Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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).

2

Effect of pH on the production of volatile fatty acids in dark fermentation process of organic waste

Grzelak J., Ślęzak R., Krzystek L., Ledakowicz S.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2018

|

Vol. 25, nr 2

295--306

EN

The aim of this study was to investigate the effect of pH on the dark fermentation process of kitchen waste by specifying the composition of the volatile fatty acids (VFA), H2 and by drawing the carbon balance. Studies were carried out in 8 dm3 batch bioreactor in mesophilic conditions. The kitchen waste from the city of Lodz were used as a substrate. Based on the study, it was observed that most of the VFA was produced during the first two days of the process, while in the following days the production was diminished. The highest production of VFA (19.5 g/dm3) was obtained in the bioreactor, where the pH was 7 and 8. Analyzing the produced VFA it was observed that mostly the acetic and butyric acid had been produced. Most of acetic acid (over 70 %) was obtained in fermenter with pH 7 and 8. In contrast, most of the butyric acid (over 40 %) was in the bioreactor with a pH of 6. Production of H2 was in the range from 4.29 to 26.5 dm3, wherein the largest amount of H2 was created in the bioreactor with a pH of 6.

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

Efektywność generowania lotnych kwasów tłuszczowych podczas mezofilowej i termofilowej fermentacji metanowej osadów nadmiernych

Zawieja I., Wolny L., Próba M.

Inżynieria Ekologiczna

|

2016

|

Nr 48

226--232

PL

Aktywność mikroorganizmów warunkujących szybkość przemian zachodzących podczas procesu fermentacji metanowej zależy od warunków środowiskowych procesu. Czynnikiem intensyfikującym przebieg fermentacji metanowej jest wzrost temperatury procesu. Prowadzenie procesu fermentacji metanowej w warunkach termofilowych wpływa na szybkości reakcji zachodzących podczas fazy hydrolizy, przyczyniając się do zwiększenia stężenia lotnych kwasów tłuszczowych generowanych z osadów, a w efekcie zwiększenia produkcji biogazu. Należy jednak podkreślić, iż bakterie termofilne wykazują dużą wrażliwość na zmiany temperatury już rzędu ± 0,5°C/d, przy optimum ich wzrostu w zakresie 52–55°C. W związku z tym, aby proces przebiegał optymalnie, bez zakłóceń, konieczne jest zapewnienie stabilnych warunków środowiskowych prowadzących do maksymalnej redukcji substancji organicznych. Podstawowym substratem badań, charakteryzującym się wysoką zawartością związków organicznych i związków azotowych, były osady nadmierne. W celu określenia wpływu fermentacji termofilowej na generowanie lotnych kwasów tłuszczowych osady ściekowe poddano 8-dobowej stabilizacji beztlenowej. Wykonano następujące oznaczenia fizyczno-chemiczne: sucha masa, pH, zasadowość, lotne kwasy tłuszczowe, chemiczne zapotrzebowanie na tlen. W kolejnych dobach procesu, w odniesieniu do fermentacji prowadzonej w warunkach mezofilowych, odnotowano wzrost generowania lotnych kwasów tłuszczowych oraz korelujący z nim wzrost wartości chemicznego zapotrzebowania na tlen. W 8 dobie procesu prowadzonego w warunkach termofilowych stężenie lotnych kwasów tłuszczowych wynosiło 1749 mgCH3COOH/dm3, natomiast wartość chemicznego zapotrzebowania na tlen 3279 mgO2/dm3, przy zasadowości rzędu 3800 mgCaCO3/dm3.

