Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of Thermal and Alkaline Disintegration of Excess Sludge on Biodegradation

Zawieja Iwona

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 10

172--182

EN

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

2

Thermal disintegration as a process supporting sewage sludge utilization

Remiszewska-Skwarek A., Szopińska M., Łuczkiewicz A., Kasinath A., Fudala-Książek S.

Eco-Energetics : technologies, environment, law and economy

|

2019

|

T. 2

93--96

EN

Highly effective methods of biological and chemical wastewater treatment applied in Poland resulted in an increased amount of generated sewage sludge, which pose serious problem related to its utilization. The purpose of this studies was to determine the impact of the thermal disintegration process (in low temperatures < 100°C) on the biodegradation of excess sludge, and then on the methane fermentation process. It was found that the method of thermal disintegration under the aforementioned conditions allows to achieve a very high degree of the excess sludge disintegration (> 70%) already at a temperature of 45°C. At the same time, the concentration of volatile fatty acids (VFAs) increases more than 55 times, which can significantly shorten the fermentation process.

3

Effect of the two-stage thermal disintegration and anaerobic digestion of sewage sludge on the COD fractions

Ciaciuch A., Gaca J., Lelewer K.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2017

|

Vol. 19, nr 3

130--135

EN

The research presents the changes in chemical oxygen demand (COD) fractions during the two-stage thermal disintegration and anaerobic digestion (AD) of sewage sludge in municipal wastewater treatment plant (WWTP). Four COD fractions have been separated taking into account the solubility of substrates and their susceptibility to biodegradation: inert soluble organic matter SI, readily biodegradable substrate SS, slowly biodegradable substrates XS and inert particulate organic material XI. The results showed that readily biodegradable substrates SS (46.8% of total COD) and slowly biodegradable substrates XS (36.1% of total COD) were dominant in the raw sludge effluents. In sewage effluents after two-stage thermal disintegration, the percentage of SS fraction increased to 90% of total COD and percentage of XS fraction decreased to 8% of total COD. After AD, percentage of SS fraction in total COD decreased to 64%, whereas the percentage of other fractions in effluents increased.

4

Wpływ procesu hybrydowej dezintegracji na fermentację termofilową osadów ściekowych

Grübel K., Odrzywolska K., Przywara L., Kuglarz M.

Proceedings of ECOpole

|

2016

|

Vol. 10, No. 2

645--652

PL

Ze względu na wzrastającą ilość osadów ściekowych wymagających zagospodarowania nieustannie poszukuje się nowych metod pozwalających na ich lepsze kondycjonowanie. Do takich metod należy zaliczyć różnego rodzaju metody dezintegracji osadów. W podjętych badaniach starano się określić wpływ hybrydowego procesu dezintegracji (połączenie procesu chemicznego z termicznym) na przebieg procesu fermentacji termofilowej osadów ściekowych. Proces hybrydowej dezintegracji osadu czynnego skutkuje uwolnieniem materii organicznej i polimerów z osadu do cieczy nadosadowej. W przeprowadzonych badaniach odnotowano wzrost wartości ChZT z 94 do 1730 mg O2/dm3. Zostało również wykazane, że proces stabilizacji beztlenowej osadu czynnego w warunkach termofilowych z udziałem osadu poddanego dezintegracji hybrydowej skutkuje wzrostem produkcji biogazu, udziału metanu oraz zmianą usuwania materii organicznej. Zmiany te są ściśle zależne od dawki osadu poddanego dezintegracji.

EN

Due to an increase in the volume of sewage sludge requiring the management, new methods allowing sludge conditioning improvement are constantly being sought. Such methods include different types of sludge disintegration. In the present study, an attempt was made to determine an impact of sludge hybrid disintegration (chemical and thermal disintegration) on thermophilic digestion process. It was based on chemical sludge conditioning in front of thermal disintegration, as the pre-treatment procedure. Hybrid disintegration process of the activated sludge results in organic matter and polymer transfer from the solid phase to the liquid phase. These pre-treatments caused an increase of SCOD value from 94 to 1730 mg/dm3. It was demonstrated that anaerobic stabilization in thermophilic conditions of waste activated sludge (WAS) with addition of sludge after Hybrid Disintegration (WASD) resulted in an significant increase of biogas (methane) production as well as biogas yields. These results were clearly influenced by the dose of disintegrated sludge used.

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

Effects of the Solubilisation of the Cod of Municipal Waste in Thermal Disintegration

Myszograj S.

Archives of Environmental Protection

|

2013

|

Vol. 39, no. 2

57--67

EN

This paper presents the content changes in the Chemical Oxygen Demand (COD) solubilised in hydrolisates obtained from thermally disintegrated municipal waste biofractions. A series of tests related to biowaste undergoing thermal treatment at the following temperatures: 55, 75, 95, 115, 135, 155 and 175°C were conducted for 0.5, 1 and 2 hours. The highest increase in COD solid fraction solubilisation (238%) was observed for the samples disintegrated at 175°C for 2 hours. The values of the reaction rate coefficient k20 = 0.6 d-1 and temperature coefficient θ = 1.023 were determined. Statistical analysis of the multiple regression (correlation coefficient R = 0.89) showed that the temperature has a greater impact on COD solid fraction solubilisation - determined β = 0.66. The multiple correlation coefficient for the treatment time was β = 0.61.

