczna i metanogenna. Poddanie osadów nadmiernych procesowi wstępnej dezintegracji znacząco wpływa na efektywność procesu stabilizacji beztlenowej. W wyniku intensyfikacji procesu hydrolizy, przejawiającej się wzrostem wartości oraz zwiększeniem szybkości generowania lotnych kwasów tłuszczowych (LKT), można zaobserwować wydłużenie fazy metanogennej procesu oraz wzrost stopnia przefermentowania modyfikowanych osadów. Zastosowanie wstępnej obróbki osadów ściekowych, tj. m.in. termicznej dezintegracji osadów, ma na celu rozbicie komórek mikroorganizmów oraz uwolnienie wewnatrzkomórkowej materii organicznej do fazy ciekłej. W wyniku zachodzącej hydrolizy termicznej osadów następuje już na etapie procesu kondycjonowania generowanie lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). Uzyskana wartość LKT determinuje przebieg hydrolizy biologicznej, stanowiącej pierwszą fazę stabilizacji beztlenowej. Celem badań było określenie wpływu termicznej dezintegracji osadów nadmiernych na efektywność procesu hydrolizy w stabilizacji beztlenowej, tj. szybkość produkcji lotnych kwasów tłuszczowych, zmiany wartości ChZT oraz wzrost stopnia redukcji substancji organicznych. W pierwszym etapie badań dokonano określenia najkorzystniejszych warunków termicznej dezintegracji osadów nadmiernych stosując temperaturę 50°C, 70°C, 90°C i czas ogrzewania 1,5 h - 6 h. Osady umieszczone w kolbach laboratoryjnych, zamknięte szklanym korkiem z rurką manometryczną, poddano termicznej obróbce w łaźni wodnej z wytrząsaniem. W kolejnym etapie przeprowadzono 8-dobowy proces stabilizacji beztlenowej surowych oraz dezintegrowanych termicznie osadów nadmiernych. Stabilizacje prowadzono w mezofilowym reżimie temperatur tj. 37°C, w warunkach okresowych. W przypadku procesu stabilizacji beztlenowej termicznie dezintegrowanych osadów nadmiernych w temperaturze 50°C i czasie ogrzewania 6 h (Mieszanina B) oraz 70°C i czasie ogrzewania 4,5 h (Mieszanina C) uzyskano stopień przefermentowania wynoszący odpowiednio: 30,67% oraz 33,63%. Dla badanych osadów, tj. Mieszaniny B oraz C, maksymalną wartość lotnych kwasów tłuszczowych, tj. 874,29 mg CH3COOH/dm3 i 1131,43 mg CH3COOH/dm3, uzyskano w 2 dobie procesu. Z otrzymaną maksymalną wartością LKT korelowała odnotowana w ww. dobie procesu maksymalna wartość wskaźnika ChZT, wynosząca dla mieszaniny B 1344 mg O2/dm3, natomiast dla Mieszaniny C 1778 mg O2/dm3.

11

The influence of ultrasonic field on chemical and microbiological parameters of stabilized excessive sludge

Brzeska K., Wolny L.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2011

|

Z. 252

157-158

EN

Anaerobic stabilization is one of the processes applied in modification of sewage sludge. That process is based on biochemical decomposition of macromolecular compounds in participation of suitable microbes. Usage of conditioning technology for sewage sludge before anaerobic stabilization leads to time reduction of that process. The investigations were done on excessive sludge coming from Cen-tral Wastewater Treatment Plant "Warta" S.A. in Częstochowa. Due to fact, that excessive sludge has structure consists of agglomeration of microbes cell it is unsusceptible for anaerobic stabilization. Active ultrasonic field application causes decomposition of microbes cells membranes and release of organic compounds from their interiors. This process increases the effectiveness of anaerobic stabilization. Process of anaerobic stabilization was carried out for 28 days in temperature of 37°C. First sample of excessive sludge was stabilized without conditioning, second sample was stabilized after conditioning in specified parameters of active ultrasonic field. During anaerobic stabilization the following chemical analysis were done: dry matter, mineral dry matter, organic dry matter, volatile fatty acids (VFA), pH, alkalinity, acidity, Kjeldahl general nitrogen, ammonium nitrogen, chemical oxygen demand (COD), general phosphorus. Additionally, microbiological tests of microbes of Escherichia coli, psychrophiles and mezophiles microorganisms were done.

