Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Disintegrating Influence of Sonication on the Excess Sludge Liquification and their Microbiological Indicator

Zawieja Iwona, Brzeska Kinga

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2019

|

Tom 21, cz. 1

456--471

EN

The rate of decomposition of organic matter during methane fermentation is limited by the speed of the first phase of this process, called hydrolysis, during which liquefaction process of organic compounds takes place. For the pre-treatment of sludge before methane fermentation, disintegration techniques are used, which depending on the type of energy supplied to the system, can be divided into four groups: chemical, thermal, mechanical, biological methods. An effective method of mechanical disintegration of sewage sludge is the technology associated with the use of ultrasound. The impact of ultrasonic waves distorts the state of balance in the system, leads to better spatial packing of molecules, changing the structure of sewage sludge and their physico-chemical properties. The aim of the study was to determine the disintegrating influence of sonication on the excess sludge liquification expressed as the increase in the soluble chemical oxygen demand (SCOD) value of the modified excess sludge as well as estimating of the microbiological indicators of sonicated sludge. The process of disintegration of excess sludge with the ultrasonic field was carried out with the use of a disintegrator type UD-20 with a vibration frequency of 22 kHz and a maximum output power of 180W. Microbiological analyzes performed for non-modified and disintegrated sludge concerned the number of mesophilic and psychrophilic microorganisms, Salmonella spp bacteria and Escherichia coli type bacteria, which is a pathogenic species. Periodic methane fermentation of excess sludge was carried out for 10 days, in the temperature of 37°C. As a result of subjecting the excess sludge to disintegration with an ultrasonic field, an increase in the degree of liquefaction of sludge was noted, expressed as an increase in the value of soluble chemical oxygen demand (SCOD). For the vibration amplitude of 16μm and sonication time of 300 s about 5-fold increase of SCOD values in relation to initial values was obtained. The highest degree of elimination of the studied groups of microorganisms was noted on the 10th day of the methane fermentation process of modified excess sludge.

PL

Szybkość rozkładu substancji organicznych podczas fermentacji metanowej jest ograniczona szybkością pierwszej fazy tego procesu zwanej hydrolizą, podczas której następuje upłynnienie związków organicznych. W celu wstępnej modyfikacji osadów przed fermentacją metanową stosuje się techniki dezintegracji, które w zależności od rodzaju energii dostarczanej do układu można podzielić na cztery grupy: chemiczne, termiczne, mechaniczne, biologiczne. Skuteczną metodą mechanicznej dezintegracji osadów ściekowych jest technologia związana z zastosowaniem ultradźwięków. Oddziaływanie fal ultradźwiękowych zakłóca stan równowagi w układzie, prowadzi do lepszego przestrzennego upakowania cząsteczek, zmieniając przy tym strukturę osadów ściekowych oraz ich właściwości. Celem badań było określenie dezintegrującego wpływu sonikacji na upłynnienie osadów nadmiernych wyrażone wzrostem wartości rozpuszczonego chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZTrozp.), a także oszacowanie wskaźników mikrobiologicznych sonifikowanych osadów. Proces dezintegracji osadów nadmiernych polem ultradźwiękowym przeprowadzono przy użyciu dezintegratora typu UD-20 o częstotliwości drgań 22 kHz i maksymalnej mocy wyjściowej 180 W. Analizy mikrobiologiczne przeprowadzone dla osadów niemodyfikowanych i dezintegrowanych dotyczyły określenia liczebności mikroorganizmów mezofilnych i psychrofilnych, bakterii Salmonella spp i bakterii typu Escherichia coli, która jest gatunkiem patogennym. Okresową fermentację metanową osadów nadmiernych prowadzono przez 10 dób, w temperaturze 37°C. W wyniku poddania osadów nadmiernych modyfikacji za pomocą pola ultradźwiękowego odnotowano wzrost stopnia upłynnienia osadów, wyrażony wzrostem wartości rozpuszczonego chemicznego zapotrzebowania na tlen. Dla amplitudy drgań 16 μm i czasu sonikacji 300 s uzyskano około 5-krotny wzrost wartości ChZTrozp. w stosunku do wartości początkowych. Najwyższy stopień eliminacji badanych grup mikroorganizmów odnotowano w 10 dobie procesu fermentacji metanowej modyfikowanych osadów nadmiernych.