EN

Microbial activity determining the speed of the changes occurring during the process of anaerobic digestion depends on the environmental conditions of the process. The factor intensifying the process of methane fermentation is an increase of temperature. The conducting of the methane fermentation in thermophilic conditions affect the rate of the reactions taking place during the phase of hydrolysis, thus contributing to increase the concentration of volatile fatty acids generated from the sludge, resulting in increasing the production of biogas. It should be noted, however, that thermophilic bacteria have a high sensitivity to temperature changes already the order of ± 0.5 °C/d at their optimum growth in the range of 52–55 °C. Therefore, for the process would run optimally smoothly unnecessary to ensure stable environmental conditions leading to maximum reduction of organic substances. The basic test substrate, characterized by a high content of organic and nitrogen compounds, is excess sludge. To determine the effect of generating the volatile fatty acids during the thermophilic fermentation the sludge was submitted 8-daily anaerobic stabilization. The following designations of physico-chemical characteristics were made: dry matter, pH, alkalinity, volatile fatty acids, the chemical oxygen demand. In the following days of the process operation with regard to fermentation carried out under mesophilic conditions the increase of volatile fatty acids generation was observed, which also correlated with the increase of the chemical oxygen demand. In the 8th day of thermophilic conditions the concentration of volatile fatty acids was 1749 mgCH3COOH/dm3, while the chemical oxygen demand 3279 mgO2/ dm3 and the alkalinity row of 3800 mgCaCO3/dm3.

6

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.

7

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.

8

Produkcja polihydroksymaślanu przez Cupriavidus necator

Ślęzak R., Krzystek L., Ledakowicz S, Grzelak J.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2015

|

Nr 3

121--122

PL

W pracy zbadano produkcję polihydroksymaślanu (PHB) przez bakterie Cupriavidus necator w podłożu syntetycznym oraz w podłożu natu-ralnym w kolbach wstrząsanych. Stwierdzono, że najwięcej PHB w komórkach bakterii (62,0%) uzyskano w podłożu syntetycznym zawierającym maślan sodu o stężeniu 5 g/dm3. Przeprowadzona analiza termograwimetryczna C. necator wykazała, że jest wyraźny podział pomiędzy rozkładem termicznym PHB a pozostałymi składnikami komórek bakterii, co wskazuje na możliwość jej zastosowania do oznaczania zawartości PHB w komórkach drobnoustrojów.

EN

The production of polyhydroxybutyrate (PHB) by Cupriavidus necator in a synthetic and natural medium in shake flasks was investigated. It was found that most of PHB in bacterial cells (62.0%) was obtained in a synthetic medium containing sodium butyrate at the concentration of 5 g/dm3. The thermogravimetric analysis of C. necator showed the clear separation between the thermal degradation of PHB and other components of bacterial cells suggesting the possibility of its usage for the determination of PHB in the cells of microorganisms.

9

Susceptibility of conditioned excess sewage sludge to biodegradation and dewatering

Wolski P, Zawieja I.

Environment Protection Engineering

|

2015

|

Vol. 41, nr 3

5--17

EN

A direct effect of chemical disintegration of excess sludge is an increase in concentration of organic compounds in the sludge liquor, expressed with the levels of soluble chemical oxygen demand (SCOD) and volatile fatty acids (VFAs). The substrate used in the study was activated sludge. The aim of the study was to determine susceptibility of disintegrated excess sludge to biodegradation and dewatering. A SONICS VCX-1500 ultrasonic disintegrator with automated tune-up was used. Thermal disintegration of excess sludge was carried out in water bath with a shaker. Disintegration of excess sludge by the hybrid method was carried out as a combination of the ultrasonic and thermal methods.

10

Recovery of Volatile Fatty Acids During the Process of Anaerobic Stabilization of Sewage Sludge Coming from the Food Industry

Zawieja I., Bień J., Worwąg M.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2012

|

Vol. 19, nr 1-2

169-177

EN

The conventional process of oxygen-free stabilization is time-consuming and has low effectiveness. The literature review made, as well as the original studies carried out suggest that the ultrasonic conditioning provides a new way of shortening the duration and increasing the effectiveness of the process of oxygen-free stabilization of sludges forming in the process of treatment of both domestic sewage and industrial liquid wastes. Achieving the considerable increase in the degree of digestion during the oxygen-free stabilization of sludge conditioned with the ultrasonic (US) field compared with the reduction of organic matter noted during the oxygen-free stabilization of non-conditioned sludge results from the combined action of both biological hydrolysis, being the first stage of the process, and the phenomenon of sonochemical hydrolysis taking place during the treatment process. Subjecting sludge to conditioning by the method investigated contributes to a considerable intensification of the hydrolysis phase, as reflected by the increase in the production rate and concentration of volatile fatty acids noted in the successive days of conducting the oxygen-free stabilization process, which determines directly the increase of digestion effectiveness, ie the degree of sludge digestion and the unit production of biogas. Excessive active sludge formed as a result of the treatment of a mixture of domestic sewage and industrial liquid wastes generated in a plant manufacturing juices and beverages was subjected to oxygen-free stabilization under static conditions. The process was conducted both in laboratory flasks, constituting fermentation chamber models, as well as in a sludge fermentation chamber by Applicon.