PL

Jednym z procesów stosowanych w przeróbce osadów ściekowych jest stabilizacja beztlenowa. Proces ten polega na biochemicznym rozkładzie wielkocząsteczkowych związków przy udziale odpowiedniego typu bakterii. Zastosowanie techniki kondycjonowania osadów przed stabilizacją beztlenową powoduje skrócenie czasu trwania tego procesu. Badania prowadzono na osadzie nadmiernym pobranym z oczyszczalni "Warta" w Częstochowie. Osad nadmierny tworzy strukturę niepodatną na stabilizację beztlenową, ma ona bowiem postać aglomerowanych komórek mikroorganizmów mało podatnych na rozkład biologiczny. Zastosowanie czynnego pola ultradźwiękowego w tego rodzaju osadzie powoduje rozerwanie błon komórkowych bakterii, co z kolei przyczynia się do uwolnienia związków organicznych z ich wnętrza. Proces ten zwiększa skuteczność stabilizacji beztlenowej. Proces stabilizacji beztlenowej prowadzano przez 28 dni w temperaturze 37°C. W pierwszej części doświadczenia stabilizowano osady niepoddane metodzie kondycjonowania, natomiast w drugiej części doświadczenia stabilizację prowadzono po uprzednim zastosowaniu pola ultradźwiękowego o określonych parametrach. Podczas trwania stabilizacji beztlenowej wykonywano analizy chemiczne, takie jak: sucha masa, sucha masa mineralna, sucha masa organiczna, zasadowość, kwasowość, pH, ChZT, lotne kwasy tłuszczowe, azot amonowy, azot ogólny Kjeldahla, fosfor ogólny. Wykonano również oznaczenia mikrobiologiczne na obecność bakterii typu Escherichia coli, mikroorganizmów psychrofilowych oraz mezofilowych.

12

Impact of ultrasonic field strength on the structural changes of disintegrated excess sludge

Barański M., Zawieja I., Wolny L.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2011

|

No. 6

117-126

EN

Exposure of sludge to the ultrasonic field as a disintegrating factor before the mesophilic anaerobic stabilisation directly affects the increase in the susceptibility of sludge on the biochemical process of decomposition in the anaerobic conditions. Thanks to the use of sewage sludge pretreatment, an increase of the disintegration degree of sludge undergoing physical modifications is reached, as well as the intensification of biogas production. The aim of the study was to record changes in the structure of excess sludge tested, as well as the determination of disintegration degree [%] versus the strength of ultrasound wave [W/cm2]. An ultrasonic disintegrator VCX – 1500 (Sonics Company) was used in the investigation. The test substrate was excess sludge from the Central Wastewater Treatment Plant P.S.W. "WARTA" in Czestochowa. Two cycles of tests were conducted, which implement the following amplitude A= 7.85 [mikro]m and 39.25 [mikro]m and the time of sonification ts = 30 ÷ 360s. The most beneficial effect of ultrasound treatment on the excess sludge was noted for the amplitude A=39.25 [mikro]m and the sonication time 360s, which resulted in 83.25% degree of disintegration of excess sludge. For these parameters, the strenght of ultrasonic wave was 4.8 W/cm2. In addition, a large dispersion of sludge particles prepared with ultrasonic field and enlargement of the liquid phase in relation to unconditioned sludge were observed. The noted changes of structure correlate with the obtained degree of disintegration of the excess sludge.