2

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

Zawieja I.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

558--573

EN

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

PL

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

3

Zastosowanie wybranych modeli nieliniowych do prognozy ilości osadu nadmiernego

Gawdzik J., Szeląg B., Bezak-Mazur E., Stoińska R.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2016

|

Tom 18, cz. 2

695--708

EN

Operation of a sewage treatment plant is a complex task because it requires maintaining the parameters of its activities at the appropriate level in order to achieve the desired effect of reducing pollution and reduce the flow of sediment discharged from the biological reactor. The basis for predicting the amount of excess sludge and operational parameters WWTP can provide physical models describing the biochemical changes occurring in the reactor, in which the input parameters, ie. Indicators of effluent quality and quantity of wastewater are modeled in advance. However, due to numerous interactions and uncertainty of the data in the physical models and forecast errors parameters of the inlet to the treatment plant Simulation results may be affected by significant errors. Therefore, to minimize the prediction error parameters of operation of the technological objects deliberate use of a black box model. In these models at the stage of learning is generated model structure underlying the projections analyzed the operating parameters of the plant. This publication presents the possibility of the use of methods: support vector, k – nearest neighbour and trees reinforced to predict the amount of the resulting excess sludge during wastewater treatment in the WWTP located in Sitkówka – News with a capacity of 72,000 3/d with a load of 275,000 PE . Due to the fact that did not have the quality parameters of wastewater at the inlet to the activated sludge chambers it was not possible to verify the empirical relationships commonly used in engineering practice to determine the size of the daily flow of excess sludge. Due to the significant differences in the amount of excess sludge generated in the period (t = 1-7 days) the simulation of the amount of sludge into the time were performed. To assessment the compatibility of measurement results and simulations quantities of sludge the mean absolute error and relative error of prediction for the considered parameter of technology was used. The analyzes carried out revealed that the amount of generated excess sludge can be predicted on the basis of parameters describing the quantity and quality of influent waste water (slurry concentration of total nitrogen and total phosphorus, BOD5) and the operating parameters of the biological reactor (recirculation rate, concentration and temperature of the sludge, the dosed amount of methanol and PIX). On the basis of computations, it can be concluded that the most accurate forecasting results amounts of sediment were obtained by using a reinforced trees (t = 2 to 5 days) and Support Vector Machines methods (t = 1, 6, 7 days). While the highest values of forecast errors sediments was obtained using a k – nearest neighbor (t = 2 to 5 days) and reinforced trees (t = 1, 6, 7 days).

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

Dezintegracja osadów w kontekście wzrostu produkcji biogazu

Zielewicz E.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2016

|

Nr 2

69--75

PL

Wzmożone pozyskiwanie biogazu w procesach fermentacji metanowej, jako źródła energii odnawialnej, jest aktualnie postrzegane jako zadanie priorytetowe w przy podejściu do zagadnień intensyfikacji procesu fermentacji metanowej. W artykule przedstawiono dezintegrację osadów nadmiernych jako jedna z metod intensyfikacji tego procesu, przy czym skoncentrowano się na dezintegracji ultradźwiękowej. Przedstawione w artykule wyniki badań własnych wykazały, iż podatność dziewięciu przebadanych osadów z polskich oczyszczalni ścieków na dezintegracje ultradźwiękową była skrajnie różna i zależała od właściwości fizykochemicznych osadów ściekowych, a parametrem, który znacząco wpływał na efekty dezintegracji ultradźwiękowego była sucha masa osadów. Tylko 3 osady okazały się podatne na działanie pola ultradźwiękowego, przy czym tylko w jednym przypadku skuteczna dezintegracja znalazła odzwierciedlenie w znaczącym, 40% przyroście biogazu. Efekt technologiczny dezintegracji wyraził się w skróceniu czasu fazy hydrolitycznej fermentacji.

EN

Increase of biogas from methane fermentation processes, as a source of renewable energy, is currently perceived as a priority in at the approach to the issues of intensifying the process of anaerobic digestion. The article presents the disintegration of excess sludge as a method of intensification of this process, which focuses on ultrasonic disintegration. The results of the own study showed that the susceptibility of 9 tested sludge from wastewater treatment plants on ultrasonic disintegration was extremely variable and depend on the physicochemical properties of sludge and parameter which significantly influenced the effects of the disintegration of the ultrasound was dry mass of sludge. Only three of sludge were found to be susceptible to the action of the ultrasound field, but only in one case, the effective disintegration was reflected in a significant 40% increase of biogas. The effect of technological disintegration expressed in reduced time of hydrolytic phase of fermentation.

7

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.

8

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.