PL

W artykule omówiono zmiany udziału ChZT rozpuszczonego w hydrolizatach uzyskanych z dezintegrowanej termicznie bioofrakcji odpadów komunalnych. Wykonano serie badań, w których bioodpady poddawano obróbce w temperaturach 55, 75, 95, 115, 135, 155, 175°C w czasie 0,5, 1 i 2 godzin. Największy wzrost upłynnienia frakcji stałej ChZT (238%) uzyskano dla próbek dezintegrowanych w temperaturze 175°C w czasie 2 godzin. Wyznaczono wartość współczynnika szybkości reakcji k₂₀=0,096 h i współczynnika temperaturowego θ=1,053. Analiza statystyczna wyników badań wykazała, że większy wpływ na efekt dezintegracji ma temperatura, niż czas obróbki.

7

Wpływ dezintegracji termicznej na szybkość biodegradacji odpadów organicznych

Myszograj S.

Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Uniwersytet Zielonogórski

|

2012

|

nr 147 (27)

77-85

PL

Dezintegracja jest fizyczno-chemicznym upłynnianiem złożonych substratów organicznych do produktów w postaci cząsteczkowych cukrów, białek i tłuszczy oraz frakcji nierozkładalnych. W literaturze ten etap rozkładu najczęściej nazywany jest hydrolizą. W artykule przedstawiono wyniki badań na podstawie których wyznaczono stałą szybkości biodegradacji dla surowej biofrakcji odpadów komunalnych oraz po dezintegracji termicznej.

EN

Disintegration is the physical-chemical liquefaction of complex organic substrates to molecular products in the form of sugars, proteins and fats and persistent fractions. In the literature, this phase of degradation is commonly called hydrolysis. This paper presents the results of determining of the rate constant for the biodegradation of raw biofraction of mu-nicipal waste and thermally disintegrated fraction.

8

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.

9

Biodegradowalność hydrolizatów z dezintegracji termicznej odpadów komunalnych

Myszograj S.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2011

|

T. 14, nr 3

281-290

PL

Omówiono zmiany charakterystyki dezintegrowanej termicznie biofrakcji odpadów komunalnych. Wykonano serie badań, w których bioodpady poddawano obróbce w temperaturach 55, 75, 95, 115, 135, 155, 175°C w czasie 0,5, 1 i 2 godzin. Potencjalną biodegradowalność hydrolizatów oceniono w oparciu o stężenie lotnych kwasów tłuszczowych, zawartość węgla organicznego i iloraz C:N. Stwierdzono, że parametrem decydującym o sprawności termohydrolizy jest temperatura, a czas procesu ma mniejszy wpływ. Dezintegracja odpadów w całym zakresie temperatur spowodowała wzrost ilości OWO w hydrolizatach. Najwyższe stężenie rozpuszczonego węgla organicznego (odpowiednio 9125 i 8899 gC/m3) oznaczono w hydrolizatach po dezintegracji odpadów w czasie 1 i 2 h oraz w temperaturze 175°C. Wyłącznie w wysokich temperaturach obróbki, od 135 do 175°C, na ilość uzyskanych lotnych kwasów tłuszczowych wyraźnie wpływała nie tylko temperatura, ale również czas procesu. Najwyższe stężenie LKT w hydrolizatach uzyskano w temperaturze 175°C (1 i 2 h); wynosiło ono około 1000 gCH3COOH/m3. Wraz ze wzrostem temperatury dezintegracji wartości ilorazu C:N w hydrolizatach zwiększały się od 10:1 do 20:1.

EN

The rate and effectiveness of biodegradation of organic matter depends on many factors such as concentration of substrate and biomass, content of biodegradable organic carbon, the degree of microorganisms adopting, the characteristic and concentration of the final acceptor of electrons, the presence of nutrients, inhibitors and catalysts, suitable environmental conditions. Fundamental to the processes of biodegradation is also a relationship between organic carbon and other nutrients, as well as access to the macro-and micronutrients. One method of improving the ratio C:N and hence the biodegradability is the mixing of substrates such as in the process of co-fermentation or composting, where usually one of the substrates is in greater proportion (> 50%). Large potential for improving the characteristics of biowaste also give disintegration methods. The article discusses the changing of characteristics of thermally disintegrated biowaste. Biowaste was at temperatures of 55, 75, 95, 115, 135, 155, 175°C for 0.5, 1 and 2 hours treated. The potential biodegradability of hydrolysates was on the concentration of volatile fatty acids, organic carbon content and the ratio C: N rated. It was found that the principal parameter of thermo hydrolyses process efficiency is temperature and time has less impact. Disintegration of the waste in the whole range of temperatures has increased of the amount of TOC in the hydrolysates. The highest concentration of dissolved organic carbon (respectively 9125 and 8899 gC/m3) were determined in hydrolysates after the disintegration of the waste during the 1 and 2 h, and at 175°C. Only in the high temperature treatment, from 135 to 175°C, the amount of generated volatile fatty acids specifically was influenced not only from temperature, but also from a time of process The highest VFA concentration in hydrolysates achieved at 175°C (1 and 2 h) and it was approximately 1000 g CH3COOH/m3. With increasing temperature of disintegration the ratio C:N in hydrolysates increased from 10:1 to 20:1.