PL

Poddanie osadów działaniu pola ultradźwiękowego, jako czynnika dezitegrującego przed procesem mezofilowej stabilizacji beztlenowej wpływa bezpośrednio na zwiększenie podatności osadów na proces biochemicznego rozkładu w warunkach beztlenowych warunkując szybkość przebiegu fazy hydrolitycznej fermentacji metanowej. Dzięki zastosowaniu prekondycjonowania osadów ściekowych uzyskuje się wzrost stopnia przefermentowania osadów poddanych fizycznej modyfikacji, jak również intensyfikację produkcji biogazu. Celem prowadzonych badań przy użyciu dezintegratora ultradźwiękowego o mocy 1500W z automatycznym strojeniem typu VCX–1500 amerykańskiej firmy SONICS było zobrazowanie zmian zachodzących w strukturze osadów nadmiernych, jak również określenie wartości stopnia dezintegracji [%] od natężenia fali ultradźwiękowej [W/cm2]. Substratem badań był nadmierny osad czynny pochodzący z Centralnej Oczyszczalni Ścieków P.S.W. „WARTA” w Częstochowie. Przeprowadzono dwa cykle badawcze, w których zastosowano następujące amplitudy drgań A = 7,85 žm i 39,25 žm oraz czas nadźwiękawiania tn = 30 ÷ 360s. Najkorzy-stniejszy wpływ działania czynnego pola ultradźwiękowego na osady ściekowe odnotowano dla amplitudy A.39,25 žm oraz czasu sonifikacji 360s, dla których uzyskano 83,25% stopień dezintegracji osadów nadmiernych. Natężenie fali UD dla omawianych parametrów pola ultradźwiękowego wynosiło 4,8 W/cm2. Ponadto zaobserwowano znaczną dyspersję cząstek osadów preparowanych polem UD oraz powiększenie fazy ciekłej w odniesieniu do osadów niekondycjonowanych. Zmiany struktury korelowały z uzyskanym stopniem dezintegracji osadów nadmiernych.

13

Dewaterability of thermal conditioned sewage sludge after anaerobic stabilization

Małkowski M., Wolski P., Wolny L.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2011

|

No. 6

109-115

EN

Thermal pretreatment of sewage sludge influences the improvement of biochemical decomposition of sludge in the anaerobic stabilization process. At the same time the ratio of fermentation impacts on the effectiveness of sludge dewatering. The aim of investigation was the evaluation of thermal conditioned excess sludge dewaterability after anaerobic stabilization process. In the tests excess and digested (10%) sludge from municipal wastewater treatment plant was used. Experiments were carried out in the laboratory flasks filled with the tested sludge and located in the laboratory incubator. Unconditioned and conditioned sludge in temperature of 50, 60, 70, 80 and 90°C was stabilised during 10 days. In each day of the process the capillary suction time (CST), thickening degree and dry matter content were determinated. Thermal conditioning of excess sludge influenced the increase of CST values. For sludge after mesophilic anaerobic stabilization in the successive days of the process, the decrease of CST values, dry matter content and thickening degree were noticed.

PL

Wstępna termiczna obróbka osadów ściekowych wpływa na poprawę ich biochemicznego rozkładu w procesie stabilizacji beztlenowej. Stopień przefermentowania oddziaływuje tym samym na efektywność odwadniania osadów. Celem prowadzonych badań było określenie wpływu termicznego kondycjonowania osadów nadmiernych poddanych stabilizacji beztlenowej na końcowe ich odwadnianie. W badaniach wykorzystano osady nadmierne i przefermentowane (10%) pochodzące z komunalnej oczyszczalni ścieków. Badania prowadzono w kolbach laboratoryjnych, które po napełnieniu badanymi osadami umieszczono w cieplarce laboratoryjnej. Osady niekondycjonowane oraz kondycjonowane w temperaturze 50, 60, 70, 80 i 90°C poddano stabilizacji przez okres 10 dni. W każdym dniu prowadzenia procesu oznaczano czas ssania kapilarnego (CSK), stopień zagęszczania oraz zawartość suchej masy. Termiczne kondycjonowanie osadów nadmiernych wpłynęło na wzrost wartości CSK. Poddając osady mezofilowej stabilizacji beztlenowej odnotowano w kolejnych dniach prowadzenia procesu obniżenie wartości czasu ssania kapilarnego, suchej masy, jak również stopnia zagęszczenia.