9

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

Bohdziewicz J., Kuglarz M., Grűbel K.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2014

|

Vol. 21, nr 3

447--464

EN

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

PL

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

10

Zmiany charakterystyki osadów nadmiernych w procesie dezintegracji ultradźwiękowej

Tytła M., Gnida A., Zielewicz E.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2013

|

Nr 8

331-336

PL

Badania efektów bezpośrednich dezintegracji ultradźwiękowej osadów nadmiernych i nadmiernych zagęszczonych. Analiza wpływu warunków prowadzenia dezintegracji ultradźwiękowej osadów (częstotliwość, ilość energii dostarczonej, geometria) na wzrost zawartości związków biogennych, podatność osadów na odwadnianie oraz strukturę kłaczków osadu (efekty bezpośrednie).

XX

Study the direct effects of ultrasonic disintegration of excess and thickened sewage sludge. Analysis the influence of ultrasonic disintegration conditions (frequency, energy input, geometry) to increasing of nutrients content, sludge dewaterability and floes structure (direct effects).

11

Zmiany fizycznych parametrów przefermentowanych osadów ściekowych poddanych wstępnemu kondycjonowaniu

Wolski P., Wolny L., Małkowski M.

Proceedings of ECOpole

|

2012

|

Vol. 6, No. 2

793--798

PL

Osady ściekowe to główny odpad powstający w procesie oczyszczania ścieków. Ich skład fizykochemiczny jest bardzo zróżnicowany, zależny od wielu czynników. Uwodnienie osadów jest jednym z parametrów, mających istotny wpływ na proces technologiczny oraz koszty ich dalszej przeróbki. W celu uzyskania jak najlepszych efektów odwadniania osady poddaje się wstępnemu przygotowaniu, co oddziałuje na strukturę oraz ich końcowe właściwości. W artykule przedstawiono badania podatności osadów ściekowych na odwadnianie poddanych wstępnemu kondycjonowaniu fizycznemu, a następnie procesowi stabilizacji. Do badań wykorzystano osad nadmierny, pochodzący z komunalnej oczyszczalni ścieków, do którego dodano osadów przefermentowanych (10%), pełniących rolę zaszczepu. Kondycjonowanie prowadzono za pomocą metod termicznych oraz pola ultradźwiękowego. Proces stabilizacji osadów przebiegał w bioreaktorze w warunkach mezofilowych przez okres 25 dni. Zarówno przed procesem, jak i po procesie fermentacji oznaczano dla badanych osadów suchą masę, wartości czasu ssania kapilarnego (CSK), stopień zagęszczania oraz prowadzono obserwacje struktury mikroskopowej.

EN

Sewage sludge is the main waste arising in the process of wastewater treatment. The physico-chemical composition varies widely, depending on many factors. Water content of sludge is one of the parameters that have a significant impact on the technological process and the costs of further processing. In order to obtain the best results dewatering sludge is pre-prepared, which affects the final structure, and their properties. The article presents a study on the sewage sludge susceptibility to the drainage undergone initial physical conditioning, and then stabilized. The study used excess sludge originating from municipal wastewater treatment plant sludge which has been fermented (10%) to act as inoculum. Conditioning was carried out by methods of thermal and ultrasonic fields. The stabilization of sewage ran in the bioreactor under mesophilic condition for a period of 25 days. Both the process before and after fermentation was determined for the studied sludge dry mass, capillary suction time value (CSK), the degree of compaction as well as the microscopic structure was performed.

12

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.

13

Wpływ termicznego kondycjonowania na efektywność odwadniania osadów ściekowych poddanych stabilizacji beztlenowej

Małkowski M., Wolski P.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2010

|

T. 13, nr 2

103-109

PL

Przedstawione badania miały charakter rozpoznania, którego celem było określenie zależności pomiędzy wstępnym kondycjonowaniem termicznym osadów nadmiernych poddanych stabilizacji beztlenowej a ich podatnością na końcowe odwadnianie. Do badań wykorzystano osad nadmierny pochodzący z komunalnych oczyszczalni ścieków, do którego dodano osadów przefermentowanych (10%). Badania prowadzono w dwóch etapach: w pierwszym etapie osad nadmierny niekondycjonowany i kondycjonowany w temperaturze 50 i 70°C poddano stabilizacji przez okres 10 dni, natomiast w drugim etapie niekondycjonowane i kondycjonowane termicznie osady nadmierne fermentowano w bioreaktorze w warunkach mezofilowych przez okres 25 dni. W osadach przed i po procesie fermentacji oznaczano czas ssania kapilarnego (CSK), stopień zagęszczania oraz zawartość suchej masy. Wstępne kondycjonowanie termiczne osadów nadmiernych wpłynęło na wzrost wartości CSK. Stabilizacja osadów w kolbach laboratoryjnych w kolejnych dniach powodowała obniżenie CSK oraz obniżenie suchej masy zawartej w osadach. Osady poddane fermentacji w bioreaktorze posiadały wyższe wartości CSK w odniesieniu do osadów nieprzefermentowanych.