PL

Konwencjonalny proces stabilizacji beztlenowej jest często czasochłonny i ma niską efektywność. Dokonany przegląd literaturowy, jak również przeprowadzone badania własne sugerują, że ultradźwiękowe kondycjonowanie stanowi nową drogę do skrócenia czasu oraz zwiększenia efektywności procesu stabilizacji beztlenowej osadów, powstających zarówno w procesie oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych, jak i przemysłowych. Uzyskanie znacznego wzrostu stopnia przefermentowania podczas stabilizacji beztlenowej osadów kondycjonowanych polem ultradźwiękowym (UD), w odniesieniu do redukcji substancji organicznych odnotowanych podczas stabilizacji beztlenowej osadów niepreparowanych, wynika z kombinacji działania zarówno hydrolizy biologicznej, stanowiącej pierwszy etap procesu, jak również zjawiska hydrolizy sonochemicznej, mającej miejsce podczas procesu preparowania. Poddanie osadów kondycjonowaniu badaną metodą wpływa na znaczną intensyfikację fazy hydrolizy, czego wyrazem był odnotowany w kolejnych dniach prowadzenia procesu stabilizacji beztlenowej wzrost tempa produkcji oraz stężenia lotnych kwasów tłuszczowych, warunkujący bezpośrednio zwiększenie efektywności fermentacji, tj. stopnia przefermentowania osadów oraz jednostkowej produkcji biogazu. Stabilizacji beztlenowej, w warunkach statycznych, poddano nadmierny osad czynny powstający w wyniku oczyszczania mieszaniny ścieków bytowo-gospodarczych oraz przemysłowych powstających na terenie zakładu produkującego soki oraz napoje. Proces prowadzono zarówno w kolbach laboratoryjnych, stanowiących modele komór fermentacyjnych, jak również w komorze fermentacyjnej firmy Applicon.

11

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.

12

Ocena procesów biologicznego usuwania azotanów (V) i fosforanów w komorze SBR z zewnętrznym źródłem węgla

Janczukowicz W., Rodziewicz J., Filipkowska U.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2011

|

Tom 13

453-468

PL

Celem pracy jest określenie wpływu lotnych kwasów tłuszczowych na szybkość uwalniania i wiązania fosforanów w reaktorze SBR oczyszczającym ścieki charakteryzujące się porównywalnymi stężeniami fosforanów i azotanów (V). Celem pracy jest także ustalenie, czy na przebieg i sprawność procesów defosfatacji i denitryfikacji ma wpływ obecność w biomasie osadu czynnego mikroorganizmów zaadaptowanych wcześniej do określonych źródeł węgla. Zakres pracy obejmował określenie: szybkości uwalniania i wiązania fosforanów w obecności kwasów octowego, propionowego, masłowego, walerianowego, izowalerianowego i kapronowego, wpływu rodzaju kwasu na efektywność usuwania fosforanów szybkości procesu denitryfikacji w fazie mieszania i napowietrzania oraz sprawności procesu denitryfikacji w zależności o rodzaju kwasu z grupy LKT.