14

Wpływ termicznej hydrolizy na zmiany struktury osadów nadmiernych poddanych stabilizacji beztlenowej

Barański M., Zawieja I.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2010

|

T. 13, nr 2

85-91

PL

Zastosowanie termicznej obróbki osadów przed procesem mezofilowej stabilizacji beztlenowej wpływa na zwiększenie podatności osadów na proces biochemicznego rozkładu w warunkach beztlenowych. W wyniku kondycjonowania osadów uzyskano wyższy stopień dezintegracji osadów poddanych działaniu podwyższonej temperatury w odniesieniu do stopnia dyspersji surowych osadów nadmiernych. W wodzie nadosadowej modyfikowanych termicznie osadów zaobserwowano wzrost wartości stężenia substancji organicznych w formie rozpuszczonej wyrażony przyrostem wartości chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) oraz lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). Celem przeprowadzonych badań, mających charakter obserwacji mikroskopowych, było zobrazowanie oraz ocena zmian zachodzących w strukturze osadów nadmiernych podczas termicznej modyfikacji osadów oraz w kolejnych 10 dobach procesu stabilizacji beztlenowej. 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. Badania przeprowadzono dla Mieszaniny I (osad nadmierny + osad przefermentowany) oraz Mieszaniny II (osad nadmierny kondycjonowany termicznie w temp. 70°C przez 1,5 h + osad przefermentowany).

EN

Application of sludge thermal treatment before the mesophilic anaerobic stabilization process influenced on the increase of sludge susceptibility to biochemical decomposition in anaerobic conditions. In the result of thermal pretreatment the higher disintegration degree of sludge submitted to temperature action, in comparison to dispersion degree of raw excess sludge was observed. In the liquid phase of the sludge pretreated by the mentioned method, the increasing of concentration value of organic substances in soluble form was noticed. It was expressed by the increase of chemical oxygen demand (COD) value. The purpose of the microscope observation study was the estimation of the sludge structure changes during thermal modification as well as during successive days of 10 days' anaerobic stabilization process. The subject of the tests was excess active sludge coming from the waste water treatment plant P.S.W. "WARTA" in Czestochowa. The tests were conducted on a mixture of excessive and digested sewage that was subjected to mesophilic methane fermentation. The Mixture I (raw excess sludge + digested sludge) and the Mixture II (thermal pretreatment excess sludge at the temp 70°C through the period of 1.5 h + digested sludge) were submitted to the research.

15

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.

16

Scum hydrodynamic disintegration for waste water treatment efficiency upgrading

Grübel K., Machnicka A., Suschka J.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2009

|

Vol. 16, nr 3

359-367

EN

The aim of wastewater treatment is mineralization of organic matter and release nutrients removal. Hydrodynamic disintegration process facility biodegradation of organic matter included in scum biomass of activated sludge. Hydrodynamic disintegration results in destruction and disruption of the scum microorganisms as well as increase concentration of organie matter (including proteins and carbohydrates) - in liquid. In order to have a quantitative measure of the effects of disintegration a coefficient defined as a Degree of Disintegration (DDm) was introduced. The degree of cell disruption can be measured using biochemical parameters like the COD or proteins release. Hydrodynamic disintegration can activate the biological hydrolysis process and therefore, significantly increase the biogas production in anaerobic stabilization. The additional positive effect improving efficiency of wastewater treatment and capability to developing of undesirable foam is the disintegration and then inputs to systems in internal or external recirculation with a part of surplus activated sludge from secondary setting tank.

PL

Podstawowym celem oczyszczania ścieków jest mineralizacja związków organicznych i usuwanie substancji biogennych. Jedną z możliwości ułatwienia biodegradacji substratów organicznych obecnych w biomasie piany osadu czynnego jest proces hydrodynamicznej kawitacji. Hydrodynamiczna dezintegracja piany powstającej w komorach osadu czynnego skutkuje rozdrobnieniem i destrukcją struktury mikroorganizmów, a tym samym wzrostem stężenia materii organicznej - w tym białek i polisacharydów - w cieczy. Określenie skuteczności i ilości uwolnionej substancji organicznej w procesie dezintegracji można wyrazić za pomocą tzw. stopnia dezintegracji określanego na podstawie zmian wartości ChZT (DDM) lub stężenia uwolnionych białek (DDP). Hydrodynamiczna dezintegracja mikroorganizmów umożliwia proces biologicznej hydrolizy, przez co znacząco wpływa na wzrost produkcji biogazu w procesie fermentacji. Dodatkowym pozytywnym efektem poprawiającym skuteczność oczyszczania ścieków i możliwość podarowania niepożądanej piany jest jej dezintegracja, a następnie wprowadzenia do systemy oczyszczania ścieków w procesie recyrkulacji wewnętrznej lub zewnętrznej wraz z częścią osadu z osadnika górnego.