EN

The presented investigations were the preliminary stage of research. The general aim was the determination of dependences between thermal conditioning of excess sewage sludge and its susceptibility to final dewatering after anaerobic stabilization. The excess sewage sludge mixed with fermented sludge (10%) from the municipal wastewater treatment plant was used to the tests. The investigations were carried out in two stages. In the first stage, the both excess sludges, unconditioned and conditioned at the temperatures 50°C and 70°C, were stabilized through 10 days. In the second stage, the unconditioned and thermal conditioned excess sludges were fermented in the bioreactor under mesophilic conditions for 25 days. The capillary suction time (CST), the thickening degree and dry matter content were determined for the sludge before and after fermentation. The preliminary thermal conditioning of excess sewage sludge resulted in the CST increase. During sludge stabilization in the glass flasks, CST decreased, as well the increase of thickening efficiency and the dry mass content decrease were observed. CST values measured for the sludge after fermentation in the bioreactor were higher than before fermentation.

14

Kondycjonowanie osadów nadmiernych poddanych stabilizacji a ich odwadnialność

Wolski P., Wolny L., Zawieja I.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2010

|

T. 13, nr 1

67-77

PL

Decydujące znaczenie w przeróbce osadów ściekowych i ich ostatecznym unieszkodliwianiu ma objętość i uwodnienie. W celu poprawy właściwości osadów, w tym także struktury, prowadzi się zabiegi kondycjonujące, które ułatwiają usuwanie wody z osadów w procesach ich odwadniania. Celem przedstawionych badań było określenie zależności pomiędzy kondycjonowaniem osadów nadmiernych polem ultradźwiękowym, zwiększającym biodegradowalność osadów, a poprawą efektywności ich odwadniania. Do badań stosowano osady nadmierne, pochodzące z przemysłu spożywczego (90%) w mieszaninie z osadami przefermentowanymi (10%). W pierwszym etapie badań osady poddano wstępnie dezintegracji ultradźwiękowej w celu intensyfikacji procesu stabilizacji beztlenowej. Za najkorzystniejszą amplitudę drgań uznano A = 36,6 µm oraz czas ekspozycji pola ultradźwiękowego 240 s. W następnym etapie badań wykonano serie doświadczeń, określających podatność na odwadnianie ustabilizowanych po 25 dobach fermentacji mezofilowej osadów nadmiernych. Przed procesem odwadniania osady kondycjonowano polielektrolitami z grupy Praestoli. Wstępne kondycjonowanie osadów nadmiernych polem ultradźwiękowym wpłynęło na poprawę stopnia ich dezintegracji. Po 25 dniach fermentacji uzyskano 66% stopień przefermentowania osadów oraz obniżenie wartości uwodnienia końcowego o 6,1% w porównaniu do osadów nieustabilizowanych. Zastosowanie polielektrolitów było kolejnym zabiegiem kondycjonującym, który skutkował obniżeniem wartości oporu właściwego badanych osadów. Równolegle prowadzono obserwacje struktury kondycjonowanych osadów.

EN

Sewage sludge volume and water content are very important in sludge treatment and disposal. To improve the sludge properties as well as the structure sewage sludge was subjected to conditioning treatments which allowed to remove more water from the sludge during the process of dewatering. The aim of the presented investigations was to determine the relationships between the excess sludge conditioning with ultrasonic field which affect the sludge biodegradability and the improvement of sludge dewatering efficiency. The mixture of excess sludge from food industry (90%) with fermented sludge (10%) was used for the investigations. In the first stage of the investigations the sludge was initially disintegrated by ultrasounds in order to intensify the process of anaerobic stabilization. The most advantageous amplitude of ultrasonic field was A = 36.6 µm and the sonification time was 240 s. The monitoring of the disintegration effect was based on the changes in chemical oxygen demand (COD) value and volatile fatty acids (VFA) of sludge liquid. In the next stage the series of experiments were conducted to determine the susceptibility towards dewatering of the stabilized excess sludge after 25 days of mesophilic fermentation. Before dewatering in the vacuum filtration process the sludge was conditioned with polyelectrolytes belonging to the Praestol group. The preliminary conditioning of the excess sludge with ultrasonic field improved disintegration degree. After 25 days of fermentation the digestion degree was 66% and the decrease of the final sludge volume by 6.1% in comparison to non-stabilized sludge was observed. Other conditioning treatments included the application of polyelectrolytes. In result the decrease in sludge resistance was obtained. At the same time the structure of conditioned sludge was observed.

15

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.