EN

Determinations were made for the effect of volatile fatty acids (VFA) on the rate of release and absorption of phosphates and on the rate of nitrates removal in the stirring and aeration phases in an SBR type reactor. The effectiveness of phosphates and nitrates removal, influenced by the fatty acid applied, was determined as well. The experiment was conducted in SBR type reactors in one working cycle (stirring - 3 h, aeration - 4 h and sedimentation - 1 h) in the presence of acetic, propionic, butyric, isobutyric, valeric, isovaleric and caproic acids. The initial concentrations of phosphates and nitrates were: 13.4 mg PPO4?dm-3 and 15.2 mg NNO3?dm-3, respectively. The study demonstrated that phosphates were released with the highest rate in the reactors containing acetic acid (3.35 mg PPO4?dm-3?h-1), whereas with the lowest rate - in these containing butyric acid (1.25 mg PPO4?dm-3?h-1). Also the process of phosphates absorption proceeded with the highest rate in the reactor with acetic acid (4.19 mg PPO4?dm-3?h-1), and with the lowest rate - in the presence of isobutyric acid (2.13 mg PPO4?dm-3?h-1). In the case of acetic acid, the highest rates of both processes corresponded with the most effective dephosphatation process (50.0%). Such an explicit dependency was not, however, noted in the case of other fatty acids. In the stirring phase, the denitrification process proceeded with the highest rate (3.95 mg NNO3?dm-3?h-1) in the reactor containing caproic acid, and with the lowest rate - in the presence of isobutyric acid (3.42 mg NNO3?dm-3? h-1). During aeration, the rate of nitrates concentration decrease was the highest in the presence of butyric acid (0.91 mg NNO3?dm-3?h-1) and the lowest - in the presence of caproic acid (0.52 mg NNO3?dm-3?h-1). The highest rates of denitrification recorded in both phases in the reactor with caproic acid were not tantamount to the highest effectiveness of nitrates removal. It was the acetic acid that turned out to be the most effective source of carbon in the denitrification process (92.6%) The highest efficiency of both examined processes was observed in the presence of acetic acid. Negligibly lower efficiencies were noted in the reactor with butyric acid. In view of the fact that propionic acid was only slightly less effective both in the denitrification as well as dephosphatation process, it may be speculated that the presence of microorganisms, adapted earlier to specified carbon sources, in the biomass of activated sludge is likely to affect the course and effectiveness of both processes in reactors with an external source of carbon.

13

Efekty generacji lotnych kwasów tłuszczowych w osadnikach wstępnych o wydłużonym czasie zatrzymania osadu

Iskra K., Miodoński S.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2011

|

Nr 4

137-140

PL

Charakterystyka ścieków surowych oraz efekty usuwania zanieczyszczeń w osadniku.Wpływ modyfikacji osadnika wstępnego na podatność ścieków do biologicznego usuwania związków biogennych.

EN

Characteristics of raw wastewater and effects of decontamination in the settling tank. Effect of modification of the primary settling tank on the susceptibility to biological removal of nutrients.

14

Wpływ lotnych kwasów tłuszczowych na intensyfikację usuwania fosforu w reaktorach biologicznych - badania w skali laboratoryjnej

Klaczyński E.

Forum Eksploatatora

|

2011

|

Nr 3 (54)

56-61

PL

Dotychczasowe badania pokazują, że proces zintensyfikowanego uwalniania fosforu w strefie beztlenowej reaktora biologicznego połączony z magazynowaniem energii w postaci polihydroksyalkanów - (PHA) przez organizmy akumulujące polifosforany (PAOs - ang. Poly-phosphate Accumulating Organisms) jest uzależnione od ilości dostępnych lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). Wysokie stężenie LKT prowadzi w konsekwencji do szybszego wzrostu PAOs i wzmożonego usuwania fosforu. Niewykorzystanie LKT w strefie beztlenowej i wysokie jego stężenie w strefach niedotlenionej i tlenowej obniża efektywność pobierania fosforu ze ścieków do wartości nawet bliskich zeru.

15

Pozyskiwanie lotnych kwasów tłuszczowych w procesie stabilizacji beztlenowej osadów pochodzących z przemysłu spożywczego

Zawieja I., Bień J., Worwąg M.