17

Stabilizacja beztlenowa osadów ściekowych pochodzących z przemysłu celulozowo-papierniczego

Worwąg M., Brzeska K., Zawieja I., Bień J.

Proceedings of ECOpole

|

2008

|

Vol. 2, No. 2

493--497

PL

Zanieczyszczenia pochodzące z przemysłu celulozowo-papierniczego są różnorodne i w głównej mierze zależą od zastosowanej technologii i oczyszczania ścieków. Zdecydowana większość ścieków celulozowo-papierniczychprzed wprowadzeniem do środowiska jest oczyszczana w urządzeniach biologicznych. W celu zbadania przebiegu procesu stabilizacji beztlenowej osadów ściekowych pochodzących z przemysłu celulozowo-papierniczegonadmierny osad czynny zaszczepiono osadem przefermentowanym, pochodzącym z komunalnej oczyszczalni ścieków i poddano 10-dniowej mezofilowej fermentacji metanowej. Badania prowadzono w kolbach laboratoryjnych w temperaturze 37°C. Zawartość badanych kolb mieszano ręcznie co kilka godzin. Wykonano następujące oznaczenia fizyczno-chemiczne: lotne kwasy tłuszczowe (LKT), sucha masa, sucha masa mineralna, sucha masa organiczna, pH, zasadowość, kwasowość, azot ogólny Kjeldahla, azot amonowy, ChZT, węgiel ogólny, fosfor ogólny. Ponadto przeprowadzono badania mikrobiologiczne na obecność mikroorganizmów, takich jak: mezofile, psychrofile, oraz obecność gatunków patogennych: Escherichia coli, Salomnella spp. oraz grzybów. Stwierdzono, iż proces przebiegał prawidłowo. W kolejnych dniach procesu zaobserwowano między innymi wzrost zawartości lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). Wartość tego parametru przed fermentacją wynosiła 274 mg CH3COOH/dm3 natomiast w czwartym dniu procesu osiągnęła wartość 514 mg CH3COOH/dm3. Zawartość substancji organicznych przed oraz w czwartym dniu fermentacji wynosiła odpowiednio 9,876 g/dm3 oraz 7,903 g/dm3.

EN

The impurities coming from pulp and paper industry are varied and they depend mainly on the way of treating the sewage and the technology of their treatment. The greater amount of the pulp and paper sewage is treated in the biological devices before entering them into the natural environment. The great amounts of pulp and paper sewage arise during the process of their pre-sedimentation and during the biological treating of sewage by means of activated sludge method and they also arise as the result of the chemical flocculation process. The excessive pulp and paper sludge, coming from the biological and chemical treatment of sewage, characterizes of high part of organic substances and of weak drainage property. What is more, the literature shows that oxygen-free(anaerobic) treatment causes the generation of much smaller amounts of sludge than oxygen treatment (1/7). As the result of the anaerobic stabilization process there is also obtained biogas, which is the energy carrier. The substrate of the research was the excessive activated sludge which comes from Koniecpol Fibreboard Factory arising from biological processes of treating sewage consisting in 23% of technological sewage and in 77% of domestic sewage. The part of technological sewage within the total amount of load flowing into the treatment plant, together with the sewage, constituted the greatest amount of it and it was: 74%. In order to examine the course of the oxygen-free stabilization process of sewage sludge coming from the pulp and paper industry, the excessive activated sludge was inoculated by fermented sludge, coming from the municipal sewage treatment plant and then it was put to the 10-day mesophile methane fermentation. The research was made within the flasks in the temperature of 37°C. The content of the examined flasks was mixed every few hours by hand. There was made the following physical-chemical determinations: volatile fatty acids (VFA), dry matter, mineral dry matter, organic dry matter, hydration, pH, alkalinity, acidity, Klejdahl general nitrogen, ammonium nitrogen, COD (chemical oxygen demand), general carbon, general phosphorus. What is more, there was made the research on the microbiological presence of microorganisms such as: mesophiles, psychophiles and on the presenceof pathogenic species such as: Escherichia coli, Salomnella spp. and fungi. There was concluded that the process proceeded correctly. There was observed, during the next days of the process, among others: the increase in volatile fatty acids (VFA). The value of this parameter, before the fermentation was: 274 mg CH3COOH/dm3, and on the fourth day of the process it was: 514 mg CH3COOH/dm3. The amount of organic substances before the process and on the fourth day amounted respectively: 9.876 and 7.903 g/dm3.