Proceedings of ECOpole

|

2010

|

Vol. 4, No. 2

529--534

PL

Konwencjonalny proces stabilizacji beztlenowej jest często czasochłonny i ma małą efektywność. Dokonany przegląd literaturowy, a także przeprowadzone badania własne sugerują, że ultradźwiękowe kondycjonowanie stanowi nową drogę do skrócenia czasu oraz zwiększenia efektywności procesu stabilizacji beztlenowej osadów, powstających w procesie oczyszczania tak ścieków bytowo-gospodarczych, jak i przemysłowych. Uzyskanie znacznego wzrostu stopnia przefermentowania podczas stabilizacji beztlenowej osadów kondycjonowanych polem ultradźwiękowym (UD), w odniesieniu do redukcji substancji organicznych odnotowanych podczas stabilizacji beztlenowej osadów niepreparowanych, wynika z kombinacji działania zarówno hydrolizy biologicznej, stanowiącej pierwszy etap procesu, jak również zjawiska hydrolizy sonochemicznej, mającej miejsce podczas procesu preparowania. Poddanie osadów kondycjonowaniu badaną metodą wpływa na znaczną intensyfikację fazy hydrolizy, czego wyrazem był odnotowany w kolejnych dniach prowadzenia procesu stabilizacji beztlenowej wzrost tempa produkcji oraz stężenia lotnych kwasów tłuszczowych, warunkujący bezpośrednio zwiększenie efektywności fermentacji, tj. stopnia przefermentowania osadów oraz jednostkowej produkcji biogazu. Stabilizacji beztlenowej, w warunkach statycznych, poddano nadmierny osad czynny powstający w wyniku oczyszczania mieszaniny ścieków bytowo-gospodarczych oraz przemysłowych powstających na terenie zakładu produkującego soki oraz napoje. Proces prowadzono zarówno w kolbach laboratoryjnych, stanowiących modele komór fermentacyjnych, jak również w komorze fermentacyjnej firmy Applicon.

EN

The traditional oxygen-free stabilization process is often time-consuming and is not very effective. The review of the accessible literature and own research suggest that the ultrasonic conditioning is the new way to shorten the time and to increase the efficiency of oxygen-free stabilization process of sewage sludge, which arises both during the process of treating domestic and technological sewage. The obtaining of the significant increase of the fermentation degree during the oxygen-free stabilization process of sewage sludge conditioned by means of ultrasonic field (UF) in relation to the reduction of organic substances observed during the oxygen-free stabilization process of non-prepared sewage sludge is caused by the combination of working both of: biological hydrolysis, which is the first stage of the process, and of: the phenomenon of sonochemical hydrolysis which takes places during the preparation process. The conditioning of sewage sludge by means of the examined method has the influence on the considerable intensification of hydrolysis phase. This is expressed by the increase in production rate and in concentration of volatile fatty acids which was observed on the following days of carrying out the oxygen-free stabilization process. The excesse activated sludge, in static conditions, was subject of oxygen-free stabilization process. The excesse activated sludge arose as the result of treating the mixture of domestic sludge and technological sludge arising in the company which produces juices and drinks. The process was carried out both in laboratory flasks, which were the models of sludge digestion chamber, as well as in the sludge digestion chamber of Applicon company.

16

Wpływ lotnych kwasów tłuszczowych na intensyfikację usuwania fosforu w reaktorach biologicznych -badania w skali laboratoryjnej

Klaczyński E.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2010

|

Nr 7-8

45-51

PL

Wykazanie wzajemnego oddziaływania wskaźników(ChZT, BZT, LKT, temperatura, parametry technologiczne tj wiek osadu, obciążenie osadu, warunki tlenowe, dawki stosowanego koagulantu) na proces biologicznego usuwania fosforu

EN

Proving reciprocal influence of indicators (ChZT, BZT, LKT, temperature, technological parameters, i.e. sludge age, sludge charge, oxygen conditions, doses of coagulant applied) on the process of biological phosphorus removal.