18

Wpływ alkalicznego kondycjonowania osadów nadmiernych na intensyfikację produkcji biogazu w procesie stabilizacji beztlenowej

Bień J., Zawieja I.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2005

|

T. 8, nr 2

201-209

PL

Spośród istniejących metod intensyfikacji stabilizacji beztlenowej osadów ściekowych metodą skutecznie wpływającą na wzrost efektywności procesu jest wstępne alkaliczne kondycjonowanie osadów. Proces alkalicznego kondycjonowania osadów nadmiernych przyczynia się do przyspieszenia beztlenowej biotransformacji substancji organicznych do lotnych kwasów tłuszczowych oraz wywiera istotny wpływ na zwiększenie produkcji biogazu. Podczas stabilizacji beztlenowej osadów ściekowych można wyróżnić cztery fazy cząsteczkowego rozkładu, przy czym obecnie za fazę limitującą tempo przebiegu procesu uważana jest faza hydrolizy, determinująca późniejsze wystąpienie oraz wydłużenie fazy metanogennej. Poddanie osadów procesowi wstępnego alkalicznego kondycjonowania przyczynia się do wzrostu tempa przebiegu fazy hydrolitycznej procesu, a zatem wpływa na przyspieszenie oraz zwiększenie produkcji biogazu. Intensywność wytwarzania biogazu jest uważana za istotny parametr kontrolny przebiegu procesu stabilizacji beztlenowej. Podczas prowadzonych badań, mających na celu określenie wpływu alkalicznego kondycjonowania osadów nadmiernych na intensywność produkcji biogazu, jako czynnik kondycjo-nujący zastosowano wodorotlenek sodu. Dawkę najkorzystniejszą tego reagenta, wynoszącą 0,6 gNaOH/g s.m.(org), ustalono na podstawie wzrostu stężenia substancji organicznych w wodzie osadowej wyrażonego w ChZTCr. W procesie stabilizacji beztlenowej kondycjonowanych alkalicznie osadów nadmiernych uzyskano blisko 6-krotny wzrost produkcji biogazu w odniesieniu do ilości biogazu wytworzonego podczas stabilizacji beztlenowej niekondycjonownych osadów nadmiernych. Jednostkowa produkcja biogazu uzyskana w procesie stabilizacji beztlenowej kondycjonowanych alkalicznie osadów wynosiła 1,84 dm3/g s.m.(org), natomiast uzyskana w procesie stabilizacji niekondycjonowanych osadów nadmiernych 0,42 dm3/g s.m.(org). Biogaz powstający w procesie stabilizacji beztlenowej alkalicznie kondycjonowanych osadów nadmiernych zawierał około 66% metanu. Skład biogazu potwierdził skuteczność wprowadzonej metody kondycjonowania.