17

Wpływ procesu hydrolizy ultradźwiękowej na generowanie lotnych kwasów tłuszczowych w procesie kwaśnej fermentacji osadów nadmiernych

Zawieja I., Wolny L., Wolski P.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2009

|

T. 12, nr 3

207-217

PL

Kondycjonowanie osadów polem ultradźwiękowym (UD) wpływa na wzrost stopnia ich dezintegracji, wynikiem czego jest nie tylko mechaniczne rozdrobnienie cząstek fazy stałej osadów, mające miejsce w pierwszym etapie procesu kondycjonowania, lecz również szereg reakcji sonochemicznych, prowadzących do lizy komórek mikroorganizmów. Efektem zwiększenia podatności osadów na biochemiczny rozkład w warunkach beztlenowych, obserwowanym w wyniku ultradźwiękowej obróbki, jest intensyfikacja wytwarzania lotnych kwasów tłuszczowych w czasie fazy hydrolitycznej procesu fermentacji. Lotne kwasy tłuszczowe stanowią istotny produkt pośredni procesu stabilizacji beztlenowej, których wartość determinuje bezpośrednio intensywność produkcji biogazu. Celem badań była analiza wpływu kondycjonowania osadów nadmiernych polem ultradźwiękowym na generowanie LKT w procesie hydrolizy ultradźwiękowej (sonolizy) oraz w procesie hydrolizy biologicznej, stanowiącej pierwszą fazę procesu stabilizacji beztlenowej. Fermentacji kwaśnej poddano mieszaninę osadów nadmiernych (90%) pochodzących z Koniecpolskich Zakładów Płyt Pilśniowych oraz osadów przefermentowanych (10%), pełniących rolę zaszczepu z Centralnej Oczyszczalni Ścieków P.S.W. WARTA w Częstochowie. Badania prowadzono w kolbach szklanych, będących modelami komór fermentacyjnych w mezofilowym reżimie temperatur. Proces stabilizacji beztlenowej prowadzony był w warunkach statycznych. Podczas prowadzonego kondycjonowania, w wyniku zachodzącego procesu hydrolizy ultradźwiękowej, zaobserwowano wraz ze zwiększeniem czasu sonifikacji oraz amplitudy drgań istotny wzrost wartości ChZT oraz korelujący z nim przyrost wartości lotnych kwasów tłuszczowych. W przypadku najniższej stosowanej amplitudy drgań wynoszącej 15,3 µm w odniesieniu do wartości LKT przed procesem kondycjonowania uzyskano dla najkorzystniejszego czasu wynoszącego 240 s ok. 2-krotny przyrost wartości LKT. Natomiast w przypadku amplitudy 36,6 µm, uznanej za najkorzystniejszą, dla najlepszego czasu nadźwiękawiania wynoszącego 300 s otrzymano ok. 6-krotny wzrost wartości lotnych kwasów tłuszczowych w odniesieniu do wartości przed procesem dezintegracji. Podczas fermentacji kwaśnej osadów nadmiernych kondycjonowanych polem UD o amplitudzie 21,4 oraz 36,6 µm oraz czasie sonifikacji, wynoszącym odpowiednio 360 oraz 300 s, uzyskano, w odniesieniu do wartości maksymalnej LKT odnotowanej w 10 dniu procesu, ok. 1,5-krotny oraz 2,5-krotny przyrost LKT w porównaniu z wynikami otrzymanymi w procesie fermentacji osadów surowych.

EN

Sewage sludge conditioning with ultrasonic field (UF) impacts on the increase of its disintegration degree. In the first part of conditioning process the mechanical dispersion of sewage solid phase was observed as well as the sonochemical reactions which caused the lysis of microbes cells. As the result of the increase of sludge biochemical susceptibility in the anaerobic conditions the intensification of volatile fatty acid (VFA) increase in the hydrolythic phase of fermentation process is observed. VFA content in sludge liquid is the essential effect of stabilization process. VFA concentration determines the intensity of biogas generation. The aim of investigation was the analysis of the influence of excess sludge conditioning on VFA generation in the sonolysis process, as well as in the biological hydrolysis process which is the first phase of anaerobic stabilization process. The mixture of excess sludge (90%) from Koniecpolskie Zakłady Płyt Pilśniowych and digested sludge (10%), used as inoculum from WWTP in Częstochowa was tested in fermentation process. The investigations were conducted in laboratory bulbs, being models of fermentation chambers and in the mesophilic temperature regime of static conditions. As the result of hydrolysis during the conditioning process the essential increase of Chemical Oxygen Demand (COD) and VFA values in the sludge liquid was observed. In the case of the lowest value of UF amplitude (15.3 µm) and exposition time 240 s double increase of VFA, comparing to untreated sludge, was observed. For the most advantageous value of amplitude (36.6 µm) and exposition time of 300 s 6-times increase of VFA was obtained. During acid fermentation of excess sludge, conditioned with ultrasonic field amplitude of 21 and 36.6 µm and at time of sonification respectively 360 s and 300 s it was obtained, in comparing to the VFA maximum value determined through 10-day process, about 1.5 and 2.5 times increase of VFA.