EN

Among existing methods of intensification of anaerobic stabilization of sewage sludge, alkaline pretreatment is the method effectively influences on increase of effectiveness process. Alkaline pretreatment of excessive sludge contributes to acceleration of anaerobic biotransformation of organic compounds to volatile fatty acids and exerts important influence on biogas production increase. Alkaline hydrolysis could be applied in pretreatment of the WAS to destroy the complex structures and to recover the organic matters contained in supernatant, also alkaline hydrolysis could reduce the amount of WAS to save the cost for final sludge disposal. During anaerobic stabilization four phases of partial decomposition can be specified. Nowadays, the hydrolysis phase is considered for the phase limiting the rate of anaerobic stabilization, determining the appearing and the length of methanogenezis. Pretreatment of sewage sludge leads to the increase of course rate of the hydrolysis phase, thus influences on acceleration and increase of the biogas production. The intensity of the biogas production is considered to be a significant control parameter of the course of the anaerobic stabilization. Experiments were focused on determination of the influence of alkaline pretreatment on intensification of biogas production if sodium hydroxide was applied as a conditioning agent. The optimum dose of this hydroxide was equal 0.6 gNaOH/g d.m.(org), and was chosen on the base of increase of volatile compounds concentration. In the anaerobic stabilization of alkaline treated excessive sludge nearly sixfold increase of biogas production was obtained in comparison with biogas production yield noticed in anaerobic stabilization of nonconditioned excessive sludge. The unitary biogas production, obtained in anaerobic stabilization after alkaline pretreatment process, was equal 1.84 dm3/g d.m.(org), whereas the unity biogas production obtained in anaerobic stabilization of nonconditioned sewage sludge amounted to 0.42 dm3/g d.m.(org). Biogas, released during anaerobic stabilization of excessive sludge, contained about 66% of methane. Biogas chemical composition confirms effectiveness of the alkaline pretreatment method.

19

Wpływ dezintegracji ultradźwiękowej osadów ściekowych na przebieg procesu stabilizacji beztlenowej

Bień J. B., Szparkowska I.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2004

|

T. 7, nr 3/4

341-352

PL

W układach technologicznych realizujących proces oczyszczania ścieków powstają znaczne ilości osadów nadmiernych charakteryzujących się słabą podatnością na biochemiczny rozkład w warunkach beztlenowych. Podatność substancji organicznej zawartej w osadzie na biodegradację zwiększa się ze wzrostem stopnia upłynnienia osadu oraz wzrostem rozdrobnienia cząstek fazy stałej. Kondycjonowanie osadów ściekowych polem ultradźwiękowym przed procesem stabilizacji beztlenowej może być istotnym czynnikiem dezintegrującym. Efektem skutecznej dezintegracji jest intensyfikacja procesu fazy kwaśnej fermentacji, wyrażająca się zwiększeniem stężenia i szybkości przyrostu lotnych kwasów tłuszczowych (LKT), powodując w rezultacie wzrost wydajności produkcji biogazu. Przeprowadzono proces mezofilowej fermentacji metanowej osadu nadmiernego niekondycjonowanego oraz poddanego czynnemu działaniu pola ultradźwiękowego. Jako kryterium oceny zmian wywołanych czynnym działaniem pola ultradźwiękowego przyjęto intensywność wydzielającego się biogazu. Podczas procesu wykonywano następujące oznaczenia fizyczno-chemiczne osadów: lotne kwasy tłuszczowe, sucha masa, sucha masa mineralna, sucha masa organiczna, pH oraz zasadowość.

EN

The aim of the study was the analysis of the influence of the ultrasonic disintegration on the efficiency of the anaerobic stabilization process. The process was conducted in the closed sludge digester, made in a form of glass cylinder of the active capacity of 5 dm3, equipped with the installation maintaining constant temperature of the process (35°C), the device providing appropriate rate of mixing (120 r.p.m.) and the installation serving to diminish the biogas. The process of periodical digestion lasted for 28 days. The organic matter present in the excessive sludge is difficult to biodegradation. The basic part of it are living microorganisms, which are not substrate, they can alone participate in the process of conversion of the matter but not going under the biodegradation. During the 28-days period of digestion they leave the digester in an active state. Therefore in order to intensificate the hydrolysis phase, the excessive sludge was ultrasonic pretreated before the anaerobic digestion process. The ultrasound amplitude was varied within the range from 8 to 16 µm. The impact of different amplitude and time of pretreatment on the extent of the disintegration was examined. The efficiency of the pretreatment, the direct result of which is disintegration of the sludge, was evaluated on the basis of the chemical oxygen demand (COD). The anaerobic digestion of excessive sludge following ultrasonic pretreatment was significantly intensified. Volatile fatty acids, dry mass, organic mass and mineral mass, pH, alkalinity were the main parameters studied during the anaerobic stabilization process. There was noticed the increase in the volatile solids reduction as well as the increase in the biogas production. The intensity of the biogas release plays in this connexion an important role in the control of conversion undergoing during the process.