18

Lotne kwasy tłuszczowe na składowisku odpadów - występowanie i oznaczanieLotne kwasy tłuszczowe na składowisku odpadów - występowanie i oznaczanie

Banel A., Zygmunt B.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2009

|

Vol. 16, nr 2

193-206

PL

Lotne kwasy tłuszczowe (LKT) powstają podczas biodegradacji materii organicznej i dlatego są także obecne na składowiskach odpadów, gdzie odgrywają kluczową rolę w przetwarzaniu materii organicznej w metan. Optymalizacja tego procesu wymaga znajomości i kontroli stężenia LKT, a ponieważ mają one również negatywny wpływ na środowisko, ich zawartość powinna być monitorowana w odciekach surowych i oczyszczonych oraz ich odbieralnikach (woda powierzchniowa, gleba, powietrze). W próbkach o tak szerokiej gamie matryc najodpowiedniejszą techniką omaczania LKT wydaje się być chromatografia gazowa, pod warunkiem, że próbka jest właściwie przygotowana do analizy. Polega to najczęściej na izolacji i wzbogacaniu przed wprowadzeniem do chromatografu gazowego, chocia1: bezpośrednie dozowanie próbek wodnych może też być stosowane, jeżeli stężenia są odpowiednio duże.

EN

Volatile fatty acids (VFAs) are formed in the process of biodegradation of organic matter and therefore they are commonly present in municipal solid waste landfills, where they play a crucial role in converting organic matter to methane. Optimization of this process needs the knowledge and control of VFA content. Since VFAs also have a negative effect on the environment quality their content should be measured also in raw and treated leachate surface and groundwater and air in the area of the landfill. The most appropriate technique to determine individual VFAs is gas chromatography. The samples must be properly prepared before they can be introduced into GC for analysis. The sample preparation is generally based on VFA isolation, often accompanied by enrichment; though aqueous samples, after suspended matter removal, can also be injected to same GC systems.

19

Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej do oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych w próbkach środowiskowych i pokrewnych

Banel A., Zygmunt B.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2008

|

Vol. 15, nr 1

7-28

PL

Oznaczanie lotnych kwasów tłuszczowych (LKT) w próbkach środowiskowych wymaga najczęściej izolacji i wzbogacania analitów na etapie przygotowania próbek oraz zastosowania techniki o dużym potencjale separacyjnym i identyfikacyjnym na etapie oznaczeń końcowych. W pracy dokonano krytycznego przeglądu zastosowań wygodnej i często stosowanej techniki mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej (SPME) w połączeniu z wysokosprawną techniką chromatografii gazowej (GC) w oznaczaniu LKT w próbkach środowiskowych i pokrewnych.

EN

Determination of volatile fatty acids (VFAs) in environmental samples requires an appropriate technique of sample preparation and a technique of final analysis; the latter should enable effective separation and reliable identification of VFAs to be determined. A convenient and frequently used technique of VFA isolation and enrichment is solid phase microextraction (SPME), while gas chromatography (GC) is an efficient technique of final analysis. In this work, the combination of these two techniques for determination of VFAs in environmental and related samples has been critically discussed.

20

Występowanie i oznaczanie lotnych kwasów tłuszczowych w żywności

Światłowska J., Zaborowska A., Zygmunt B.

Analityka : nauka i praktyka

|

2006

|

nr 2

4-6

PL

W dzisiejszych czasach, gdy na rynek trafia olbrzymia ilość nowych produktów żywnościowych, coraz większą uwagę przywiązuje się do tego, by żywność charakteryzowała się jak najwyższymi walorami smakowymi i zapachowymi.