20

Beztlenowa stabilizacja osadu nadmiernego zagęszczonego w procesie ultrafiltracji

Neczaj E., Bohdziewicz J.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2003

|

T. 6, nr 3/4

313-324

PL

Przedstawiono wyniki badań nad fermentacją metanową osadu zagęszczonego w procesie ultrafiltracji. Jednocześnie w tych samych warunkach stabilizowano nadmierny osad czynny zagęszczony w klasycznym zagęszczaczu mechanicznym w częstochowskiej oczyszczalni ście-ków. Proces ultrafiltracyjnego zagęszczania prowadzono w przepływie krzyżowym, wykorzystując asymetryczne membrany polisulfonowe. Stwierdzono, że zagęszczanie ultrafiltracyjne ma pozytywny wpływ na beztlenową stabilizację osadu nadmiernego. Stopień przefermentowania tego osadu był o 31% wyższy w porównaniu do stopnia przefermentowania osadu zagęszczonego metodą klasyczną. Jest to spowodowane przez transfer związków organicznych z osadu do fazy wodnej na skutek mechanicznej dezintegracji osadu, spowodowanej warunkami hydromechanicznymi, panującymi w układzie do ultrafiltracyjnego zagęszczania osadu. W trakcie stabilizacji osadu zagęszczonego z wykorzystaniem techniki UF zaobserwowano wcześniejsze wystąpienie fazy metanogennej oraz intensywniejszą produkcję biogazu. Dlatego też zagęszczanie osadu z wykorzystaniem techniki ultrafiltracji wydaje się być obiecującą metodą, pozwalającą na poprawienie efektywności stabilizacji osadu w warunkach beztlenowych.

EN

The paper presents research on anaerobic digestion of excess sludge followed by ultrafiltration process. Anaerobic fermentation is a common process used for stabilization of sewage sludge. The slow degradation rate of waste activated sludge in anaerobic digester is due to the rate limiting step of sludge hydrolysis. This is caused by a low biodegradability of the cell walls and extracellular biopolymers formed in activated sludge. The methods of improvement of the biodegradability of particular substrate are mainly based on improved accessibility of the substrate by microoganisms. In this study the effect of ultrafiltration thickening on sludge degradability with anaerobic digestion was investigated. The fermentation experiments were performed in a laboratory plant consisted of two stirred tank fermenters that were operated in parallel at 35°C. As a control one anaerobic fermenter was operated with the sludge thickened using the classical method in Czestochowa Wastewater Treatment Plant. Ultrafiltration experiment was carried out with cross flow using polysulfone asymmetric membranes. Four membrane modules with effective membrane surface area of 2.5 · 10-² m². A cross flow velocity of 3.5 m/s over the membrane surface ensured the operation in turbulent flow. Separation experiments were carried out on operating pressure of 0.25 MPa to the volume reduction factor of 5. It was found that ultrafiltration thickening has the positive impact on anaerobic stabilisation of the excess sludge. This is caused by the mechanical disintegration of waste sludge consisting of facultative anaerobic microorganisms that are not affected in anaerobic degradation process. The ultrafiltration thickening of waste sludge caused a transfer of organic substances from the sludge solids into the aqueous phase. It was observed the increase of volatile solids degradation as well as the increase in the biogas production. Moreover, in comparison with conventional sludge thickeners it is possible to achieve a settled water (permeate) with lower concentration of pollutants during ultrafiltration thickening process. The results of our experiment suggest that ultrafiltration prethickening seems to be a promising method to enhance fermentation rate.